專利名稱：一種車載毫米波列車防撞雷達系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種車載毫米波列車防撞雷達系統，屬于防撞雷達技術領域。
背景技術：
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，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。鐵路運輸的絕對安全運行不僅是體現鐵路運輸業發展水平最重要的標志，也是關系國運民生的重大問題，我國蓬勃發展的高速鐵路運輸系統速度高、密度大的特點更要求重大安全事故絕不發生。2011年7月23日，我國發生了 “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。慘痛的教訓說明除了依靠信號閉塞手段來保證行車安全之外，還應該有多套與信號系統完全獨立的、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。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 內的場景目標進行探測、分辨和識別，進而實現列車防撞的目的，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備間，通過信息組網實現前車狀態預知與提前預警，其代表是德國RCAS系統和印度ACD系統。這類列車防撞預警安全儀器的主要缺點是依賴外部條件及基礎保障設施，不能獨立自主工作，并且不能探測軌道內非合作目標(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，依據探測結果進行安全預警，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、紅外、激光等探測手段的行車安全保障系統，具有可視性好、成本低等優點；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警的需求。英國UCL大學研制了一種基于MMO體制的道口異物侵限預警雷達，可監視在不超過30m的短距離內跨越道口的車輛、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備皆屬于“定點防御”型，即只能布置于異物侵限易發地，不能滿足隨車實時檢測預警任務。在意大利鐵道部軌道異物識別系統(Railway objects Identification System)項目研制中，俄羅斯Elva公司設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警距離的需要。
綜合以上國外動態分析，俄羅斯、英國、法國等技術較為先進的國家都針對本國(或應用國)鐵路運行特點，進行了列車雷達型防撞儀器技術的深入研究。主要指標與功能特點如表I所示，其中防撞儀器部分業務指標(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
權利要求
1.一種車載毫米波列車防撞雷達系統，該系統安裝于列車上，其特征在于，該系統包括頻綜模塊、發射模塊、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系為:頻綜模塊分別與發射模塊和接收模塊相連，發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； 頻綜模塊用于產生X波段發射激勵信號和X波段接收本振信號，并將所述X波段發射激勵信號傳輸給發射模塊，將所述X波段接收本振信號傳輸給接收模塊； 發射模塊用于將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射天線、KXn個接收天線和η個單刀K擲開關，其中每相鄰K路接收天線通過一單刀K擲開關與接收模塊相連； 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，由列車中控系統對列車下發停車指令。
2.根據權利要求1所述車載毫米波列車防撞雷達系統，其特征在于，所述天饋模塊中發射天線所發射信號的波形為線性調頻波形或線性調頻步進波形。
3.根據權利要求2所述車載毫米波列車防撞雷達系統，其特征在于，當所述天饋模塊中發射天線的波形為線性調頻波形時，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積累，然后進行復加權求和，形成nScan個不同指向的和波束輸出結果和差波束輸出結果，其中nScan為雷達掃描時設定的波位個數； 步驟二、對nScan個不同指·向的和波束輸出結果進行脈間積累，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Qtl所對應的差波束H)平面計算差波束的輸出結果F,，根據和波束輸出結果Fs和差波束的輸出結果F,計算目標角度的精確值θ E，最后根據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，由列車中控系統對列車下發停車指令。
4.根據權利要求1所述車載毫米波列車防撞雷達系統，其特征在于，所述K=4。
全文摘要
本發明提供一種車載毫米波列車防撞雷達系統，包括頻綜模塊、發射模塊、接收模塊、天饋模塊以及信號處理模塊；頻綜模塊用于產生X波段發射激勵信號和X波段接收本振信號；發射模塊用于將X波段激勵信號倍頻至Ka波段；天饋模塊包括一個發射天線、Kn個接收天線和n個單刀K擲開關，其中每相鄰K路接收天線通過一單刀K擲開關與接收模塊相連;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，由列車中控系統對列車下發停車指令。該系統安裝在火車上，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 優先權日2013年3月26日
發明者劉峰, 周宇翔, 劉海波, 楊曉倩 申請人:北京理工雷科電子信息技術有限公司
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