一种列车测速方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种列车测速方法、装置及系统，所述方法包括：在列车通过射频信号发射装置的预设时间段内，通过所述列车的车载天线与所述射频信号发射装置进行通信，获取多个通信信号，并进一步对获得的通信信号进行数据处理、数据筛选后，获得第一预设时间段对应的第一组频率值和第二预设时间段对应的第二组频率值，并根据所述第一组频率值与所述第二组频率值得到多普勒频移及通信信号的原始频率，并基于多普勒效应的原理获得所述列车的平均速率。如此，本发明专利技术能够利用固定的射频信号发射装置与车载天线通信，产生多普勒效应而进行测速，无需使用多普勒雷达，有效减小了测量误差，并提高了测量效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及列车测速
，尤其涉及一种列车测速方法、装置及系统。
技术介绍
在轨道交通中广泛使用多普勒雷达对列车速度进行测量。多普勒雷达的工作原理是雷达向前方发出脉冲，当收到反射脉冲后计算由多普勒效应引起的频率变化进而获得速度。在轨道交通中，多普勒雷达普遍使用24.000GHz—24.250GHz频段，这个频段具有较好的视距传播特性，能够消除多径效应的不良影响等优点。当列车在高速运行时，多普勒雷达能够提供比较好的测量精度。但是在低速的情况下测量误差会比较大。具体来说，多普勒效应的公式如下：其中，Δf表示多普勒频率，ΔV表示相对速度，c表示光速，f为信号频率。则从理论上分析，f频率越高，在相同的速度下引起的频率变化越大；根据Δf计算的速度精度也就越高。但是在实际情况下，在高频信号，如X波段信号处理技术中，受限于技术手段，硬件水平以及成本的限制，采样时难以满足奈奎斯特采样定理。在信号处理中，普遍采用了下变频(downconversion)，欠采样技术(undersampling)，较低分辨率的模数转换器ADC，较低点数的快速傅里叶变换FFT等，造成了噪声的变大，无杂散动态范围SFDR大以及分辨率的下降，进而造成了低速情况下多普勒雷达的误差变大。另外，由于不同反射面，如钢轨和轨床，轨道内侧，轨道外侧，碎石路面，水泥路面等，对雷达波反射特性不同；雷达波旁瓣反射等原因，也会造成雷达测速异常。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种列车测速方法、装置及系统，基于多普勒效应，而不基于电磁波反射，能够避免现有雷达测速技术的弊端。第一方面，本专利技术提供了一种列车测速方法，所述方法包括：在列车通过射频信号发射装置的预设时间段内，通过所述列车的车载天线与所述射频信号发射装置进行通信，获取多个通信信号；所述预设时间段包括：所述车载天线逐渐接近所述射频信号发射装置的第一预设时间段与所述车载天线逐渐远离所述射频信号发射装置的第二预设时间段；对所述多个通信信号分别进行数据处理，以获得所述多个通信信号的多个频率值；通过预设的物理指标及统计学方法对所述多个频率值进行筛选，获得筛选后的所述第一预设时间段对应的第一组频率值和所述第二预设时间段对应的第二组频率值；所述第一组频率值与所述第二组频率值的个数相等；根据所述第一组频率值与所述第二组频率值得到多普勒频移及通信信号的原始频率，并基于多普勒效应的原理获得所述列车的平均速率。可选地，所述射频信号发射装置为无线通信接入点AP或者应答器模块Balise。可选地，所述对所述多个通信信号分别进行数据处理，以获得所述多个通信信号的多个频率值，包括：采用低噪声放大器对接收的通信信号进行放大；采用带通滤波器对放大的通信信号进行滤波；根据所述射频信号发射装置发送的射频信号的频率，对滤波后的通信信号进行上变频或下变频；采用采样频率大于两倍带宽且采样位置不低于8位的模数转换器对变频后的信号进行转换；通过数据移位的方法对转换后的信号进行快速傅里叶变换，得到所述通信信号的频率值。可选地，所述通过数据移位的方法对转换后的信号进行快速傅里叶变换，得到所述通信信号的频率值，包括：每次移位预设数量n个数据时，对转换后的信号进行一次快速傅里叶变换，得到所述通信信号的频率值；其中，快速傅里叶变换的次数C＝(st-p)/n；t为采样时间，s为采样频率，p为FFT点数，n为移位位数。可选地，所述通过预设的物理指标及统计学方法对所述多个频率值进行筛选，获得筛选后的所述第一预设时间段对应的第一组频率值和所述第二预设时间段对应的第二组频率值，包括：根据无杂散动态范围SFDR、总谐波失真THD及信噪比SNR，去除所述多个频率值中质量较差信号；分别计算出去除质量较差信号后的所述第一预设时间段对应的第一组频率值的第一数学期望和所述第二预设时间段对应的第二组频率值的第二数学期望，去除所述第一组频率值中与所述第一数学期望的差值大于预设阈值的频率值，并去除所述第二组频率值中与所述第二数学期望的差值大于预设阈值的频率值；计算剩余的频率值的标准差，使所述标准差满足阈值条件，且使剩余的第一组频率值与第二组频率值的个数相等。可选地，所述根据所述第一组频率值与所述第二组频率值得到多普勒频移及通信信号的原始频率，并基于多普勒效应的原理获得所述列车的平均速率，包括：根据m个第一组频率值F1n和m个第二组频率值F2n，采用公式一计算得到多普勒频移FΔ；根据所述多普勒频移，以及第一组频率值F1n和所述第二组频率值F2n，求出2m个信号的原始频率值；针对每个信号的原始频率值，采用公式二计算得到对应的列车的速率；计算2m个速率的数学期望，以得到所述列车的平均速率；其中，多普勒频移FΔ即为Δf，f为信号的原始频率值，c为光速，ΔV为列车的速率。第二方面，本专利技术提供了一种列车测速装置，所述装置包括：信号获取单元，用于在列车通过射频信号发射装置的预设时间段内，通过所述列车的车载天线与所述射频信号发射装置进行通信，获取多个通信信号；所述预设时间段包括：所述车载天线逐渐接近所述射频信号发射装置的第一预设时间段与所述车载天线逐渐远离所述射频信号发射装置的第二预设时间段；信号处理单元，用于对所述多个通信信号分别进行数据处理，以获得所述多个通信信号的多个频率值；数据筛选单元，用于通过预设的物理指标及统计学方法对所述多个频率值进行筛选，获得筛选后的所述第一预设时间段对应的第一组频率值和所述第二预设时间段对应的第二组频率值；所述第一组频率值与所述第二组频率值的个数相等；速率计算单元，用于根据所述第一组频率值与所述第二组频率值得到多普勒频移及通信信号的原始频率，并基于多普勒效应的原理获得所述列车的平均速率。可选地，所述信号处理单元，具体用于：采用低噪声放大器对接收的通信信号进行放大；采用带通滤波器对放大的通信信号进行滤波；根据所述射频信号发射装置发送的射频信号的频率，对滤波后的通信信号进行上变频或下变频；采用采样频率大于两倍带宽且采样位置不低于8位的模数转换器对变频后的信号进行转换；通过数据移位的方法对转换后的信号进行快速傅里叶变换，得到所述通信信号的频率值。可选地，所述速率计算单元，具体用于：根据m个第一组频率值F1n和m个第二组频率值F2n，采用公式一计算得到多普勒频移FΔ；根据所述多普勒频移，以及第一组频率值F1n和所述第二组频率值F2n，求出2m个信号的原始频率值；针对每个信号的原始频率值，采用公式二计算得到对应的列车的速率；计算2m个速率的数学期望，以得到所述列车的平均速率；其中，多普勒频移FΔ即为Δf，f为信号的原始频率值，c为光速，ΔV为列车的速率。第三方面，本专利技术提供了一种列车测速系统，所述系统包括射频信号发射装置、车载天线及与所述车载天线连接的上述任意一种列车测速装置。由上述技术方案可知，本专利技术提供一种列车测速方法、装置及系统，通过在列车通过射频信号发射装置的预设时间段内，通过所述列车的车载天线与所述射频信号发射装置进行通信，获取多个通信信号，并进一步对获得的通信信号进行数据处理、数据筛选后，获得第一预设时间段对应的第一组频率值和第二预设时间段对应的第二组频率值，并根据所述第一组频率值与所述第二组频率值得到多普勒频移及通信信号的原始频率，并基于多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种列车测速方法，其特征在于，所述方法包括：在列车通过射频信号发射装置的预设时间段内，通过所述列车的车载天线与所述射频信号发射装置进行通信，获取多个通信信号；所述预设时间段包括：所述车载天线逐渐接近所述射频信号发射装置的第一预设时间段与所述车载天线逐渐远离所述射频信号发射装置的第二预设时间段；对所述多个通信信号分别进行数据处理，以获得所述多个通信信号的多个频率值；通过预设的物理指标及统计学方法对所述多个频率值进行筛选，获得筛选后的所述第一预设时间段对应的第一组频率值和所述第二预设时间段对应的第二组频率值；所述第一组频率值与所述第二组频率值的个数相等；根据所述第一组频率值与所述第二组频率值得到多普勒频移及通信信号的原始频率，并基于多普勒效应的原理获得所述列车的平均速率。

【技术特征摘要】
1.一种列车测速方法，其特征在于，所述方法包括：在列车通过射频信号发射装置的预设时间段内，通过所述列车的车载天线与所述射频信号发射装置进行通信，获取多个通信信号；所述预设时间段包括：所述车载天线逐渐接近所述射频信号发射装置的第一预设时间段与所述车载天线逐渐远离所述射频信号发射装置的第二预设时间段；对所述多个通信信号分别进行数据处理，以获得所述多个通信信号的多个频率值；通过预设的物理指标及统计学方法对所述多个频率值进行筛选，获得筛选后的所述第一预设时间段对应的第一组频率值和所述第二预设时间段对应的第二组频率值；所述第一组频率值与所述第二组频率值的个数相等；根据所述第一组频率值与所述第二组频率值得到多普勒频移及通信信号的原始频率，并基于多普勒效应的原理获得所述列车的平均速率。2.根据权利要求1所述的列车测速方法，其特征在于，所述射频信号发射装置为无线通信接入点AP或者应答器模块Balise。3.根据权利要求1所述的列车测速方法，其特征在于，所述对所述多个通信信号分别进行数据处理，以获得所述多个通信信号的多个频率值，包括：采用低噪声放大器对接收的通信信号进行放大；采用带通滤波器对放大的通信信号进行滤波；根据所述射频信号发射装置发送的射频信号的频率，对滤波后的通信信号进行上变频或下变频；采用采样频率大于两倍带宽且采样位置不低于8位的模数转换器对变频后的信号进行转换；通过数据移位的方法对转换后的信号进行快速傅里叶变换，得到所述通信信号的频率值。4.根据权利3所述的列车测速方法，其特征在于，所述通过数据移位的方法对转换后的信号进行快速傅里叶变换，得到所述通信信号的频率值，包括：每次移位预设数量n个数据时，对转换后的信号进行一次快速傅里叶变换，得到所述通信信号的频率值；其中，快速傅里叶变换的次数C＝(st-p)/n；t为采样时间，s为采样频率，p为FFT点数，n为移位位数。5.根据权利要求1所述的列车测速方法，其特征在于，所述通过预设的物理指标及统计学方法对所述多个频率值进行筛选，获得筛选后的所述第一预设时间段对应的第一组频率值和所述第二预设时间段对应的第二组频率值，包括：根据无杂散动态范围SFDR、总谐波失真THD及信噪比SNR，去除所述多个频率值中质量较差信号；分别计算出去除质量较差信号后的所述第一预设时间段对应的第一组频率值的第一数学期望和所述第二预设时间段对应的第二组频率值的第二数学期望，去除所述第一组频率值中与所述第一数学期望的差值大于预设阈值的频率值，并去除所述第二组频率值中与所述第二数学期望的差值大于预设阈值的频率值；计算剩余的频率值的标准差，使所述标准差满足阈值条件，且使剩余的第一组频率值与第二组频率值的个数相等。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郜春海，张建明，
申请(专利权)人：交控科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11