一种车载毫米波列车防撞雷达系统技术方案

本发明专利技术提供一种车载毫米波列车防撞雷达系统，包括频综模块、发射模块、接收模块、天馈模块以及信号处理模块；频综模块用于产生X波段发射激励信号和X波段接收本振信号；发射模块用于将X波段激励信号倍频至Ka波段；天馈模块包括一个发射天线、Kn个接收天线和n个单刀K掷开关，其中每相邻K路接收天线通过一单刀K掷开关与接收模块相连;接收模块包含n个接收机，每一接收机与天馈模块中的一单刀K掷开关相连；信号处理模块用于对接收的信号进行处理，获取目标的距离、速度及角度信息，然后将其传输给列车中控系统，由列车中控系统对列车下发停车指令。该系统安装在火车上，能够准确探测出火车前方的障碍物，从而很好实现火车防撞功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种车载毫米波列车防撞雷达系统，属于防撞雷达

技术介绍
截至2010年，全国铁路营运里程已达9.1万公里，其中高速铁路8358公里，2011年，全国高铁将初步成网，运营里程将突破1.3万公里，占世界高速铁路总里程的一半以上。铁路运输的绝对安全运行不仅是体现铁路运输业发展水平最重要的标志，也是关系国运民生的重大问题，我国蓬勃发展的高速铁路运输系统速度高、密度大的特点更要求重大安全事故绝不发生。2011年7月23日，我国发生了 “甬温线”特别重大铁路交通事故，造成了死亡40人，受伤200余人的惨剧。惨痛的教训说明除了依靠信号闭塞手段来保证行车安全之外，还应该有多套与信号系统完全独立的、可自主工作、不会同时故障、能全天时全天候工作的铁路行车安全保障系统。列车防撞雷达是一种保证铁路行车安全，防止列车相撞的有效手段。其原理是将雷达安装于列车头部，对前方一定距离范围 内的场景目标进行探测、分辨和识别，进而实现列车防撞的目的，如附图说明图1所示。针对列车冲突、异物侵限等引起铁路安全事故，提出的安全防撞仪器的研究，可以分为如下两类。一类是信息组网型行车安全保障仪器，即将传感器分置于列车间或列车与车外安全辅助设备间，通过信息组网实现前车状态预知与提前预警，其代表是德国RCAS系统和印度ACD系统。这类列车防撞预警安全仪器的主要缺点是依赖外部条件及基础保障设施，不能独立自主工作，并且不能探测轨道内非合作目标(例如故障列车、其它异物等)。另一类是自主探测型行车安全保障仪器，通过传感器对目标进行主动探测，依据探测结果进行安全预警，与第一类相比，可独立自主工作，不会因受到其它列车供电故障或通信受阻的影响而停止工作，且基于光学、红外、激光等探测手段的行车安全保障系统，具有可视性好、成本低等优点；但易受雨、雾等影响，不能全天候、全天时工作，且其探测距离短，不能满足高速列车防撞预警的需求。英国UCL大学研制了一种基于MMO体制的道口异物侵限预警雷达，可监视在不超过30m的短距离内跨越道口的车辆、行人及其它障碍物；法国交通和安全研究院(INRETS)基于超宽带雷达技术研制了站台异物侵限检测雷达，并开展了试验验证工作。以上两种防撞雷达设备皆属于“定点防御”型，即只能布置于异物侵限易发地，不能满足随车实时检测预警任务。在意大利铁道部轨道异物识别系统(Railway objects Identification System)项目研制中，俄罗斯Elva公司设计了一套雷达型防撞仪器，型号为FMCW-10/94。该仪器安装于列车头部，随车实时完成威胁目标探测报警，其探测距离设计指标为150m，试验验证可达到230m，但远不能满足我国高速铁路行车安全预警距离的需要。综合以上国外动态分析，俄罗斯、英国、法国等技术较为先进的国家都针对本国(或应用国)铁路运行特点，进行了列车雷达型防撞仪器技术的深入研究。主要指标与功能特点如表I所示，其中防撞仪器部分业务指标(如虚警误报率、检测率等)还未见公开报道。表I国外雷达型防撞仪器主要指标与功能特点权利要求1.一种车载毫米波列车防撞雷达系统，该系统安装于列车上，其特征在于，该系统包括频综模块、发射模块、接收模块、天馈模块以及信号处理模块；其中上述各模块之间的连接关系为:频综模块分别与发射模块和接收模块相连，发射模块和接收模块分别与天馈模块相连，信号处理模块与接收模块相连； 频综模块用于产生X波段发射激励信号和X波段接收本振信号，并将所述X波段发射激励信号传输给发射模块，将所述X波段接收本振信号传输给接收模块； 发射模块用于将X波段激励信号倍频至Ka波段，并进行功率放大后传输给天馈模块；天馈模块包括一个发射天线、KXn个接收天线和η个单刀K掷开关，其中每相邻K路接收天线通过一单刀K掷开关与接收模块相连； 接收模块包含η个接收机，每一接收机与天馈模块中的一单刀K掷开关相连；一方面用于将X波段接收本振信号倍频成Ka波段本振信号，另一方面每一接收机利用单刀K掷开关分时接收与其相连的接收天线的目标回波，并利用Ka波段本振信号将目标回波下变频成中频信号，再对中频信号进行滤波、放大生成基带信号并输出给信号处理模块； 信号处理模块用于对接收的基带信号进行处理，获取目标的距离、速度及角度信息，然后将其传输给列车中控系统，由列车中控系统对列车下发停车指令。2.根据权利要求1所述车载毫米波列车防撞雷达系统，其特征在于，所述天馈模块中发射天线所发射信号的波形为线性调频波形或线性调频步进波形。3.根据权利要求2所述车载毫米波列车防撞雷达系统，其特征在于，当所述天馈模块中发射天线的波形为线性调频波形时，则信号处理模块对接收的信号进行处理的过程为: 步骤一、将基带信号进行脉内积累，然后进行复加权求和，形成nScan个不同指向的和波束输出结果和差波束输出结果，其中nScan为雷达扫描时设定的波位个数； 步骤二、对nScan个不同指·向的和波束输出结果进行脉间积累，得到nScan个和波束F1D平面；对nScan个不同指向的差波束输出结果进行脉间积累得到nScan个差波束H)平面；步骤三、在nScan个和波束形成的H)平面上进行二维CFAR检测； 步骤四、对二维CFAR检测过门限的点进行目标参量测量，所述目标参量包括距离、速度以及角度，并将此时测量得到的角度记为粗测角； 步骤五、将所述粗测角作为振幅和差法中的波束视轴方向Gtl，根据Qtl所对应的差波束H)平面计算差波束的输出结果F,，根据和波束输出结果Fs和差波束的输出结果F,计算目标角度的精确值θ E，最后根据测量值进行距离角度二维凝聚； 步骤六、将测量出的目标距离、速度、角度信息传输给列车中控系统，由列车中控系统对列车下发停车指令。4.根据权利要求1所述车载毫米波列车防撞雷达系统，其特征在于，所述K=4。全文摘要本专利技术提供一种车载毫米波列车防撞雷达系统，包括频综模块、发射模块、接收模块、天馈模块以及信号处理模块；频综模块用于产生X波段发射激励信号和X波段接收本振信号；发射模块用于将X波段激励信号倍频至Ka波段；天馈模块包括一个发射天线、Kn个接收天线和n个单刀K掷开关，其中每相邻K路接收天线通过一单刀K掷开关与接收模块相连;接收模块包含n个接收机，每一接收机与天馈模块中的一单刀K掷开关相连；信号处理模块用于对接收的信号进行处理，获取目标的距离、速度及角度信息，然后将其传输给列车中控系统，由列车中控系统对列车下发停车指令。该系统安装在火车上，能够准确探测出火车前方的障碍物，从而很好实现火车防撞功能。文档编号G01S13/93GK103235310SQ20131009978公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日专利技术者刘峰, 周宇翔, 刘海波, 杨晓倩 申请人:北京理工雷科电子信息技术有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车载毫米波列车防撞雷达系统，该系统安装于列车上，其特征在于，该系统包括频综模块、发射模块、接收模块、天馈模块以及信号处理模块；其中上述各模块之间的连接关系为：频综模块分别与发射模块和接收模块相连，发射模块和接收模块分别与天馈模块相连，信号处理模块与接收模块相连；频综模块用于产生X波段发射激励信号和X波段接收本振信号，并将所述X波段发射激励信号传输给发射模块，将所述X波段接收本振信号传输给接收模块；发射模块用于将X波段激励信号倍频至Ka波段，并进行功率放大后传输给天馈模块；天馈模块包括一个发射天线、K×n个接收天线和n个单刀K掷开关，其中每相邻K路接收天线通过一单刀K掷开关与接收模块相连;接收模块包含n个接收机，每一接收机与天馈模块中的一单刀K掷开关相连；一方面用于将X波段接收本振信号倍频成Ka波段本振信号，另一方面每一接收机利用单刀K掷开关分时接收与其相连的接收天线的目标回波，并利用Ka波段本振信号将目标回波下变频成中频信号，再对中频信号进行滤波、放大生成基带信号并输出给信号处理模块；信号处理模块用于对接收的基带信号进行处理，获取目标的距离、速度及角度信息，然后将其传输给列车中控系统，由列车中控系统对列车下发停车指令。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘峰，周宇翔，刘海波，杨晓倩，
申请(专利权)人：北京理工雷科电子信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：