CN102401896A - 一种用于计算多普勒信号频谱的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于计算多普勒信号频谱的方法，它依次经历下述步骤：在测速雷达***中安装两个发射角度不同的天线以采集多普勒信号；对原始信号进行带通或低通滤波，再进行FFT变换以获得相应频谱；将两频谱进行合成并去除突变点；对信号的强度、信噪比进行评估，搜索频谱合成中最接近的频点；对交叉频点的谱线进行聚心以得到频率估计；参数平滑和计算。本发明方法能够有效地避免单个多普勒信号频谱因路基函数引起的计算误差，从而获得高精度的铁路机车相对运行速度。

Description

一种用于计算多普勒信号频谱的方法
技术领域
本发明涉及一种用于计算多普勒信号频谱的方法，尤其是涉及一种在铁路机车测速雷达***中用于计算机车速度的信号频谱的方法。
背景技术
频谱多普勒技术作为一种基础的方法已在汽车工业中得到广泛的应用，而对于铁路机车车辆，考虑到轨道地面的急剧变化必然导致多普勒频谱的变化，同时多普勒频谱的中心也会起变化，并引起速度的修正系数也在发生变化，针对这个问题，我们引入了一种根据双天线频谱的交叉频点对铁路机车运行速度进行估值的计算方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于计算多普勒信号频谱的方法，它能根据估计出的多普勒信号幅值、中心频率、带宽，利用多普勒频谱的特殊性，准确地计算出所需的参数，以克服现有技术存在的各种缺陷。
本发明所谓的一种用于计算多普勒信号频谱的方法，其特征在于它依次经历下述步骤：
在测速雷达***中安装发射角度分别为40°和50°且设置高度均为500mm的两个天线，它们分别辐射毫米波，将发射波与反射回波差频，得到的信号即为多普勒信号；对原始的多普勒信号进行带通或低通滤波，既要滤除高频干扰和噪声中的高频分量，也要完成AD采样前所必需的抗混叠滤波，以满足奈奎斯特采样定理；对采样后的数据进行FFT变换以获得相应频谱；将两个天线的频谱进行合成并去除突变点；对多普勒信号的强度、信噪比进行评估，搜索频谱合成中最接近的频点；对搜索到的交叉频点进行聚心以得到频率估计；根据多次频率变化率确定滤波范围，进行带通或低通滤波以进一步减小参数误差；计算，两个天线对应的多普勒表达式为
Figure BDA0000086643920000022
加上由二式整理所得的关系式
Figure BDA0000086643920000023
和 F ι d - F d 2 + F d = F k - - - 4 , 从关系式3和4即可得到Fd(即40°天线的多普勒频率)，还有
Figure BDA0000086643920000025
即50°天线的多普勒频率，再代入关系式1和2就能得到对应的铁路机车运行速度V，关系式1中的f0是40°天线的发射频率，关系式2中的
Figure BDA0000086643920000026
是50°天线的发射频率，而二式中的C则是光速3×108m/s。
本发明的有益效果是：当依照本计算方法测量铁路机车运行速度时，能够有效地避免不同的地面情况对频谱分析的影响，显著提高参数估计的准确性，从而获得高精度的测量结果。
附图说明
图1是雷达微波辐射区域图；
图2是图1的俯视图；
图3是车载测速雷达双微波天线理想情况下的频谱图。
图中：1、2一多向同性反射情况下得到的频谱，3、4一多向异性反射情况下得到的频谱，FK一频谱的交点。
具体实施方式
以测量铁路机车运行速度为例，车载雷达***在500mm高度上设置有发射角度分别为40°和50°的两个天线，两个天线发射的毫米波在反射面上存在一定程度的覆盖。本发明提供的一种用于计算多普勒信号频谱的方法依次经历下述步骤：将两个天线的发射波与反射回波差频以得到多普勒信号；对原始的多普勒信号进行带通或低通滤波，既要滤除高频干扰和噪声中的高频分量，也要完成采样前所必需的抗混叠滤波，以满足奈奎斯特采样定理；对采样后的数据进行FFT变换以获得相应频谱；将两个天线的频谱进行合成并去除突变点；对多普勒信号的强度、信噪比进行评估，搜索频谱合成中最接近的频点；对搜索到的交叉频点的谱线进行聚心的得到频率估计；根据多次频率变化率确定滤波范围，进行带通或低通滤波以进一步减少参数误差；计算，两个天线对应的多普勒表达式为：
和
Figure BDA0000086643920000032
加上由二式整理所得的关系式
Figure BDA0000086643920000033
还有 F ι d - F d 2 + F d = F k , 先从后两个关系式求得Fd和
Figure BDA0000086643920000035
这就是我们要得到的在各向同性(地基函数UI＝1)理想反射面下理想且无误差的多普勒频率，再代入前两个关系式，就可得到对应的铁路机车相对运行速度V。

Claims (1)

1.一种用于计算多普勒信号频谱的方法，其特征在于它依次经历下述步骤：
①在测速雷达***中安装发射角度分别为40°和50°且设置高度均为500mm的两个天线，它们分别辐射毫米波，将发射波与反射回波差频，得到的信号即为多普勒信号；
②对原始的多普勒信号进行带通或低通滤波，既要滤除高频干扰和噪声中的高频分量，也要完成AD采样前所必需的抗混叠滤波，以满足奈奎斯特采样定理；
③对采样后的数据进行FFT变换以获得相应频谱；
④将两个天线的频谱进行合成并去除突变点；
⑤对多普勒信号的强度、信噪比进行评估，搜索频谱合成中最接近的频点；
⑥对搜索到的交叉频点的谱线进行聚心以得到频率估计；
⑦根据多次频率变化率确定滤波范围，进行带通或低通滤波以进一步减小参数误差；
⑧计算，两个天线对应的多普勒表达式为
Figure FDA0000086643910000011
Figure FDA0000086643910000012
加上由二式整理所得的关系式还有 F ι d - F d 2 + F d = F k - - - 4 , 从关系式3和4即可得到Fd即40°天线的多普勒频率，还有
Figure FDA0000086643910000021
即50°天线的多普勒频率，再代入关系式1和2就能得到对应的轨道机车运行速度V，关系式1中的f0是40°天线的发射频率，关系式2中的
Figure FDA0000086643910000022
是50°天线的发射频率，而二式中的C则是光速3×108m/s。
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