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一種基于雷達(dá)回波特征的鐵路路障探測與告警方法的系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:6152702閱讀:467來源:國知局
專利名稱:一種基于雷達(dá)回波特征的鐵路路障探測與告警方法的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于智能交通管理技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種基于雷達(dá)回波特征的鐵路路障探測與告警的系統(tǒng),主要由毫米波雷達(dá)探測器、GPS及慣性導(dǎo)航裝置、數(shù)據(jù)處理及顯控預(yù)警平臺組成。
背景技術(shù)
隨著我國鐵路網(wǎng)建設(shè)步伐的加大及列車速度的逐年提高,尤其是高鐵建設(shè)的加快,列車行車安全越來越受到重視。傳統(tǒng)上在事故易發(fā)地段設(shè)置工作人員,利用人工排查隱患的方式隨著鐵路總里程的增加已不能滿足需求,況且還存在一些必須監(jiān)測而不適合人類工作的地段?,F(xiàn)行的鐵路路障檢測技術(shù)主要有兩類:一類是在關(guān)鍵路段安裝監(jiān)測設(shè)備,另一類是在運動平臺(即列車)上安裝光學(xué)傳感器。在關(guān)鍵路段安裝監(jiān)測設(shè)備,這類技術(shù)能有效的監(jiān)測特殊地段的路況,但對于未安裝傳感器的非特殊路段的突發(fā)狀況(如山體滑坡、泥石流等),這類技術(shù)可能失效。因此迫切需要車載探障系統(tǒng),在行車過程中,對前方路面進(jìn)行不間斷探測,及時反饋路面信息。在運動平臺上安裝光學(xué)傳感器,運用圖像檢測的相關(guān)理論來進(jìn)行障礙物檢測。這類技術(shù)可實現(xiàn)動、靜障礙物的快速檢測,但是光學(xué)傳感器受天氣影響較大,無法滿足高鐵路障探測全天候工作的需求。在平臺上安裝雷達(dá)探測器,一般的技術(shù)路線是對路面進(jìn)行成像,或?qū)φ系K物進(jìn)行目標(biāo)識別。成像方式由于在速度方向上存在嚴(yán)重的距離方位耦合在技術(shù)上難以實現(xiàn)。目標(biāo)識別方式算法復(fù)雜,運算量大,難以實時實現(xiàn),識別率也較低,技術(shù)上還有待機(jī)一部突破。除此,成像方式及目標(biāo)識別方式所需的硬件平臺較為復(fù)雜,這將導(dǎo)致系統(tǒng)研發(fā)制造成本的增加,不利于系統(tǒng)的推廣普及。傳統(tǒng)上的雷達(dá)探障系統(tǒng),往 往會考慮利用雷達(dá)的高分辨特性,對路面進(jìn)行成像,對障礙物進(jìn)行識別。由于成像區(qū)域位于列車正前方,SAR成像方式存在嚴(yán)重的距離-方位耦合而無法成像。另外,采用雷達(dá)成像的方式,系統(tǒng)的實時性得不到保證,制造成本也會因系統(tǒng)復(fù)雜性的增加而增加。
發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處,本發(fā)明提出一種基于雷達(dá)回波特征的鐵路路障探測與告警,實現(xiàn)對鐵路路障的全天候探測與告警。技術(shù)方案一種基于雷達(dá)回波特征的鐵路路障探測與告警方法的系統(tǒng),其特征在于包括GPS慣導(dǎo)組合導(dǎo)航定位裝置、雷達(dá)探測器和與之連接的數(shù)據(jù)處理及顯示控制平臺;所述雷達(dá)探測器包括單脈沖天線、頻率綜合器、毫米波收發(fā)模塊、中頻接收機(jī)及信號處理器;GPS及慣性導(dǎo)航裝置:對列車進(jìn)行實時定位,并將定位信息送入數(shù)據(jù)處理單元;[0012]單脈沖天線:接收毫米波探測系統(tǒng)發(fā)射信號的空間定向輻射和目標(biāo)回波信號電磁能量,以實現(xiàn)和差比幅單脈沖測角;頻率綜合器:用于產(chǎn)生線性調(diào)頻信號和微波基準(zhǔn)信號,并送入毫米波收發(fā)模塊;同時產(chǎn)生定時基準(zhǔn)信號,送入信號處理器分系統(tǒng);毫米波收發(fā)模塊:產(chǎn)生毫米波段的線性調(diào)頻信號,放大到所需功率后通過天線進(jìn)行發(fā)射;并將通過天線接收到的目標(biāo)回波信號進(jìn)行頻率變換和放大后送入中頻接收機(jī)分系統(tǒng);中頻接收機(jī):對來自毫米波收發(fā)模塊的和信號、差信號進(jìn)行濾波、放大和自動增益控制,然后送入信號處理器;信號處理器及顯示控制平臺:對接收的目標(biāo)回波信號進(jìn)行檢測,完成對回波的幅度、角度及角誤差特征進(jìn)行提??;同時對處理后的信息進(jìn)行顯示。有益效果本發(fā)明提出的一種基于雷達(dá)回波特征的鐵路路障探測與告警的系統(tǒng),列車高速行駛時,雷達(dá)探測器實時提取前方路面的雷達(dá)回波特征,數(shù)據(jù)處理及顯控預(yù)警平臺根據(jù)GPS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)給出的列車位置信息,從存儲器中讀取列車安全行駛時的歷史回波特征統(tǒng)計數(shù)據(jù),并進(jìn)行比對。若回波特征出現(xiàn)異常起伏的情況,系統(tǒng)給出告警信號,在保證安全剎車距離前提下,給駕駛員提供足夠的處理時間。本發(fā)明所涉及的毫米波雷達(dá)探測距離遠(yuǎn),分辨率高,能通過信號的實時處理得到前方的路面信息,且不受天氣和氣候的影響,系統(tǒng)簡單可行,能滿足高鐵障礙探測的需求。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較所具有的有益效果是:I)與常規(guī)的路面安全設(shè)施相比,本系統(tǒng)直接安裝在列車上,可以在列車行駛過程中對前方路面進(jìn)行不間斷的檢測,可以在路面監(jiān)測設(shè)施失效時使用,進(jìn)一步提高列車的行車安全。2)本發(fā)明所涉及的雷達(dá)探障與告警系統(tǒng),采用的是毫米波體制,系統(tǒng)探測不受天氣與氣候的影響,具有全天候、全天時等優(yōu)點。3)本發(fā)明所涉及的雷達(dá)探障與告警系統(tǒng),通過雷達(dá)回波特征實時提取與比對來實現(xiàn)障礙探測,回避了復(fù)雜的雷達(dá)成像、目標(biāo)識別等問題,設(shè)計簡單,有利于低成本實現(xiàn)。

圖1:本發(fā)明的系統(tǒng)組成框圖;圖2:存在障礙物時回波幅度示意圖;圖3:存在障礙物時測角誤差示意圖;圖4:鐵軌障礙物示意圖。
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:鐵路路障監(jiān)測,最直觀有效的方法是成像,通過圖像處理技術(shù)和駕駛員的判斷來調(diào)整行車速度。傳統(tǒng)的成像方式一般為光學(xué)成像,包括紅外成像、C⑶攝像等。作為路況監(jiān)測,光學(xué)成像方式目前所能達(dá)到的作用距離足以滿足探測需求。但是,光學(xué)成像受天氣影響太大,在雨、霧等惡劣條件下,成像受到嚴(yán)重影響。據(jù)此,可以考慮利用毫米波的全天候效應(yīng),通過雷達(dá)探測器對路況進(jìn)行實時監(jiān)測??紤]到列車在運行過程中,只需要知道前方是否存在影響行車安全的障礙物即可,而不需要了解障礙物的其他屬性。據(jù)此本發(fā)明提出一種利用雷達(dá)回波特征進(jìn)行比對的方法來進(jìn)行路障探測,主要思路為:列車行駛過程中,實時提取毫米波雷達(dá)探測器的回波特征(距離、幅度及測角信息等),根據(jù)GPS及慣性導(dǎo)航裝置給出的列車位置信息,從存儲器中讀取列車安全行駛時的歷史回波特征統(tǒng)計數(shù)據(jù),并進(jìn)行比對。若回波特征出現(xiàn)異常起伏,則表明前方存在安全隱患,系統(tǒng)給出告警信號。本發(fā)明實施例中涉及的系統(tǒng)平臺組成如下:系統(tǒng)主要由雷達(dá)探測器、數(shù)據(jù)處理及顯示控制平臺、GPS及慣性導(dǎo)航裝置組成,圖1為系統(tǒng)組成框圖。其中雷達(dá)探測器各分系統(tǒng)功能如下:天線罩用于保護(hù)天饋線和其它分系統(tǒng)免受自然環(huán)境和空氣動力學(xué)的影響,保證實際使用環(huán)境下探測系統(tǒng)能正常工作;同時以盡可能小的損失透射電磁波。天饋線主要用于毫米波探測系統(tǒng)發(fā)射信號的空間定向輻射和目標(biāo)回波信號電磁能量的接收,實現(xiàn)和差比幅單脈沖測角。頻率源主要用于產(chǎn)生線性調(diào)頻信號和微波基準(zhǔn)信號,送入毫米波收發(fā)模塊;同時產(chǎn)生定時基準(zhǔn)信號,送入信號處理器分系統(tǒng)。毫米波收發(fā)模塊產(chǎn)生毫米波段的線性調(diào)頻信號,放大到所需功率后通過天線發(fā)射出去;并將通過天線接收到的目標(biāo)回波信號進(jìn)行頻率變換和放大后送入中頻接收機(jī)分系統(tǒng)。中頻接收機(jī)對來自毫米波收發(fā)模塊的和信號、差信號進(jìn)行濾波、放大和自動增益控制,然后送入信號處理器。信號處理器主要用于對目標(biāo)回波信號進(jìn)行檢測,完成對回波特征(如幅度,角度及角誤差等)的提取。信號處理器處理流程如圖2所示。數(shù)據(jù)處理及顯示控制平臺、GPS及慣性導(dǎo)航裝置功能如下:GPS及慣性導(dǎo)航裝置,主要是對列車進(jìn)行實時定位,并將定位信息送入數(shù)據(jù)處理單
J Li o數(shù)據(jù)處理單元及顯示控制平臺,完成模式控制、定位信息校正、數(shù)據(jù)庫信息管理、實時回波特征比對以及與其他控制系統(tǒng)進(jìn)行信息交換等。當(dāng)鐵軌內(nèi)無障礙物存在時,兩條鐵軌分別位于主波束中心兩側(cè)相同距離的位置,兩邊鐵軌能量相當(dāng),距離波門內(nèi)的雷達(dá)回波中在波束照射區(qū)域內(nèi)的回波幅度起伏較小,合成目標(biāo)的方位測角將近視為零度,如圖3、圖4所示。如果存在障礙物時,如圖7所示,根據(jù)障礙物所在位置將會對回波引起不同的變化。在靠近探測器方向由于障礙物的反射作用幅度增加,背向方向由于障礙物會遮擋住一部分鐵軌,會造成回波在一定距離內(nèi)幅度略有減小。同時障礙物的存在還會引起方位測角誤差的變化??拷系K物的一方鐵軌能量較多,在復(fù)合成一個目標(biāo)時,會造成目標(biāo)偏向有障礙物的一方,所以此時目標(biāo)測角誤差將偏離零度,如圖5、圖6所示。圖8左圖為無障礙條件下建立的模板數(shù)據(jù)庫,使用的是雷達(dá)回波幅度特征,圖8右圖為試驗平臺實時運行時的雷達(dá)回波幅度。
權(quán)利要求1.一種基于雷達(dá)回波特征的鐵路路障探測與告警方法的系統(tǒng),其特征在于包括GPS慣導(dǎo)組合導(dǎo)航定位裝置、雷達(dá)探測器和與之連接的數(shù)據(jù)處理及顯示控制平臺;所述雷達(dá)探測器包括單脈沖天線、頻率綜合器、毫米波收發(fā)模塊、中頻接收機(jī)及信號處理器; GPS及慣性導(dǎo)航裝置:對列車進(jìn)行實時定位,并將定位信息送入數(shù)據(jù)處理單元; 單脈沖天線:接收毫米波探測系統(tǒng)發(fā)射信號的空間定向輻射和目標(biāo)回波信號電磁能量,以實現(xiàn)和差比幅單脈沖測角; 頻率綜合器:用于產(chǎn)生線性調(diào)頻信號和微波基準(zhǔn)信號,并送入毫米波收發(fā)模塊;同時產(chǎn)生定時基準(zhǔn)信號,送入信號處理器分系統(tǒng); 毫米波收發(fā)模塊:產(chǎn)生毫米波段的線性調(diào)頻信號,放大到所需功率后通過天線進(jìn)行發(fā)射;并將通過天線接收到的目標(biāo)回波信號進(jìn)行頻率變換和放大后送入中頻接收機(jī)分系統(tǒng);中頻接收機(jī):對來自毫米波收發(fā)模塊的和信號、差信號進(jìn)行濾波、放大和自動增益控制,然后送入信號處理器; 信號處理器及顯示控制平臺:對接收的目標(biāo)回波信號進(jìn)行檢測,完成對回波的幅度、角度及角誤差特征進(jìn)行提??;同時對處理后的信息進(jìn)行顯示。
專利摘要本實用新型涉及一種基于雷達(dá)回波特征的鐵路路障探測與告警的系統(tǒng),列車高速行駛時,雷達(dá)探測器實時提取前方路面的雷達(dá)回波特征,數(shù)據(jù)處理及顯控預(yù)警平臺根據(jù)GPS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)給出的列車位置信息,從存儲器中讀取列車安全行駛時的歷史回波特征統(tǒng)計數(shù)據(jù),并進(jìn)行比對。若回波特征出現(xiàn)異常起伏的情況,系統(tǒng)給出告警信號,在保證安全剎車距離前提下,給駕駛員提供足夠的處理時間。本實用新型所涉及的毫米波雷達(dá)探測距離遠(yuǎn),分辨率高,能通過信號的實時處理得到前方的路面信息,且不受天氣和氣候的影響,系統(tǒng)簡單可行,能滿足高鐵障礙探測的需求。
文檔編號G01S13/02GK202995036SQ20122072062
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者張江華, 杜勇, 萬紅進(jìn), 習(xí)遠(yuǎn)望, 王建超, 楊海栗 申請人:西安電子工程研究所
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