專利名稱：一種用于計算多普勒信號頻譜的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于計算多普勒信號頻譜的方法，尤其是涉及一種在鐵路機車測速雷達系統(tǒng)中用于計算機車速度的信號頻譜的方法。
背景技術：
頻譜多普勒技術作為一種基礎的方法已在汽車工業(yè)中得到廣泛的應用，而對于鐵路機車車輛，考慮到軌道地面的急劇變化必然導致多普勒頻譜的變化，同時多普勒頻譜的中心也會起變化，并引起速度的修正系數也在發(fā)生變化，針對這個問題，我們引入了一種根據雙天線頻譜的交叉頻點對鐵路機車運行速度進行估值的計算方法。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種用于計算多普勒信號頻譜的方法，它能根據估計出的多普勒信號幅值、中心頻率、帶寬，利用多普勒頻譜的特殊性，準確地計算出所需的參數，以克服現(xiàn)有技術存在的各種缺陷。本發(fā)明所謂的一種用于計算多普勒信號頻譜的方法，其特征在于它依次經歷下述步驟在測速雷達系統(tǒng)中安裝發(fā)射角度分別為40°和50°且設置高度均為500mm的兩個天線，它們分別輻射毫米波，將發(fā)射波與反射回波差頻，得到的信號即為多普勒信號；對原始的多普勒信號進行帶通或低通濾波，既要濾除高頻干擾和噪聲中的高頻分量，也要完成AD采樣前所必需的抗混疊濾波，以滿足奈奎斯特采樣定理；對采樣后的數據進行FFT變換以獲得相應頻譜；將兩個天線的頻譜進行合成并去除突變點；對多普勒信號的強度、信噪比進行評估，搜索頻譜合成中最接近的頻點；對搜索到的交叉頻點進行聚心以得到頻率估計；根據多次頻率變化率確定濾波范圍，進行帶通或低通濾波以進一步減小參數誤差； 計算，兩個天線對應的多普勒表達式為
Fd =^xFxcos40°.....................1
d C
Fd =^x ^ χ COS50°.....................2
F f cos 40°加上由二式整理所得的關系式# = f x ~^.....................3和
Fd Λ cos 50
I
-p^ +Fh =Ft.....................4，從關系式3和4即可得到Fd(即40°天線的多普勒
2
頻率)，還有&即50°天線的多普勒頻率，再代入關系式1和2就能得到對應的鐵路機車運行速度V，關系式1中的&是40°天線的發(fā)射頻率，關系式2中的乂是50°天線的發(fā)射頻率，而二式中的C則是光速3 X 108m/s。本發(fā)明的有益效果是當依照本計算方法測量鐵路機車運行速度時，能夠有效地 避免不同的地面情況對頻譜分析的影響，顯著提高參數估計的準確性，從而獲得高精度的 測量結果。
圖1是雷達微波輻射區(qū)域圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是車載測速雷達雙微波天線理想情況下的頻譜圖。圖中1、2 —多向同性反射情況下得到的頻譜，3、4 一多向異性反射情況下得到的 頻譜，I7k —頻譜的交點。
具體實施例方式以測量鐵路機車運行速度為例，車載雷達系統(tǒng)在500mm高度上設置有發(fā)射角度分 別為40°和50°的兩個天線，兩個天線發(fā)射的毫米波在反射面上存在一定程度的覆蓋。本 發(fā)明提供的一種用于計算多普勒信號頻譜的方法依次經歷下述步驟將兩個天線的發(fā)射波 與反射回波差頻以得到多普勒信號；對原始的多普勒信號進行帶通或低通濾波，既要濾除 高頻干擾和噪聲中的高頻分量，也要完成采樣前所必需的抗混疊濾波，以滿足奈奎斯特采 樣定理；對采樣后的數據進行FFT變換以獲得相應頻譜；將兩個天線的頻譜進行合成并去 除突變點；對多普勒信號的強度、信噪比進行評估，搜索頻譜合成中最接近的頻點；對搜索 到的交叉頻點的譜線進行聚心的得到頻率估計；根據多次頻率變化率確定濾波范圍，進行 帶通或低通濾波以進一步減少參數誤差；計算，兩個天線對應的多普勒表達式為
權利要求
1. 一種用于計算多普勒信號頻譜的方法，其特征在于它依次經歷下述步驟①在測速雷達系統(tǒng)中安裝發(fā)射角度分別為40°和50°且設置高度均為500mm的兩個天線，它們分別輻射毫米波，將發(fā)射波與反射回波差頻，得到的信號即為多普勒信號；②對原始的多普勒信號進行帶通或低通濾波，既要濾除高頻干擾和噪聲中的高頻分量，也要完成AD采樣前所必需的抗混疊濾波，以滿足奈奎斯特采樣定理；③對采樣后的數據進行FFT變換以獲得相應頻譜；④將兩個天線的頻譜進行合成并去除突變點；⑤對多普勒信號的強度、信噪比進行評估，搜索頻譜合成中最接近的頻點；⑥對搜索到的交叉頻點的譜線進行聚心以得到頻率估計；⑦根據多次頻率變化率確定濾波范圍，進行帶通或低通濾波以進一步減小參數誤差；⑧計算，兩個天線對應的多普勒表達式為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于計算多普勒信號頻譜的方法，它依次經歷下述步驟在測速雷達系統(tǒng)中安裝兩個發(fā)射角度不同的天線以采集多普勒信號；對原始信號進行帶通或低通濾波，再進行FFT變換以獲得相應頻譜；將兩頻譜進行合成并去除突變點；對信號的強度、信噪比進行評估，搜索頻譜合成中最接近的頻點；對交叉頻點的譜線進行聚心以得到頻率估計；參數平滑和計算。本發(fā)明方法能夠有效地避免單個多普勒信號頻譜因路基函數引起的計算誤差，從而獲得高精度的鐵路機車相對運行速度。
文檔編號G01S13/58GK102401896SQ20111024963
公開日2012年4月4日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權日2011年8月26日
發(fā)明者姚斌, 李蘇紅, 王磊, 賀雄 申請人:湖南湘依鐵路機車電器股份有限公司