專利名稱：一種車載毫米波列車防撞雷達系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車載毫米波列車防撞雷達系統(tǒng)，屬于防撞雷達技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
截至2010年，全國鐵路營運里程已達9.1萬公里，其中高速鐵路8358公里，2011年，全國高鐵將初步成網(wǎng)，運營里程將突破1.3萬公里，占世界高速鐵路總里程的一半以上。鐵路運輸?shù)慕^對安全運行不僅是體現(xiàn)鐵路運輸業(yè)發(fā)展水平最重要的標志，也是關(guān)系國運民生的重大問題，我國蓬勃發(fā)展的高速鐵路運輸系統(tǒng)速度高、密度大的特點更要求重大安全事故絕不發(fā)生。2011年7月23日，我國發(fā)生了 “甬溫線”特別重大鐵路交通事故，造成了死亡40人，受傷200余人的慘劇。慘痛的教訓(xùn)說明除了依靠信號閉塞手段來保證行車安全之外，還應(yīng)該有多套與信號系統(tǒng)完全獨立的、可自主工作、不會同時故障、能全天時全天候工作的鐵路行車安全保障系統(tǒng)。列車防撞雷達是一種保證鐵路行車安全，防止列車相撞的有效手段。其原理是將雷達安裝于列車頭部，對前方一定距離范圍 內(nèi)的場景目標進行探測、分辨和識別，進而實現(xiàn)列車防撞的目的，如

圖1所示。針對列車沖突、異物侵限等引起鐵路安全事故，提出的安全防撞儀器的研究，可以分為如下兩類。一類是信息組網(wǎng)型行車安全保障儀器，即將傳感器分置于列車間或列車與車外安全輔助設(shè)備間，通過信息組網(wǎng)實現(xiàn)前車狀態(tài)預(yù)知與提前預(yù)警，其代表是德國RCAS系統(tǒng)和印度ACD系統(tǒng)。這類列車防撞預(yù)警安全儀器的主要缺點是依賴外部條件及基礎(chǔ)保障設(shè)施，不能獨立自主工作，并且不能探測軌道內(nèi)非合作目標(例如故障列車、其它異物等)。另一類是自主探測型行車安全保障儀器，通過傳感器對目標進行主動探測，依據(jù)探測結(jié)果進行安全預(yù)警，與第一類相比，可獨立自主工作，不會因受到其它列車供電故障或通信受阻的影響而停止工作，且基于光學(xué)、紅外、激光等探測手段的行車安全保障系統(tǒng)，具有可視性好、成本低等優(yōu)點；但易受雨、霧等影響，不能全天候、全天時工作，且其探測距離短，不能滿足高速列車防撞預(yù)警的需求。英國UCL大學(xué)研制了一種基于MMO體制的道口異物侵限預(yù)警雷達，可監(jiān)視在不超過30m的短距離內(nèi)跨越道口的車輛、行人及其它障礙物；法國交通和安全研究院(INRETS)基于超寬帶雷達技術(shù)研制了站臺異物侵限檢測雷達，并開展了試驗驗證工作。以上兩種防撞雷達設(shè)備皆屬于“定點防御”型，即只能布置于異物侵限易發(fā)地，不能滿足隨車實時檢測預(yù)警任務(wù)。在意大利鐵道部軌道異物識別系統(tǒng)(Railway objects Identification System)項目研制中，俄羅斯Elva公司設(shè)計了一套雷達型防撞儀器，型號為FMCW-10/94。該儀器安裝于列車頭部，隨車實時完成威脅目標探測報警，其探測距離設(shè)計指標為150m，試驗驗證可達到230m，但遠不能滿足我國高速鐵路行車安全預(yù)警距離的需要。
綜合以上國外動態(tài)分析，俄羅斯、英國、法國等技術(shù)較為先進的國家都針對本國(或應(yīng)用國)鐵路運行特點，進行了列車雷達型防撞儀器技術(shù)的深入研究。主要指標與功能特點如表I所示，其中防撞儀器部分業(yè)務(wù)指標(如虛警誤報率、檢測率等)還未見公開報道。表I國外雷達型防撞儀器主要指標與功能特點
權(quán)利要求
1.一種車載毫米波列車防撞雷達系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝于列車上，其特征在于，該系統(tǒng)包括頻綜模塊、發(fā)射模塊、接收模塊、天饋模塊以及信號處理模塊；其中上述各模塊之間的連接關(guān)系為:頻綜模塊分別與發(fā)射模塊和接收模塊相連，發(fā)射模塊和接收模塊分別與天饋模塊相連，信號處理模塊與接收模塊相連； 頻綜模塊用于產(chǎn)生X波段發(fā)射激勵信號和X波段接收本振信號，并將所述X波段發(fā)射激勵信號傳輸給發(fā)射模塊，將所述X波段接收本振信號傳輸給接收模塊； 發(fā)射模塊用于將X波段激勵信號倍頻至Ka波段，并進行功率放大后傳輸給天饋模塊；天饋模塊包括一個發(fā)射天線、KXn個接收天線和η個單刀K擲開關(guān)，其中每相鄰K路接收天線通過一單刀K擲開關(guān)與接收模塊相連； 接收模塊包含η個接收機，每一接收機與天饋模塊中的一單刀K擲開關(guān)相連；一方面用于將X波段接收本振信號倍頻成Ka波段本振信號，另一方面每一接收機利用單刀K擲開關(guān)分時接收與其相連的接收天線的目標回波，并利用Ka波段本振信號將目標回波下變頻成中頻信號，再對中頻信號進行濾波、放大生成基帶信號并輸出給信號處理模塊； 信號處理模塊用于對接收的基帶信號進行處理，獲取目標的距離、速度及角度信息，然后將其傳輸給列車中控系統(tǒng)，由列車中控系統(tǒng)對列車下發(fā)停車指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述車載毫米波列車防撞雷達系統(tǒng)，其特征在于，所述天饋模塊中發(fā)射天線所發(fā)射信號的波形為線性調(diào)頻波形或線性調(diào)頻步進波形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述車載毫米波列車防撞雷達系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述天饋模塊中發(fā)射天線的波形為線性調(diào)頻波形時，則信號處理模塊對接收的信號進行處理的過程為: 步驟一、將基帶信號進行脈內(nèi)積累，然后進行復(fù)加權(quán)求和，形成nScan個不同指向的和波束輸出結(jié)果和差波束輸出結(jié)果，其中nScan為雷達掃描時設(shè)定的波位個數(shù)； 步驟二、對nScan個不同指·向的和波束輸出結(jié)果進行脈間積累，得到nScan個和波束F1D平面；對nScan個不同指向的差波束輸出結(jié)果進行脈間積累得到nScan個差波束H)平面；步驟三、在nScan個和波束形成的H)平面上進行二維CFAR檢測； 步驟四、對二維CFAR檢測過門限的點進行目標參量測量，所述目標參量包括距離、速度以及角度，并將此時測量得到的角度記為粗測角； 步驟五、將所述粗測角作為振幅和差法中的波束視軸方向Gtl，根據(jù)Qtl所對應(yīng)的差波束H)平面計算差波束的輸出結(jié)果F,，根據(jù)和波束輸出結(jié)果Fs和差波束的輸出結(jié)果F,計算目標角度的精確值θ E，最后根據(jù)測量值進行距離角度二維凝聚； 步驟六、將測量出的目標距離、速度、角度信息傳輸給列車中控系統(tǒng)，由列車中控系統(tǒng)對列車下發(fā)停車指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述車載毫米波列車防撞雷達系統(tǒng)，其特征在于，所述K=4。
全文摘要
本發(fā)明提供一種車載毫米波列車防撞雷達系統(tǒng)，包括頻綜模塊、發(fā)射模塊、接收模塊、天饋模塊以及信號處理模塊；頻綜模塊用于產(chǎn)生X波段發(fā)射激勵信號和X波段接收本振信號；發(fā)射模塊用于將X波段激勵信號倍頻至Ka波段；天饋模塊包括一個發(fā)射天線、Kn個接收天線和n個單刀K擲開關(guān)，其中每相鄰K路接收天線通過一單刀K擲開關(guān)與接收模塊相連;接收模塊包含n個接收機，每一接收機與天饋模塊中的一單刀K擲開關(guān)相連；信號處理模塊用于對接收的信號進行處理，獲取目標的距離、速度及角度信息，然后將其傳輸給列車中控系統(tǒng)，由列車中控系統(tǒng)對列車下發(fā)停車指令。該系統(tǒng)安裝在火車上，能夠準確探測出火車前方的障礙物，從而很好實現(xiàn)火車防撞功能。
文檔編號G01S13/93GK103235310SQ20131009978
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者劉峰, 周宇翔, 劉海波, 楊曉倩 申請人:北京理工雷科電子信息技術(shù)有限公司