本發(fā)明涉及一種為列車接近報(bào)警系統(tǒng)提供預(yù)警信號，且適用于列車接近方向及速度探測領(lǐng)域，尤其是一種采用正交多普勒雷達(dá)探測技術(shù)發(fā)明的列車接近報(bào)警觸發(fā)裝置及方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鐵路成為了我國的主要交通工具也是我國的經(jīng)濟(jì)大動脈，伴隨著我國鐵路第三次大提速與高鐵、動車組等高速列車的運(yùn)行，鐵路運(yùn)行列車的速度最低為120km/h，最高速度接近了300km/h，為保證鐵路的安全暢通，鐵路車輛、工務(wù)和電務(wù)等部門必須經(jīng)常對鐵路的設(shè)施進(jìn)行維修。

傳統(tǒng)火車來車檢測經(jīng)常采用如下兩種方案：

方案一、在施工地點(diǎn)上段與下段設(shè)置防護(hù)區(qū)，分別安排多名人員分段蹲點(diǎn)守候，當(dāng)火車路過時候以通訊設(shè)備如對講機(jī)、移動電話等無線通訊設(shè)備進(jìn)行提醒，為了讓施工段人員有足夠時間撤離鐵軌，防護(hù)區(qū)設(shè)置比較長，人員需求量大。此方法的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確度高，可靠性強(qiáng)。缺點(diǎn)是人力資源浪費(fèi)，受環(huán)境因素影響很大，如通信信號盲點(diǎn)、設(shè)備電源不足等。

方案二、采用安裝于軌道上面的磁頭進(jìn)行感應(yīng)，存在如下問題：磁頭安裝， 必須上火車軌道作業(yè)，安裝人員有安全風(fēng)險，且必須在施工天窗期內(nèi)安裝，非常麻煩；火車軌道檢修時，需要在檢修天窗之前將該磁頭拆除，檢修完成后，再安裝回去，維護(hù)非常麻煩；磁頭笨重，需要占用倉庫和維修車輛，非常不適合流動作業(yè)。

此外，我國電氣化接觸網(wǎng)施工屬于站后工程施工，經(jīng)常在行車密度大，速度快的既有線路施工，為保障施工進(jìn)度，就需要在行車間隙作業(yè)，這就對施工安全的防護(hù)提出了一個新的問題，隨著鐵路的提速，對安全防護(hù)的距離也要求越來越遠(yuǎn)。在運(yùn)輸任務(wù)十分繁重的情況下，這種維修和施工不可能中斷繁忙的運(yùn)輸來進(jìn)行，因此過去工作人員在線作業(yè)時，為了保證現(xiàn)場施工人員安全，都是預(yù)先設(shè)置一個比較長的防護(hù)區(qū)，必須要求多名防護(hù)員在離施工地方每隔2km左右兩側(cè)進(jìn)行觀測進(jìn)行火車通過提醒，如圖1所示，這種做法浪費(fèi)了人力資源，有時可能由于防護(hù)區(qū)間較長，以及氣候等自然條件和人為因素的影響，防護(hù)員往往不能及時通知現(xiàn)場施工人員，容易對施工人員的人身安全構(gòu)成威脅。隨著鐵路運(yùn)營向高速時代的轉(zhuǎn)化，且貫徹執(zhí)行“安全第一、預(yù)防為主”的安全生產(chǎn)方針，營業(yè)線路施工安全顯得更為重要和迫切，原有的防護(hù)設(shè)備、人員技能、管理制度、管控手段不能完全適應(yīng)安全運(yùn)營管理的需要，必將逐步被新設(shè)備、新技術(shù)、新安保配套工程設(shè)施所代替。因此對于可靠的火車臨近報(bào)警系統(tǒng)的研制是十分有必要的。

綜上所述，為了避免上述情形，保護(hù)施工人員的人身安全，一種新的列車接近報(bào)警觸發(fā)裝置及方法的發(fā)明是勢在必行的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決如下技術(shù)問題：探測靜態(tài)目標(biāo)的距離；同時探測動態(tài)目標(biāo)的距離、速度和方向。而現(xiàn)有的火車臨近報(bào)警方案或者是人力資源浪費(fèi)，受環(huán)境因素影響很大，如通信信號盲點(diǎn)、設(shè)備電源不足；對施工人員的人身安全構(gòu)成威脅；或者是維護(hù)非常麻煩，非常不適合流動作業(yè)。

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種采用正交多普勒雷達(dá)探測技術(shù)發(fā)明的列車接近報(bào)警觸發(fā)裝置及方法，針對以上國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀分析，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，能夠在不需要上道作業(yè)安裝設(shè)備的條件下，譬如安裝于線路防護(hù)欄外側(cè)，實(shí)現(xiàn)列車接近報(bào)警檢測。這種報(bào)警裝置體積小，便于攜帶，隨用隨安，有較高實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種列車接近報(bào)警觸發(fā)裝置，其采用正交多普勒雷達(dá)探測技術(shù)，其包括：雷達(dá)傳感器模塊、多普勒信號放大調(diào)理模塊、電源管理模塊、雙備份物理隔離無線收發(fā)模塊、MCU模塊、最小系統(tǒng)、串行通信模塊以及外部看門狗模塊。

所述雷達(dá)傳感器模塊：發(fā)射微波信號的同時接受反射波信號，并將兩者相混，產(chǎn)生多普勒信號，并將信號輸出給多普勒信號放大調(diào)理模塊。

所述多普勒信號放大調(diào)理模塊：對雷達(dá)傳感器模塊輸出的多普勒信號進(jìn)行放大調(diào)理后，提供給MCU模塊進(jìn)行算法分析；所述電源管理模塊：實(shí)現(xiàn)低功耗控制。

所述雙備份物理隔離無線收發(fā)模塊：包括射頻處理模塊1和射頻處理模塊2，其采用完全獨(dú)立的通信頻段、調(diào)制方式、通信速率、占用帶寬，實(shí)現(xiàn)通信鏈路互相備份。所述射頻處理模塊1：采用GFSK調(diào)制方式，采用470MHz通信頻點(diǎn)，在發(fā)射功率增加至27dBm時，能夠在3公里范圍內(nèi)穩(wěn)定通信；所述射頻處理模 塊2：采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，包括LoRa擴(kuò)頻調(diào)制方式和GFSK調(diào)制方式。

所述MCU模塊：實(shí)現(xiàn)整個裝置的應(yīng)用邏輯及處理算法，按需控制整個裝置的有序運(yùn)行，達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的功能和性能；MCU模塊按需觸發(fā)雙備份物理隔離無線收發(fā)模塊，并通過雙備份物理隔離無線收發(fā)模塊將判定結(jié)果發(fā)射出去，從而到達(dá)列車接近報(bào)警的目的；所述最小系統(tǒng)：提供整個裝置運(yùn)行的最小系統(tǒng)，包括晶振、濾波電路、程序燒寫接口。

所述串行通信模塊：提供整個裝置對外可擴(kuò)展通信接口；所述外部看門狗模塊：提供整個裝置有序運(yùn)轉(zhuǎn)的監(jiān)護(hù)、異常狀態(tài)下的自動修復(fù)。

一種列車接近報(bào)警觸發(fā)方法，其采用正交多普勒雷達(dá)探測技術(shù)，其包括如下步驟：

發(fā)射雷達(dá)信號、同時接受反射波信號，并將兩者相混，產(chǎn)生多普勒信號，放大所述多普勒信號并做進(jìn)一步的處理；

對處理后的多普勒頻率信號進(jìn)行采樣，經(jīng)過算法分析后計(jì)算出所測目標(biāo)的需求參數(shù)；

將實(shí)時計(jì)算出的需求參數(shù)與預(yù)先內(nèi)部集成的列車經(jīng)過多普勒雷達(dá)探測技術(shù)的數(shù)學(xué)模型以及特征參數(shù)進(jìn)行對比分析，判定所測目標(biāo)的狀態(tài)信息；

將判定結(jié)果發(fā)射給接收裝置，從而到達(dá)列車接近報(bào)警的目的。

所述進(jìn)一步的處理是指多普勒信號經(jīng)過放大調(diào)理且經(jīng)過低通濾波，再通過優(yōu)化的門限算法把它從噪聲和干擾信號中提取出與運(yùn)動物體相對于雷達(dá)設(shè)備的運(yùn)動速度成比例多普勒頻率信號。

發(fā)射的雷達(dá)信號經(jīng)過特殊模式編碼算法，鋸齒波調(diào)制或三角波調(diào)制，經(jīng)鋸齒波調(diào)制的發(fā)射和接收信號的時間相關(guān)曲線，計(jì)算得出所測靜態(tài)目標(biāo)的參數(shù)；采用三角波調(diào)制，計(jì)算得出所測運(yùn)動目標(biāo)的參數(shù)。

所測運(yùn)動目標(biāo)的參數(shù)采用雙通道雷達(dá)傳感器檢測的兩路幅值相同，相位相差90°的信號進(jìn)行計(jì)算得到。

與背景技術(shù)相比，本發(fā)明獲得的有益效果：

本發(fā)明設(shè)計(jì)的采用正交多普勒雷達(dá)探測技術(shù)的列車接近報(bào)警觸發(fā)裝置，可以安裝在鐵路線路防護(hù)欄外側(cè)，能夠在30米范圍之內(nèi)可靠有效探測列車經(jīng)過的方向和速度；

本發(fā)明設(shè)計(jì)的采用正交多普勒雷達(dá)探測技術(shù)的列車接近報(bào)警觸發(fā)裝置，具備列車接近報(bào)警信號無線上傳功能；

本發(fā)明設(shè)計(jì)的采用正交多普勒雷達(dá)探測技術(shù)的列車接近報(bào)警觸發(fā)裝置，具備列車接近報(bào)警信號無線上傳鏈路物理隔離備份功能，最有效可靠地保障信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性；

本發(fā)明設(shè)計(jì)的采用正交多普勒雷達(dá)探測技術(shù)，采用優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離列車接近檢測功能的同時，具備列車接近方向和速率判斷功能；

本發(fā)明設(shè)計(jì)的采用正交多普勒雷達(dá)探測技術(shù)的列車接近報(bào)警觸發(fā)裝置，具備設(shè)備低功耗控制策略及休眠機(jī)制，保障設(shè)備能夠采用太陽能電池板供電；

本發(fā)明設(shè)計(jì)的采用正交多普勒雷達(dá)探測技術(shù)的列車接近報(bào)警觸發(fā)裝置能夠?qū)ν獠吭O(shè)備提供通信接口和控制信號，實(shí)用性更廣。

附圖說明：

通過以下對本發(fā)明的實(shí)施例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解其發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為：

圖1是：現(xiàn)有技術(shù)的人工防護(hù)方式示意圖。

圖2是：雷達(dá)檢測設(shè)計(jì)方案示意圖。

圖3是：本發(fā)明列車接近報(bào)警裝置應(yīng)用示意圖。

圖4是：本發(fā)明列車接近報(bào)警觸發(fā)裝置硬件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是：平面微帶傳感器模塊工作原理示意圖。

圖6是：任務(wù)處理路程示意圖。

圖7是：雙備份物料隔離無線收發(fā)任務(wù)處理流程示意圖。

圖8是：平面微帶雷達(dá)原理構(gòu)成示意圖。

圖9是：放大調(diào)理后的多普勒信號和干擾信號示意圖。

圖10是：經(jīng)鋸齒波調(diào)制的雷達(dá)發(fā)射和接收信號的時間相關(guān)曲線。

圖11是：經(jīng)三角波調(diào)制的雷達(dá)發(fā)射和接收信號的時間相關(guān)曲線。

圖12是：探測運(yùn)動目標(biāo)的方向示意圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖中的實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

雷達(dá)是利用無線電磁波來確定目的的距離、位置及運(yùn)動狀態(tài)的設(shè)備，其基本工作原理是向被測目標(biāo)發(fā)射一束高頻電磁波，電磁波在空間均勻的媒質(zhì)中直線向前傳播，一旦遇到目標(biāo)，便發(fā)射回來。其中有一部分發(fā)射回來的電磁波被雷達(dá)的接收系統(tǒng)所接收，通過測量接收信號的到達(dá)時間、強(qiáng)弱變化、頻率變化等參數(shù)來確定目標(biāo)的方位、距離、和運(yùn)行狀態(tài)。雷達(dá)報(bào)警器的探測目標(biāo)是運(yùn)動中的列車，目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)列車。因此實(shí)際上就是一個遠(yuǎn)程的傳感器，它主要是利用運(yùn)動物體對無線電波的多普勒效應(yīng)來檢測列車狀態(tài)的。在連續(xù)波雷達(dá)中，就是利用運(yùn)動目標(biāo)反射的電磁波頻率f，與雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻率f₀不同這一頻率，來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并確定它的各種參量的。上述這種接收頻率與發(fā)射頻率不同的 現(xiàn)象，成為多普勒效應(yīng)，頻率之差(f-f₀)稱為多普勒頻率。它與運(yùn)動物體相對于雷達(dá)設(shè)備的運(yùn)動速度成比例。其數(shù)量關(guān)系，由下式?jīng)Q定：

$f_d=f-f_0=2\·f_0\·\frac{v}{c_0}\·\cos a$ 公式(1)

式中：f_d多普勒頻率，即接收與發(fā)射信號頻率之差；f₀雷達(dá)的發(fā)射頻率；v列車運(yùn)動速度；α雷達(dá)與目標(biāo)的連線與目標(biāo)運(yùn)動方向之夾角c₀電磁波速度，即是光速(3*108米/秒)。通過測量多普勒頻率f_d，可以算出目標(biāo)的運(yùn)動速度或判定目標(biāo)性質(zhì)。雷達(dá)報(bào)警器就是通過測量多普勒頻率來判定有無列車駛來。

如圖2所示：由振蕩器振蕩發(fā)出一個發(fā)射信號，其中一路經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射出去，一路又分流成兩路分別進(jìn)入I、Q所在的通道的混頻器中，其中Q通道的信號在混頻之前還需先經(jīng)90°的移相；接收天線接收到的回波信號，先經(jīng)低噪聲放大處理后，再分別經(jīng)混頻器與實(shí)時分流的兩路信號進(jìn)行混頻；混頻后得到的信號再經(jīng)中頻濾波放大處理，最終得到I、Q兩路中頻信號。I、Q兩路中頻輸出信號中均攜帶有探測目標(biāo)的速度信息。分析I、Q其中一路信號，均包含有一個多普勒頻率或信號差頻f_d。由以上公式(1)可大致得到多普勒頻率f_d與徑向運(yùn)動速度v的對應(yīng)關(guān)系(此時令α＝0)。例如：44Hz(f_d)＝1km/h(v)，8.8kHz(f_d)＝200km/h(v)。

基于上述原理，如圖3、4所示：本發(fā)明涉及一種采用正交多普勒雷達(dá)探測技術(shù)發(fā)明的列車接近報(bào)警觸發(fā)裝置，包括雷達(dá)傳感器模塊、多普勒信號放大調(diào)理模塊、電源管理模塊、雙備份物理隔離無線收發(fā)模塊(射頻處理模塊1和2)、 MCU模塊、最小系統(tǒng)、串行通信模塊、外部看門狗模塊、接收裝置等。

所述雷達(dá)傳感器模塊：主要發(fā)射微波信號的同時接受反射波信號，并將兩者相混，產(chǎn)生一個新的低頻信號，并將信號輸出給多普勒信號放大調(diào)理模塊；

所述多普勒信號放大調(diào)理模塊：微波傳感器模塊輸出的多普勒信號十分微弱，通過多普勒信號放大調(diào)理模塊調(diào)理后，提供給MCU模塊進(jìn)行算法分析；

所述電源管理模塊：該裝置電源供電策略管理模塊，核心功能是實(shí)現(xiàn)整個裝置的低功耗控制；

所述雙備份物理隔離無線收發(fā)模塊(射頻處理模塊1和2)：射頻處理模塊1和射頻處理模塊2采用完全獨(dú)立的通信頻段、調(diào)制方式、通信速率、占用帶寬等，實(shí)現(xiàn)通信鏈路互相備份；

所述MCU模塊：實(shí)現(xiàn)整個裝置的應(yīng)用邏輯及處理算法，按需控制整個裝置穩(wěn)定可靠且有序運(yùn)行，達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的功能和性能；

所述最小系統(tǒng)：提供整個裝置運(yùn)行的最小系統(tǒng)，包括晶振、濾波電路、程序燒寫接口等；

所述串行通信模塊：提供整個裝置對外可擴(kuò)展通信接口；

所述外部看門狗模塊：提供整個裝置有序運(yùn)轉(zhuǎn)的監(jiān)護(hù)，異常狀態(tài)下能夠自動修復(fù)。

雷達(dá)傳感器模塊及多普勒信號放大調(diào)理模塊實(shí)現(xiàn)原理：多普勒雷達(dá)在發(fā)射微波信號的同時接受反射波信號，并將兩者相混，產(chǎn)生一個新的低頻信號，稱多普勒信號，其頻率稱為多普勒頻率，是發(fā)射頻率和反射頻率之差。實(shí)現(xiàn)方法如圖5、 6所示。

多普勒頻率＝|發(fā)射頻率-反射頻率|＝|1/λt-1/λr|＝|ft-fr|

由此可見，當(dāng)雷達(dá)檢測到多普勒信號則判定有移動目標(biāo)存在。

微波傳感器模塊輸出的多普勒信號十分微弱，需要放大數(shù)千倍才能做進(jìn)一步的處理。此外，放大的同時還必須使信號通過一個低頻帶通濾波器，目的是去掉高頻和甚低頻干擾，實(shí)現(xiàn)方法如圖8所示。

如圖9所示給出多普勒信號、帶內(nèi)干擾信號、高頻干擾信號、低頻干擾信號通過帶通濾波器前后的情況?？梢钥吹剑?、低頻干擾信號受帶通濾波器的阻隔不能通過，但放大多普勒信號的同時，頻率落在帶內(nèi)的干擾信號也被放大通過。為了分離有用的多普勒信號，決策控制部分通常會加入自適應(yīng)門限控制算法來切除漏過帶通濾波器的干擾信號，這種算法是通過分析信號幅度的大小來區(qū)分多普勒信號和干擾信號的。顯然，當(dāng)多普勒信號的幅度不敵干擾信號時，就無法探測到運(yùn)動目標(biāo)了。

探測靜止物體的距離，即靜態(tài)物體到傳感器之間的距離，調(diào)制信號采用鋸齒波即可。這是因?yàn)?，此時的干擾大多為多普勒信號，而在抗干擾性能方面，鋸齒波調(diào)制要優(yōu)于三角波調(diào)制。差頻信號中的距離信息，是通過由時間延遲引起的差頻信號來反映的。圖10是帶有鋸齒形調(diào)制方案的雷達(dá)發(fā)射和接收信號的時間相關(guān)曲線。

發(fā)射頻率曲線與接收頻率曲線的唯一區(qū)別是時間延遲。如圖10所示，在某一時刻t0時的瞬時接收信號，其頻率低于瞬時發(fā)射頻率(對于升坡曲線而言)，原因是傳感器在同一時刻發(fā)射頻率已經(jīng)升高。如果在混頻器中混合發(fā)射信號和 接收信號，就會生成一個恒定的差頻信號fd，其中包含所需的距離信息。而且，此頻率越高，目標(biāo)的距離越遠(yuǎn)。

下列公式(2)和(3)說明了靜止目標(biāo)距離R與差頻fd的關(guān)系：

$R=\frac{c_0}{2}\·T\·\frac{f_d}{\mathrm{\Δf}}$ 公式(2)

或

$R=\frac{c_0}{2}\·\frac{1}{f}\·\frac{f_d}{\mathrm{\Δf}}$ 公式(3)

f_d差頻

Δf振蕩器發(fā)射頻率的變化范圍，即調(diào)頻寬度

T鋸齒波重復(fù)周期

f調(diào)頻速度，f＝1/T

R目標(biāo)的距離

c₀光速

對中頻差頻信號進(jìn)行相應(yīng)的分析處理得到f_d的值，則可由公式(2)或(3)得到此時目標(biāo)距傳感器的距離信息。

探測運(yùn)動目標(biāo)的速度和距離信息時，調(diào)制信號采用三角波。由于同時存在時間延遲效應(yīng)和多普勒頻移效應(yīng)，因此選用一個三角函數(shù)(具有升坡曲線和降坡曲線)來滿足此時問題的復(fù)雜性。

差頻信號中的距離信息，是由多普勒效應(yīng)和時間延遲效應(yīng)疊加來反映的。下圖11顯示了在被目標(biāo)物體反射后，用三角波調(diào)制微波信號的發(fā)射和接收情 況。如圖8所示，實(shí)線為發(fā)射信號，虛線為接收信號。延時效應(yīng)將導(dǎo)致兩個信號在X軸(時間軸)上，產(chǎn)生一個Δt的差值，Δt即為回波信號相較于發(fā)射信號的時間延遲。由Δt進(jìn)而會產(chǎn)生一個差頻信號fdelay，fdelay即為某一時刻回波信號頻率與發(fā)射信號頻率的差值，原因是傳感器在同一時刻的發(fā)射頻率已經(jīng)發(fā)生變化。

由公式(2)可得

$f_{\mathrm{delay}}=\frac{2\·R\·\mathrm{\Δf}}{c_0\·T}$ 公式(4)

多普勒效應(yīng)將導(dǎo)致接收信號在Y軸(頻率軸)上，產(chǎn)生一個多普勒頻移fDopp。

由公式(1)可得

$f_{\mathrm{Dopp}}=2\·f_0\·\frac{v}{c_0}\·\cos a$ 公式(5)

為簡化公式，令角度α＝0，即目標(biāo)相對于雷達(dá)傳感器作徑向運(yùn)動，則公式(6)可簡化為

$f_{\mathrm{Dopp}}=2\·f_0\·\frac{v}{c_0}$ 公式(6)

由圖8可以看出，在升坡階段，時間延遲效應(yīng)與多普勒效應(yīng)相互抵消；在降坡階段，這兩種效應(yīng)疊加。由此可計(jì)算出在三角調(diào)制信號的升坡階段傳感器輸出信號fdiff_up，及降坡階段的輸出信號fdiff_down：

f_{diff_up}＝|f_Dopp-f_delay| (A)

f_{diff_down}＝f_Dopp+f_delay (B)

(A)+(B)可得：

f_{diff_up}+f_{diff_down}＝2·f_Dopp (C)

將公式(C)帶入公式(6)可得速度公式：

$v=\frac{c_0\·(f_{\mathrm{diff}\_\mathrm{up}}+f_{\mathrm{diff}\_\mathrm{down}})}{4\·f_0}$ 公式(7)

(B)-(A)可得：

|f_{diff_up}-f_{diff_down}|＝2·f_delay (D)

將公式(D)代入公式(4)可得距離公式：

$R=\frac{|f_{\mathrm{diff}\_\mathrm{up}}-f_{\mathrm{diff}\_\mathrm{down}}|\·c_0\·T}{4\·\mathrm{\Δf}}$ 公式(8)

分析傳感器的輸出信號，得到f_{diff_up}和f_{diff_down}的信息，再由公式(7)和公式(8)，即可得到運(yùn)動目標(biāo)的速度和距離信息。

辨別運(yùn)動目標(biāo)的方向，即探測運(yùn)動目標(biāo)相對于雷達(dá)傳感器作何種方向的運(yùn)動：靠近或遠(yuǎn)離。雙通道雷達(dá)傳感器均可實(shí)現(xiàn)此功能。

理論上I、Q應(yīng)為兩路幅值相同，相位相差90°的信號，但由于實(shí)際測量導(dǎo)致的誤差，其幅值可有6dB的誤差，而相位差也允許在60°～120°的范圍內(nèi)變化。分析I和Q兩路信號，如果目標(biāo)相對雷達(dá)傳感器做靠近或遠(yuǎn)離的運(yùn)動，則可在示波器上時域圖上觀察到其中一路信號相對于另一路超前或滯后90°。

如圖12所示，當(dāng)目標(biāo)做靠近傳感器的徑向運(yùn)動時，I信號滯后于Q信號90°；當(dāng)目標(biāo)做遠(yuǎn)離傳感器的徑向運(yùn)動時，I信號超前于Q信號90°。即最簡單的辨別運(yùn)動目標(biāo)方向的方法為，計(jì)算示波器時域圖中零交點(diǎn)的數(shù)目，并且辨別 I、Q哪路信號在前。

如圖7所示，雙備份物理隔離無線收發(fā)模塊(射頻處理模塊1和2)實(shí)現(xiàn)：

該裝置設(shè)計(jì)兩路物料隔離無線收發(fā)模塊，射頻處理模塊1和射頻處理模塊2。其中：

射頻處理模塊1：采用GFSK調(diào)制方式，采用470MHz通信頻點(diǎn)，在發(fā)射功率增加至27dBm時，能夠在3公里范圍內(nèi)穩(wěn)定通信。

射頻處理模塊2：采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)。擴(kuò)展頻譜(擴(kuò)頻)：用來傳輸信息的信道帶寬遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的一種傳輸方式。

根據(jù)仙農(nóng)(C.E.Shannon)在信息論研究中總結(jié)出的信道容量公式，即仙農(nóng)公式：C＝W×Log2(1+S/N)式中：C-信息的傳輸速率S--有用信號功率W--頻帶寬度N-噪聲功率由式中可以看出：為了提高信息的傳輸速率C，可以從兩種途徑實(shí)現(xiàn)，既加大帶寬W或提高信噪比S/N。換句話說，當(dāng)信號的傳輸速率C一定時，信號帶寬W和信噪比S/N是可以互換的，即增加信號帶寬可以降低對信噪比的要求，當(dāng)帶寬增加到一定程度，允許信嗓比進(jìn)一步降低，有用信號功率接近噪聲功率甚至淹沒在噪聲之下也是可能的。擴(kuò)頻通信就是用寬帶傳輸技術(shù)來換取信噪比上的好處，這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。

擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)在其他領(lǐng)域應(yīng)用了很多年，在等同的數(shù)據(jù)速率條件下，商用的低成本擴(kuò)頻調(diào)制方式可以獲得比傳統(tǒng)FSK調(diào)制方式高8-10dB的靈敏度。該設(shè)備處理模塊集成了Semtech最新研制的LoRa擴(kuò)頻調(diào)制方式和傳統(tǒng)的GFSK調(diào)制方式。為用戶提供了一種簡單的系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離，又能實(shí)現(xiàn)長電池壽命并且增加系統(tǒng)容量。

采用LoRaTM模式可以實(shí)現(xiàn)-148dbm的高靈敏度，并加上集成的+20dbm的功率輸出，采用較低通信速率的情況下，遠(yuǎn)距離通信更加穩(wěn)定可靠。

綜上所述，本發(fā)明列車接近報(bào)警觸發(fā)裝置在工作時，雷達(dá)傳感器模塊間隔發(fā)出固定頻率微波信號，該信號采用特殊FMCW模式編碼算法，如鋸齒波調(diào)制或三角波調(diào)制，使得無論微波信號遇到靜止物體或運(yùn)動物體，都能產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的反射波信號并被傳感器接收，將兩者相混差頻產(chǎn)生一個新的低頻信號，即為多普勒頻移信號，微弱的多普勒頻移信號經(jīng)過放大數(shù)千倍并通過低通濾波器過濾處理后，再通過優(yōu)化的門限算法把它從噪聲和干擾信號中提取出與運(yùn)動物體相對于雷達(dá)設(shè)備的運(yùn)動速度成比例多普勒頻率信號。MCU模塊通過對多普勒頻率信號進(jìn)行采樣，經(jīng)過算法分析后計(jì)算出靜止目標(biāo)的距離，以及移動目標(biāo)的距離、速度和方向。MCU模塊內(nèi)部集成列車經(jīng)過多普勒雷達(dá)的數(shù)學(xué)模型以及特征參數(shù)，將實(shí)時計(jì)算出的靜止目標(biāo)的距離，以及移動目標(biāo)的距離、速度和方向等參數(shù)與內(nèi)部集成的列車經(jīng)過多普勒雷達(dá)的數(shù)學(xué)模型以及特征參數(shù)進(jìn)行對比分析，判定有無列車駛來，以及列車速度、距離和接近方向等狀態(tài)信息。MCU模塊根據(jù)判定結(jié)果，按需觸發(fā)雙備份物理隔離無線收發(fā)模塊，并將判定結(jié)果通過雙備份物理隔離無線收發(fā)模塊穩(wěn)定可靠地發(fā)射給接收裝置，從而到達(dá)列車接近報(bào)警的目的。本發(fā)明設(shè)計(jì)的采用正交多普勒雷達(dá)探測技術(shù)的列車接近報(bào)警觸發(fā)裝置，可以安裝在鐵路線路防護(hù)欄外側(cè)，能夠在30米范圍之內(nèi)可靠有效探測列車經(jīng)過的方向和速度；具備列車接近報(bào)警信號無線上傳功能；具備列車接近報(bào)警信號無線上傳鏈路物理隔離備份功能，最有效可靠地保障信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性；采用優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離列車接近檢測功能的同時，具備列車接近方向和速率判斷功能；具備設(shè)備低功耗控制策略及休眠機(jī)制，保障設(shè)備能夠采用太陽能電 池板供電；能夠?qū)ν獠吭O(shè)備提供通信接口和控制信號，實(shí)用性更廣。

本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明的目的，而并非用作對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，對以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。