本發(fā)明涉及的是鐵路編組站自動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及的是一種數(shù)字化鐵路駝峰測(cè)速雷達(dá)及其抗干擾的方法。

背景技術(shù)：

目前，國(guó)內(nèi)外用于鐵路駝峰場(chǎng)車輛速度測(cè)量的雷達(dá)，都屬于模擬型測(cè)速雷達(dá)，不具備目標(biāo)跟蹤的能力。長(zhǎng)期的應(yīng)用實(shí)踐表明，既有鐵路駝峰測(cè)速雷達(dá)存在以下缺陷：

其一是雷達(dá)測(cè)速容易受到鄰道車輛以及本股道前、后方車輛的干擾。在當(dāng)前車輛走行速度較低或走停時(shí)，如果相鄰股道或本股道前、后方存在走行速度較高的車輛，雷達(dá)能夠檢測(cè)到這些移動(dòng)目標(biāo)反射的多普勒信號(hào)，并且其信號(hào)強(qiáng)度比當(dāng)前車輛的反射信號(hào)更強(qiáng)，造成雷達(dá)測(cè)速誤判，輸出假高速值，導(dǎo)致控制系統(tǒng)誤夾停車輛。鐵路駝峰場(chǎng)每年都會(huì)發(fā)生多起因雷達(dá)測(cè)速受到鄰道車輛干擾而導(dǎo)致的夾停撞車事故。雷達(dá)測(cè)速鄰道干擾問題，嚴(yán)重影響鐵路駝峰場(chǎng)作業(yè)安全，長(zhǎng)期以來這一問題沒有得到有效解決。

其二是容易受到雨水和電氣化接觸網(wǎng)的干擾。既有的模擬式駝峰測(cè)速雷達(dá)采用模擬電路濾波的方式，無法有效解決雨水的反射干擾和電氣化接觸網(wǎng)的強(qiáng)電磁干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種數(shù)字化鐵路駝峰測(cè)速雷達(dá)及其抗干擾的方法，解決現(xiàn)有鐵路駝峰測(cè)速雷達(dá)所存在的易受鄰道車輛干擾、雨水干擾以及電氣化接觸干擾等技術(shù)問題。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了一種數(shù)字化鐵路駝峰測(cè)速雷達(dá)，包括調(diào)頻微帶天線、fpga主控模塊、led數(shù)碼顯示模塊、rs232通信模塊和電源模塊，其中，調(diào)頻微帶天線的信號(hào)輸出端通過依次連接的信號(hào)放大濾波電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與fpga主控模塊的調(diào)頻信號(hào)輸入端連接，fpga主控模塊的調(diào)頻信號(hào)輸出端通過依次連接的壓控電平da數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和掃頻電壓控制電路與調(diào)頻微帶天線的信號(hào)輸入端連接，fpga主控模塊通過rs232通信模塊與外部的軌道電路連接，fpga主控模塊通過并行總線接口與led數(shù)碼顯示模塊連接，利用led數(shù)碼顯示模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自檢和結(jié)果顯示。

本發(fā)明還提供了利用上述數(shù)字化鐵路駝峰測(cè)速雷達(dá)抗干擾的方法，該方法基于fsk頻移鍵控測(cè)距技術(shù)和頻譜分析的基礎(chǔ)上，對(duì)雷達(dá)探測(cè)到的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行速度、距離測(cè)量、跟蹤和區(qū)分，把本道溜放車輛信息與鄰道干擾及雨雪干擾等信息區(qū)分開來，輸出本道實(shí)際的溜放車輛速度信息，具體包括以下步驟：

步驟s1：數(shù)字化鐵路駝峰測(cè)速雷達(dá)發(fā)出雷達(dá)信號(hào)，雷達(dá)信號(hào)遇到實(shí)際運(yùn)動(dòng)目標(biāo)后會(huì)形成回波信號(hào)返回，回波信號(hào)與雷達(dá)信號(hào)經(jīng)混頻處理后輸出多普勒信號(hào)，根據(jù)多普勒信號(hào)計(jì)算相鄰采樣周期該實(shí)際運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度信息、距離信息和方向信息；

步驟s2：跟蹤該目標(biāo)，判斷是否為真實(shí)運(yùn)動(dòng)車輛：

步驟s201：判斷速度信息是否匹配：根據(jù)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)速度的連續(xù)性，在較短時(shí)間內(nèi)，速度不可能發(fā)生較大突變，設(shè)定相鄰采樣周期速度的變化量為δv，那么|vm-vm+1|<δv，則認(rèn)為速度匹配成功；

步驟s202：判斷距離信息是否匹配：通過r＝v·t公式計(jì)算出速度為v的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在一個(gè)采樣周期t時(shí)間內(nèi)大概運(yùn)動(dòng)距離，記為rt；根據(jù)相鄰采樣周期實(shí)測(cè)的目標(biāo)距離信息rm和rm+1計(jì)算出實(shí)際的運(yùn)動(dòng)距離差：δr＝|rm-rm+1|,如果δr≤rt，則認(rèn)為m時(shí)刻目標(biāo)的距離信息匹配成功，反之，則匹配不成功；

步驟s203：判斷方向信息是否匹配：根據(jù)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的方向連續(xù)性，運(yùn)動(dòng)方向不可能來回變化的原理，在相鄰采樣周期內(nèi)，m時(shí)刻目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向與m+1時(shí)刻目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向是一致的，則認(rèn)為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向信息匹配成功；

步驟s204：不停重復(fù)步驟s201-s203，在多個(gè)相鄰采樣周期中，若該目標(biāo)的速度信息、距離信息、方向信息都能匹配成功的話，則說明該目標(biāo)為真實(shí)運(yùn)動(dòng)車輛，從而排除雨雪等環(huán)境干擾因素；

步驟s3：根據(jù)方向信息判斷目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向，區(qū)分該目標(biāo)為正常溜放車輛還是逆向行駛車輛；

步驟s4：判斷該目標(biāo)是否為本股道車輛：

根據(jù)距離信息，估計(jì)不同車道車輛進(jìn)入探測(cè)區(qū)域的起始位點(diǎn)和終止位點(diǎn)，并計(jì)算：

相鄰車道近端起始位置距離差：

相鄰車道遠(yuǎn)端終止位置距離差為：

式中，rc_c為相鄰車道中心距離，為雷達(dá)安裝角度，為雷達(dá)水平波瓣角度；

若該目標(biāo)的距離分辨率不大于δrnear，則該目標(biāo)為本股道車輛，輸出該目標(biāo)的速度信息。

進(jìn)一步地，所述步驟s1中，相鄰采樣周期實(shí)際運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度信息、距離信息和方向信息的計(jì)算方法，包括以下步驟：

步驟s101：調(diào)頻微帶天線根據(jù)fpga主控模塊發(fā)出的連續(xù)的頻移鍵控調(diào)制信號(hào)的電壓幅度，發(fā)射相應(yīng)頻率的雷達(dá)信號(hào)；

步驟s102：雷達(dá)信號(hào)遇到被測(cè)物體后會(huì)形成回波信號(hào)返回，回波信號(hào)與發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)經(jīng)混頻處理后輸出多普勒信號(hào)，所述多普勒信號(hào)包括i信號(hào)和q信號(hào)，其中：i信號(hào)由和組成，為對(duì)應(yīng)調(diào)頻電壓幅度為a時(shí)對(duì)應(yīng)輸出的中頻信號(hào)，為對(duì)應(yīng)調(diào)頻電壓幅度為b時(shí)對(duì)應(yīng)輸出的中頻信號(hào)；q信號(hào)由和組成，分別為的近似正交相關(guān)信號(hào)；

步驟s103：通過高速開關(guān)對(duì)i信號(hào)和q信號(hào)進(jìn)行選通控制，把分離開來并進(jìn)行信號(hào)放大；

步驟s104：根據(jù)駝峰雷達(dá)的測(cè)速頻段，利用低通濾波器過濾非測(cè)量頻段內(nèi)的干擾信號(hào)；

步驟s105：對(duì)和進(jìn)行數(shù)字量化，分別記為:n表示每個(gè)采樣序列的長(zhǎng)度。

步驟s106:分別對(duì)ih(i)、il(i)、qh(i)進(jìn)行n階的fir帶通濾波和長(zhǎng)度為n的有限序列的離散傅里葉變換，得到其響應(yīng)的頻譜函數(shù)，分別記為：和其中0≤k≤n-1；

步驟s107：設(shè)定檢測(cè)門限，利用檢測(cè)門限對(duì)和頻譜函數(shù)進(jìn)行判斷，得到頻譜幅度超過檢測(cè)門限的所有頻譜極點(diǎn)峰值所對(duì)應(yīng)的k點(diǎn)位置，記為

步驟s108：對(duì)三個(gè)頻譜函數(shù)的頻譜極點(diǎn)峰值所對(duì)應(yīng)的k點(diǎn)位置進(jìn)行判斷，如果的話，則將該k點(diǎn)數(shù)值及相應(yīng)k點(diǎn)位置的相位信息分別放在各自的數(shù)組里，記為：其中i＝0,1..n-1，n為頻譜極點(diǎn)峰值k點(diǎn)數(shù)量；

步驟s109：計(jì)算相應(yīng)k點(diǎn)位置目標(biāo)的速度信息、距離信息和方向信息：

速度信息計(jì)算：

距離信息：

式中，v為目標(biāo)的速度，λ為微波波長(zhǎng)，k為頻譜極點(diǎn)峰值位置，fs為采樣頻率，n為離散傅里葉變換序列長(zhǎng)度，c為微波傳輸速度，fd為多普勒頻率；r為目標(biāo)的距離，為相同k點(diǎn)的ih(i)、il(i)中信號(hào)初始相位差，fstep＝|fb-fa|為fsk調(diào)制的頻率差；

通過相同k點(diǎn)的和相位信息判斷目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向，分別記為：sv(i)＝{v1,v2,...},sr(i)＝{r1,r2,...},sd(i)＝{d1,d2,...}，其中i＝0,1...n-1,n為頻譜極點(diǎn)峰值k點(diǎn)數(shù)量。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明提供了一種數(shù)字化鐵路駝峰測(cè)速雷達(dá)及其抗干擾的方法，該雷達(dá)通過測(cè)距和目標(biāo)跟蹤的方法，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)車輛的連續(xù)跟蹤與鎖定，識(shí)別并區(qū)分鄰道車輛以及其他車輛的測(cè)速信號(hào)，最后只輸出目標(biāo)車輛的速度信號(hào)，實(shí)現(xiàn)抗鄰道干擾的功能，解決了長(zhǎng)期以來鐵路駝峰場(chǎng)雷達(dá)測(cè)速所存在的鄰道干擾問題。通過數(shù)字頻譜分析方法辨別雨水反射信號(hào)以及電氣化接觸網(wǎng)的電磁干擾信號(hào)，進(jìn)行數(shù)字濾波處理后輸出，達(dá)到消除或大幅降低雨水反射干擾以及電氣化接觸網(wǎng)電磁干擾的效果。以上功能特點(diǎn)，提高了鐵路駝峰場(chǎng)自動(dòng)化控制的可靠性和安全性。

附圖說明

圖1為數(shù)字化鐵路駝峰測(cè)速雷達(dá)的電路結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為數(shù)字化鐵路駝峰測(cè)速雷達(dá)抗干擾方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種數(shù)字化鐵路駝峰測(cè)速雷達(dá)，具有如圖1所示的結(jié)構(gòu)，包括調(diào)頻微帶天線、fpga主控模塊、led數(shù)碼顯示模塊、rs232通信模塊和電源模塊，其中，調(diào)頻微帶天線的信號(hào)輸出端通過依次連接的信號(hào)放大濾波電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與fpga主控模塊的調(diào)頻信號(hào)輸入端連接，fpga主控模塊的調(diào)頻信號(hào)輸出端通過依次連接的壓控電平da數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和掃頻電壓控制電路與調(diào)頻微帶天線的信號(hào)輸入端連接，fpga主控模塊通過rs232通信模塊與外部的軌道電路連接，fpga主控模塊通過并行總線與led數(shù)碼顯示模塊連接，利用led數(shù)碼顯示模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自檢和結(jié)果顯示。

利用上述數(shù)字化鐵路駝峰測(cè)速雷達(dá)，基于fsk頻移鍵控測(cè)距技術(shù)和頻譜分析的基礎(chǔ)上，對(duì)雷達(dá)探測(cè)到的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行速度、距離測(cè)量、跟蹤和區(qū)分，把本道溜放車輛信息與鄰道干擾及雨雪干擾等信息區(qū)分開來，輸出本道實(shí)際的溜放車輛速度信息，具體包括以下步驟：

步驟s1：數(shù)字化鐵路駝峰測(cè)速雷達(dá)發(fā)出雷達(dá)信號(hào)，雷達(dá)信號(hào)遇到實(shí)際運(yùn)動(dòng)目標(biāo)后會(huì)形成回波信號(hào)返回，回波信號(hào)與雷達(dá)信號(hào)經(jīng)混頻處理后輸出多普勒信號(hào)，根據(jù)多普勒信號(hào)計(jì)算相鄰采樣周期該實(shí)際運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度信息、距離信息和方向信息，步驟包括：

步驟s101：fpga主控模塊發(fā)出連續(xù)的100khz頻率的頻移鍵控調(diào)制信號(hào)，該頻移鍵控調(diào)制信號(hào)經(jīng)過壓控電平da轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過掃頻電壓控制電路控制調(diào)頻微帶天線進(jìn)行fsk模式調(diào)制，調(diào)頻微帶天線根據(jù)頻移鍵控調(diào)制信號(hào)的電壓幅度，發(fā)射相應(yīng)頻率的雷達(dá)信號(hào)。

步驟s102：雷達(dá)信號(hào)遇到被測(cè)物體后會(huì)形成回波信號(hào)返回，回波信號(hào)與發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)經(jīng)混頻處理后輸出多普勒信號(hào)，所述多普勒信號(hào)包括i信號(hào)和q信號(hào)，其中：i信號(hào)由和組成，為對(duì)應(yīng)調(diào)頻電壓幅度為a時(shí)對(duì)應(yīng)輸出的中頻信號(hào)，為對(duì)應(yīng)調(diào)頻電壓幅度為b時(shí)對(duì)應(yīng)輸出的中頻信號(hào)；q信號(hào)由和組成，分別為的近似正交相關(guān)信號(hào)；

步驟s103：通過100khz的高速開關(guān)對(duì)i信號(hào)和q信號(hào)進(jìn)行選通控制，把分離開來；分離過后的信號(hào)比較弱，根據(jù)目標(biāo)判斷門限及雷達(dá)靈敏度要求，本實(shí)施例中進(jìn)行12db左右的放大；根據(jù)雷達(dá)fsk調(diào)制原理，速度信息可通過和中任何一個(gè)信號(hào)的頻率求出，距離信息可通過其中和信號(hào)的初始相位差求出，方向信息可通過和(或和)信號(hào)的相位信息求出。

步驟s104：根據(jù)駝峰雷達(dá)的測(cè)速頻段，利用低通濾波器過濾非測(cè)量頻段內(nèi)的干擾信號(hào)；比如，本實(shí)施例的駝峰雷達(dá)測(cè)速范圍為2km/h至30km/h，對(duì)應(yīng)的頻率為130hz至1950hz。通過一個(gè)截止頻率為2000hz的低通濾波器可濾掉非測(cè)量頻段內(nèi)的干擾信號(hào)。

步驟s105：對(duì)和進(jìn)行數(shù)字量化，分別記為:n表示每個(gè)采樣序列的長(zhǎng)度。

步驟s106：分別對(duì)ih(i)、il(i)、qh(i)進(jìn)行n階的fir帶通濾波和長(zhǎng)度為n的有限序列的離散傅里葉變換，得到其響應(yīng)的頻譜函數(shù)，分別記為：和其中0≤k≤n-1。

步驟s107：設(shè)定檢測(cè)門限，利用檢測(cè)門限對(duì)和頻譜函數(shù)進(jìn)行判斷，得到頻譜幅度超過檢測(cè)門限的所有頻譜極點(diǎn)峰值所對(duì)應(yīng)的k點(diǎn)位置，記為

步驟s108：對(duì)三個(gè)頻譜函數(shù)的頻譜極點(diǎn)峰值所對(duì)應(yīng)的k點(diǎn)位置進(jìn)行判斷，如果的話，則將該k點(diǎn)數(shù)值及相應(yīng)k點(diǎn)位置的相位信息分別放在各自的數(shù)組里，記為：其中i＝0,1..n-1，n為頻譜極點(diǎn)峰值k點(diǎn)數(shù)量。

步驟s109：計(jì)算相應(yīng)k點(diǎn)位置目標(biāo)的速度信息、距離信息和方向信息：

速度信息計(jì)算：

距離信息：

式中，v為目標(biāo)的速度，λ為微波波長(zhǎng)，k為頻譜極點(diǎn)峰值位置，fs為采樣頻率，n為離散傅里葉變換序列長(zhǎng)度，c為微波傳輸速度，fd為多普勒頻率；r為目標(biāo)的距離，為相同k點(diǎn)的ih(i)、il(i)中信號(hào)初始相位差，fstep＝|fb-fa|為fsk調(diào)制的頻率差。

通過相同k點(diǎn)的和相位信息判斷目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向，分別記為：sv(i)＝{v1,v2,...},sr(i)＝{r1,r2,...},sd(i)＝{d1,d2,...}，其中i＝0,1...n-1,n為頻譜極點(diǎn)峰值k點(diǎn)數(shù)量。

步驟s2：判斷是否為真實(shí)運(yùn)動(dòng)車輛：

步驟s201：判斷速度信息是否匹配：根據(jù)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)速度的連續(xù)性，在較短時(shí)間內(nèi)，速度不可能發(fā)生較大突變，設(shè)定相鄰采樣周期速度的變化量為δv，那么|vm-vm+1|<δv，則認(rèn)為速度匹配成功；

步驟s202：判斷距離信息是否匹配：通過r＝v·t公式計(jì)算出速度為v的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在一個(gè)采樣周期t時(shí)間內(nèi)大概運(yùn)動(dòng)距離，記為rt；根據(jù)相鄰采樣周期實(shí)測(cè)的目標(biāo)距離信息rm和rm+1計(jì)算出實(shí)際的運(yùn)動(dòng)距離差：δr＝|rm-rm+1|,如果δr≤rt，則認(rèn)為m時(shí)刻目標(biāo)的距離信息匹配成功，反之，則匹配不成功；

步驟s203：判斷方向信息是否匹配：根據(jù)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的方向連續(xù)性，運(yùn)動(dòng)方向不可能來回變化的原理，在相鄰采樣周期內(nèi)，m時(shí)刻目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向與m+1時(shí)刻目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向是一致的，則認(rèn)為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向信息匹配成功；

步驟s204：不停重復(fù)步驟s201-s203，在多個(gè)相鄰采樣周期中，若該目標(biāo)的速度信息、距離信息、方向信息都能匹配成功的話，則說明該目標(biāo)為真實(shí)運(yùn)動(dòng)車輛，從而排除雨雪等環(huán)境干擾因素；

步驟s3：根據(jù)ifa與qfa的相位信息(方向信息)判斷目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向，區(qū)分該目標(biāo)為正常溜放車輛還是逆向行駛車輛；

步驟s4：判斷該目標(biāo)是否為本股道車輛：

根據(jù)距離信息，估計(jì)不同車道車輛進(jìn)入探測(cè)區(qū)域的起始位點(diǎn)和終止位點(diǎn)，并計(jì)算：

相鄰車道近端起始位置距離差：

相鄰車道遠(yuǎn)端終止位置距離差為：

式中，rc_c為相鄰車道中心距離，為雷達(dá)安裝角度，為雷達(dá)水平波瓣角度；

若該目標(biāo)的距離分辨率不大于δrnear，則該目標(biāo)為本股道車輛，將該目標(biāo)的速度信息輸出給fpga主控模塊，并通過led數(shù)碼顯示模塊顯示結(jié)果。

以上為本發(fā)明一種詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，是以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述的實(shí)施例。