CN105372649A - 基于双路自适应采样滤波的铁路机车测速方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双路自适应采样滤波的铁路机车测速方法，利用FFT或者是BURG算法求解出两路接收数据频谱最大值对应的频率，即起始频率f₀₁和f₀₂；然后利用新的采样率f_new对两路接收数据进行采样；比较两路接收数据能量，提取误差能量符号，进而更新采样率f_new，以此循环直至收敛找到交叉点频率f_k，求得列车速度。本发明利用凸优化技术对两个不同角度天线接收的多普勒信号处理，能够有效避免单个多普勒信号频谱路基函数引起的误差，而且通过自适应改变数据采样率实现双路多普勒频谱交叉点频率的滤波提取，从而高精度测算铁路机车速度。

Description

基于双路自适应采样滤波的铁路机车测速方法

技术领域

本发明涉及一种多普勒信号频率估计的方法，尤其是涉及一种基于双路自适应采样滤波的铁路机车测速方法。

背景技术

目前，通用的机车测速方法有测速电机、脉冲转速传感器、GPS定位测速和雷达测速等。前三种方法相对简单，但存在精度较低、可靠性较差、有些山区和隧道会产生信号盲区等不足。雷达测速是一种直接测量速度的方法，机车运行时，始终向地面发射电磁波，根据多普勒效应原理，在发射波和反射波之间产生频差，通过测量频差可以计算出机车的运行速度。雷达测速方式在机车运行监测方面，不少国家已进行了有益的尝试，但由于天线杂波区较大，而且主波束照射区各个反射单元的信号具有独立的随机振幅和相位关系，使回波谱会展宽。所以，精确提取主波束回波多普勒频率存在技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于双路自适应采样滤波的铁路机车测速方法，通过改变数据采样率，实现双路滤波器的自适应中心频率移动，提取双路天线多普勒频谱交叉点频率，大大提高测频精度，从而准确估计出机车的速度，以克服现有技术存在的缺陷。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于双路自适应采样滤波的铁路机车测速方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)由双天线获取不同的多普勒频率信号：将测速雷达***中所采用的两个微波前端天线分别以40度(θ₁)和50度(θ₂)的不对称发射角度安装，分别辐射毫米波照射地面，双天线获取不同的多普勒频率信号；

(2)对双天线获取的多普勒频率信号的回波数据分别进行采样，并按照下述跟踪流程对多普勒频率信号的交叉点频率进行估计：

1)首先利用FFT或者是BURG算法求解出两路多普勒频率信号的回波数据频谱最大值对应的频率，即起始频率f₀₁和f₀₂；

2)然后利用新的采样率f_new＝4(f₀₁+f₀₂)/2对两路多普勒频率信号的回波数据进行采样；

3)对两路多普勒频率信号的回波数据求能量分别为E₁和E₂，并利用预先设计好的滤波器对两路多普勒频率信号的回波数据进行滤波，求出滤波后信号的能量E_f1和E_f2；

4)比较滤波后信号的能量E_f1和E_f2的大小，求出误差能量符号δ′；

5)判断误差能量符号δ′是否与起始误差符号δ是否同号，如果是：则对采样率进行更新f_new＝f_new±k(f_new/N)，其中N为滤波器的阶数，k为常数因子，然后转入步骤2)；如果否：判断能量门限是否满足，其准则为：E_f1+E_f2/E₁+E₂≥η，其中η为比例因子，如果不满足，则按照公式f_new＝f_new±k(f_new/N)对采样率进行更新，并转入步骤2)，如果满足则求得当前时刻列车速度所对应的采样率f_new；

6)以此循环直至收敛找到两路多普勒频率信号的交叉点频率f_k；

(3)最后按照公式求得铁路机车速度v。

本发明的有益效果是：

本发明利用凸优化技术对两个不同角度天线接收的多普勒信号处理，能够有效避免单个多普勒信号频谱路基函数引起的误差，而且通过自适应改变数据采样率实现双路多普勒频谱交叉点频率的滤波提取，从而高精度测算铁路机车速度。

附图说明

图1为本发明采用双天线雷达测速示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于双路自适应采样滤波的铁路机车测速方法，包括以下步骤：

(1)由双天线获取不同的多普勒频率信号：将测速雷达***中所采用的两个微波前端天线分别以40度和50度的不对称发射角度安装，分别辐射毫米波照射地面，双天线获取不同的多普勒频率信号；

(2)对双天线获取的多普勒频率信号的回波数据分别进行采样，并按照下述跟踪流程对多普勒频率信号的交叉点频率进行估计：

1)首先利用FFT或者是BURG算法求解出两路多普勒频率信号的回波数据频谱最大值对应的频率，即起始频率f₀₁和f₀₂；

2)然后利用新的采样率f_new＝4(f₀₁+f₀₂)/2对两路多普勒频率信号的回波数据进行采样；

3)对两路多普勒频率信号的回波数据求能量分别为E₁和E₂，并利用预先设计好的滤波器对两路多普勒频率信号的回波数据进行滤波，求出滤波信号的能量E_f1和E_f2；

4)比较滤波信号的能量E_f1和E_f2的大小，求出误差能量符号δ′；

5)判断误差能量符号δ′是否与起始误差符号δ是否同号，如果是：则对采样率进行更新f_new＝f_new±k(f_new/N)，其中N为滤波器的阶数，k为常数因子，然后转入步骤2)；如果否：判断能量门限是否满足，其准则为：E_f1+E_f2/E₁+E₂≥η，其中η为比例因子，如果不满足，则按照公式f_new＝f_new±k(f_new/N)对采样率进行更新，并转入步骤2)，如果满足则求得当前时刻列车速度所对应的采样率f_new；

6)以此循环直至收敛找到两路多普勒频率信号的交叉点频率f_k；

(3)最后按照公式(λ为波长)，求得铁路机车速度v。

Claims (1)

1.一种基于双路自适应采样滤波的铁路机车测速方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)由双天线获取不同的多普勒频率信号：将测速雷达***中所采用的两个微波前端天线分别以40度和50度的不对称发射角度安装，分别辐射毫米波照射地面，双天线获取不同的多普勒频率信号；

(2)对双天线获取的多普勒频率信号的回波数据分别进行采样，并按照下述跟踪流程对多普勒频率信号的交叉点频率进行估计：

1)首先利用FFT或者是BURG算法求解出两路多普勒频率信号的回波数据频谱最大值对应的频率，即起始频率f₀₁和f₀₂；

2)然后利用新的采样率f_new＝k(f₀₁+f₀₂)/2对两路多普勒频率信号的回波数据进行采样；

3)对两路多普勒频率信号的回波数据求能量分别为E₁和E₂，并利用预先设计好的滤波器对两路多普勒频率信号的回波数据进行滤波，求出滤波信号的能量E_f1和E_f2；

4)比较滤波信号的能量E_f1和E_f2的大小，求出误差能量符号δ′；

5)判断误差能量符号δ′是否与起始误差符号δ是否同号，如果是：则对采样率进行更新f_new＝f_new±k(f_new/N)，其中N为滤波器的阶数，k为常数因子，然后转入步骤2)；如果否：判断能量门限是否满足，其准则为：E_f1+E_f2/E₁+E₂≥η，其中η为比例因子，如果不满足，则按照公式f_new＝f_new±k(f_new/N)对采样率进行更新，并转入步骤2)，如果满足则求得当前时刻列车速度所对应的采样率f_new；

6)以此循环直至收敛找到两路多普勒频率信号的交叉点频率f_k；

(3)最后按照公式求得铁路机车速度。