[发明专利]基于提取多普勒信号频率的铁路机车测速方法

摘要

本发明公开了一种基于提取多普勒信号频率的铁路机车测速方法，利用FFT粗略估计两路接收多普勒信号频谱最大值对应的频率，即起始频率f_max1和f_max2；然后利用新的采样率f_new＝k(f_max1+f_max2)/2对两路多普勒频率信号进行重采样以降低计算量；再者，对两路多普勒频率信号进行能量加权并进行频谱分析和频谱差分分析；最后按照误差约束条件寻找交叉点频率f_int，并利用公式计算列车速度。本发明利用双路多普勒信号频谱及差分技术提取交叉点频率，有效避免了传统功率谱估计技术存在的极值抖动问题，大大提高了铁路机车速度的测量精度。

主权项

一种基于提取多普勒信号频率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：将测速雷达系统中所采用的两个微波前端天线分别以θ₁和θ₂的不对称发射角度安装，分别辐射波长为λ的毫米波照射地面，双天线获取不同的多普勒频率信号；(2)根据初步的测速精度和测速范围要求，对双天线获取的多普勒频率信号分别进行采样，采样数据长度为L，并按照下述流程对双路天线接收的多普勒信号频谱的交叉点进行估计：1)利用FFT算法求解出两路多普勒频率信号频谱最大值对应的频率，即起始频率f_max1和f_max2，初步实现多普勒频谱范围的粗略估计；2)为降低数据量和运算量，利用新的采样率f_new＝k(f_max1+f_max2)/2对两路多普勒频率信号进行重采样，采样长度为N；其中，k为比例系数，根据奈奎斯特采样定律进行合理设定，其值至少为4；3)对两路多普勒频率信号进行能量加权并进行频谱分析，即进行短时傅里叶变换，得到S₁(f)和S₂(f)；其中能量加权是为了补偿两路天线回波信号功率大小的不一致性；4)分别对两路频谱做微分或一阶差分处理，得到频谱的导数S′₁(f)和S′₂(f)；5)通过频谱及频谱导数寻找交叉点频率，交叉频点f_int的选取需同时满足以下两个条件：首先，|S₁(f_int)‑S₂(f_int)|≤δ_f，其中δ_f为预先设定的幅度谱误差界；其次，||S′₁(f_int)|‑|S′₂(f_int)||≤δ_d，其中δ_d为预先设定的幅度谱导数误差界；(3)最后按照公式$v=\frac{{\mathrm{\λf}}_{int}}{2cos(\frac{{\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_2}{2}/180\×\mathrm{\π})}\×3.6km/h$求得铁路机车速度v。