一种用于轨道交通列车的雷达测速方法与流程

1.本发明属于轨道交通列车测速技术领域，尤其涉及一种用于轨道交通列车的雷达测速方法。


背景技术：

2.安全和高效是轨道交通装置追求的两大目标，而用于控制列车运行速度的列车运行控制装置是确保列车运行安全、提高列车运行效率的核心子装置。在列车运行自动控制装置中，列车测速、定位是一项关键性的技术，如何可靠获得列车实时的、精确的速度和位置信息至关重要。
3.经检索，相关技术中，在公告号为cn114624699a的专利文件中公开了一种轨道交通列车及用于轨道交通列车的雷达测速方法和装置，该雷达测速方法采用固定安装至列车并具有安装高度差的第一雷达和第二雷达，其中两部雷达具有一致的探测区域，并包括以下步骤：在列车行进期间，获取分别由两部雷达采集得到的第一及第二多普勒频率；利用安装高度差，代入针对两部雷达的多普勒方程进行联立解算，以解算得到第一或者第二雷达高度值；将解算得到的第一或者第二雷达高度值代入对应的多普勒方程中，计算得到列车的速度。根据本发明的轨道交通列车及用于轨道交通列车的雷达测速方法和装置，无需依赖于对单部雷达的高度的精确测量，能够在工程实现及实际应用中可提供更为可靠、准确的列车测速结果。
4.但是针对上述中的相关技术，发明人认为存在以下缺陷：
5.1.上述是通过雷达进行测速，经雷达混频、检波处理后的输出多普勒频率信号其输出信号十分微弱，因此如果不对其进行处理，会对测速的精确度造成影响。
6.因此，有必要提供一种新的用于轨道交通列车的雷达测速方法解决上述技术问题。


技术实现要素：

7.本发明解决的技术问题是提供一种可以增强输出信号幅度，减小噪声、干扰和后端处理的复杂度，从而能更有效的获取有用信号，同时通过得到两个频谱的交叉范围数值，进而可以确保速度值的准确的用于轨道交通列车的雷达测速方法。
8.为解决上述技术问题，本发明提供的用于轨道交通列车的雷达测速方法包括以下步骤；
9.s1.通过安装在列车底部的两个雷达传感器向地面发射多普勒频率信号，两个雷达传感器的安装角度分别为40
°
和50
°
，因此与地面能够构成不同的辐射角，从而可以形成两个不同的频谱；
10.s2.可通过两个雷达传感器分别接受到反射回来的多普勒频率信号，并通过与之相匹配的两个前置电路放大模块来增强输出信号幅度，进而减小噪声和干扰，从而能更有效的获取有用信号，同时减小后端处理的复杂度；
11.s3.采用高精度、高转换速度以及低功耗的ad转化器来对放大后的多普勒频率信号进行模数转换，从而得到高质量的数字信号，从而可以方便进行后续的数据处理；
12.s4.数字信号通过dsp进行频谱分析测量，得出两个多普勒频率，之后带入公式并完成相应速度求解，进而得到列车速度。
13.作为本发明的进一步方案，两个雷达传感器与地面的发射角之和恒定为：
14.θ1+θ2＝180-θ
15.公式中：θ为两个雷达传感器之间的安装夹角。
16.作为本发明的进一步方案，两个雷达传感器的多普勒输出频率分别为f
d1
和f
d2
,由上述公式可得：
[0017][0018]
其中，假设θ、f
d1
和f
d2
为已知，因此由上述两个公式的结合，可求出θ1和θ2，最后再通过如下公式即可求解出列车的速度：
[0019][0020]
上述公式中，f
d1
和f
d2
为多普勒频率，λ为雷达波波长，θ为雷达传感器与地面夹角(雷达波发射角),c为电磁波光速，v为列车速度；
[0021]
其中，因为两个雷达传感器与地面分别构成不同的发射角，因此可以接收到两个不同频谱的反射波，故将其代入到上述几个公式中可以得到两个频谱的交叉范围数值，从而可以确保速度值的准确性。
[0022]
作为本发明的进一步方案，所述雷达传感器的型号为ips-154,所述雷达传感器的微波频率为24.125ghz，输出功率为4mw，且具有独立的接收和发射路径，故可获最大增益，同时自带低噪声前置中频放大器(i f)。
[0023]
作为本发明的进一步方案，所述i ps-154具有i/q两路输出，且两路输出信号频率相同，故当i路输出超前时，则反映出目标正远离发射源，反之则目标正朝发射源靠近。
[0024]
作为本发明的进一步方案，所述雷达传感器的输出有相位差的两路信号连接到前置电路放大模块中i na2128的一路输入端，其中一路的信号通过一级电压跟随器进行电阻匹配后进行反向，再与另一路信号接入i na2128的另一路输入端，这样差分放大器两路的输出信号可以在进行放大的同时使输出信号的相位信息更加稳定。
[0025]
作为本发明的进一步方案，所述ad转化器的型号为ad7862，所述ad转化器采用+5单电源供电。
[0026]
与相关技术相比较，本发明提供的用于轨道交通列车的雷达测速方法具有如下有益效果：
[0027]
1、本发明通过两个安装角度不同的雷达传感器及相应的前置电路放大模块的作用下，使得可以增强输出信号幅度，减小噪声、干扰和后端处理的复杂度，从而能更有效的获取有用信号，同时通过得到两个频谱的交叉范围数值，进而可以确保速度值的准确性。
附图说明
[0028]
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0029]
图1为本发明中雷达传感器原理示意图；
[0030]
图2为本发明中前置电路放大模块的电路示意图。
具体实施方式
[0031]
请结合参阅图1和图2，其中，图1为本发明中雷达传感器原理示意图；图2为本发明中前置电路放大模块的电路示意图。用于轨道交通列车的雷达测速方法包括以下步骤；
[0032]
s1.通过安装在列车底部的两个雷达传感器向地面发射多普勒频率信号，两个雷达传感器的安装角度分别为40
°
和50
°
，因此与地面能够构成不同的辐射角，从而可以形成两个不同的频谱；
[0033]
s2.可通过两个雷达传感器分别接受到反射回来的多普勒频率信号，并通过与之相匹配的两个前置电路放大模块来增强输出信号幅度，进而减小噪声和干扰，从而能更有效的获取有用信号，同时减小后端处理的复杂度；
[0034]
s3.采用高精度、高转换速度以及低功耗的ad转化器来对放大后的多普勒频率信号进行模数转换，从而得到高质量的数字信号，从而可以方便进行后续的数据处理；
[0035]
s4.数字信号通过dsp进行频谱分析测量，得出两个多普勒频率，之后带入公式并完成相应速度求解，进而得到列车速度。
[0036]
两个雷达传感器与地面的发射角之和恒定为：
[0037]
θ1+θ2＝180-θ
[0038]
公式中：θ为两个雷达传感器之间的安装夹角。
[0039]
两个雷达传感器的多普勒输出频率分别为f
d1
和f
d2
,由上述公式可得：
[0040][0041]
其中，假设θ、f
d1
和f
d2
为已知，因此由上述两个公式的结合，可求出θ1和θ2，最后再通过如下公式即可求解出列车的速度：
[0042][0043]
上述公式中，f
d1
和f
d2
为多普勒频率，λ为雷达波波长，θ为雷达传感器与地面夹角(雷达波发射角),c为电磁波光速，v为列车速度；
[0044]
其中，因为两个雷达传感器与地面分别构成不同的发射角，因此可以接收到两个不同频谱的反射波，故将其代入到上述几个公式中可以得到两个频谱的交叉范围数值，从而可以确保速度值的准确性。
[0045]
所述雷达传感器的型号为ips-154,所述雷达传感器的微波频率为24.125ghz，输出功率为4mw，且具有独立的接收和发射路径，故可获最大增益，同时自带低噪声前置中频放大器(if)。
[0046]
所述ips-154具有i/q两路输出，且两路输出信号频率相同，故当i路输出超前时，则反映出目标正远离发射源，反之则目标正朝发射源靠近。
[0047]
所述雷达传感器的输出有相位差的两路信号连接到前置电路放大模块中ina2128的一路输入端，其中一路的信号通过一级电压跟随器进行电阻匹配后进行反向，再与另一路信号接入i na2128的另一路输入端，这样差分放大器两路的输出信号可以在进行放大的同时使输出信号的相位信息更加稳定。
[0048]
所述ad转化器的型号为ad7862，所述ad转化器采用+5单电源供电。
[0049]
本发明通过两个安装角度不同的雷达传感器及相应的前置电路放大模块的作用下，使得可以增强输出信号幅度，减小噪声、干扰和后端处理的复杂度，从而能更有效的获取有用信号，同时通过得到两个频谱的交叉范围数值，进而可以确保速度值的准确性。
[0050]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于轨道交通列车的雷达测速方法，其特征在于，包括以下步骤；s1.通过安装在列车底部的两个雷达传感器向地面发射多普勒频率信号，两个雷达传感器的安装角度分别为40
°
和50
°
，因此与地面能够构成不同的辐射角，从而可以形成两个不同的频谱；s2.可通过两个雷达传感器分别接受到反射回来的多普勒频率信号，并通过与之相匹配的两个前置电路放大模块来增强输出信号幅度，进而减小噪声和干扰，从而能更有效的获取有用信号，同时减小后端处理的复杂度；s3.采用高精度、高转换速度以及低功耗的ad转化器来对放大后的多普勒频率信号进行模数转换，从而得到高质量的数字信号，从而可以方便进行后续的数据处理；s4.数字信号通过dsp进行频谱分析测量，得出两个多普勒频率，之后带入公式并完成相应速度求解，进而得到列车速度。2.根据权利要求1所述的用于轨道交通列车的雷达测速方法，其特征在于：两个雷达传感器与地面的发射角之和恒定为：θ1+θ2＝180-θ公式中：θ为两个雷达传感器之间的安装夹角。3.根据权利要求1所述的用于轨道交通列车的雷达测速方法，其特征在于：两个雷达传感器的多普勒输出频率分别为f
d1
和f
d2
，由上述公式可得：其中，假设θ、f
d1
和f
d2
为已知，因此由上述两个公式的结合，可求出θ1和θ2，最后再通过如下公式即可求解出列车的速度：上述公式中，f
d1
和f
d2
为多普勒频率，λ为雷达波波长，θ为雷达传感器与地面夹角(雷达波发射角)，c为电磁波光速，v为列车速度；其中，因为两个雷达传感器与地面分别构成不同的发射角，因此可以接收到两个不同频谱的反射波，故将其代入到上述几个公式中可以得到两个频谱的交叉范围数值，从而可以确保速度值的准确性。4.根据权利要求1所述的用于轨道交通列车的雷达测速方法，其特征在于：所述雷达传感器的型号为ips-154，所述雷达传感器的微波频率为24.125ghz，输出功率为4mw，且具有独立的接收和发射路径，故可获最大增益，同时自带低噪声前置中频放大器(if)。5.根据权利要求1所述的用于轨道交通列车的雷达测速方法，其特征在于：所述ips-154具有i/q两路输出，且两路输出信号频率相同，故当i路输出超前时，则反映出目标正远离发射源，反之则目标正朝发射源靠近。6.根据权利要求1所述的用于轨道交通列车的雷达测速方法，其特征在于：所述雷达传感器的输出有相位差的两路信号连接到前置电路放大模块中ina2128的一路输入端，其中一路的信号通过一级电压跟随器进行电阻匹配后进行反向，再与另一路信号接入ina2128的另一路输入端，这样差分放大器两路的输出信号可以在进行放大的同时使输出信号的相
位信息更加稳定。7.根据权利要求1所述的用于轨道交通列车的雷达测速方法，其特征在于：所述ad转化器的型号为ad7862，所述ad转化器采用+5单电源供电。

技术总结
本发明提供一种用于轨道交通列车的雷达测速方法。所述用于轨道交通列车的雷达测速方法包括以下步骤；S1.通过安装在列车底部的两个雷达传感器向地面发射多普勒频率信号，两个雷达传感器的安装角度分别为40


技术研发人员：徐海波 王定明 吴高峰 秦百峰 杨子元
受保护的技术使用者：郑州爱普锐科技有限公司
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/7/25