CN106324590A - 一种提高列车测速系统测量精度的方法及装置 - Google Patents

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汤灏
张�浩
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Abstract

本发明提供了一种提高列车测速系统测量精度的方法及装置，该方法包括：获取双天线雷达输出的频率信号并计算列车的瞬时速度；通过三轴加速度传感器采集加速度值并计算抖动速度；根据瞬时速度和抖动速度计算得到列车实际速度。采用本发明技术方案的测速系统，可以降低由于列车在高速运行过程中所产生的车体抖动对双天线雷达测速结果的影响提高了列车在抖动过程中和复杂的路面环境下的测速系统测量的精度。

Description

一种提高列车测速系统测量精度的方法及装置
技术领域
本发明涉及测速技术应用领域，具体涉及一种提高列车测速系统测量精度的方法及装置。
背景技术
用于列车速度测量的装置有很多种，如：霍尔测速传感器，磁敏测速传感器，电机转速传感器，光电式光栅传感器，多普勒雷达测速传感器，GPS全球卫星定位传感器等一系列新老传感器设备。其中多普勒雷达测速传感器是被应用最广泛的列车测速传感器，多普勒雷达测速方式是通过雷达微波模块向地面发射电磁波，然后再接收由地面反射回来的信号，再通过后面的一系列信号处理，得到信号的多普勒频率，从而计算出列车的运行速度，这种方式受复杂地形的影响较小，并且能够实现列车的实时测量。
目前，雷达测速在列车方面的应用，测量精度是一个重要因素，提高雷达测速精度主要从硬件软件两个方面：硬件方面，每个雷达测速传感器输出的两路多普勒信号经前置放大电路处理后，输出多普勒正信号、多普勒负信号以及雷达测速传感器有效判别信号给信号处理模块。由滤波处理后的两路多普勒信号给一片A/D转换器进行数字转换处理，并将多普勒正信号、多普勒负信号以及雷达测速传感器有效判别信号同时给另一片A/D转换器，当其中一片A/D转换器无法正常工作时，另一片A/D转换器可以正常工作，保持系统的运行；软件方面，可以根据雷达微波反射信号有效值以及运行速度值将传感器设定3种不同的信号处理状态：切断状态、获取状态和评估状态，三种状态根据列车运行情况切换，进一步提高系统精度和稳定性。
但是现有的技术方法并未考虑到实际列车运行时的抖动现象及轨道路面条件的限制，其中抖动过程的高频部分及复杂的路面环境会进一步影响雷达测速的精度和稳定性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种提高列车测速系统测量精度的方法及装置；根据瞬时速度和抖动速度计算得到列车实际速度，提高了列车测速系统的测量精度。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种提高列车测速系统测量精度的方法，所述方法包括如下步骤：
获取双天线雷达输出的频率信号并根据所述频率信号计算列车的瞬时速度；
通过三轴加速度传感器采集加速度值并根据所述加速度值计算抖动速度；
根据所述瞬时速度和所述抖动速度计算得到列车实际速度。
所述双天线雷达至少包括两个，且相邻的两个双天线雷达与地面形成的夹角之差为15度。
所述通过三轴加速度传感器采集加速度值并计算抖动速度，包括：
采用如下公式计算抖动速度；
V＝at
其中，a为加速度值，t为加速度采样时间。
所述根据瞬时速度和抖动速度计算得到列车实际速度，包括：
对抖动速度进行正交分解，得到沿列车前进方向的抖动速度分量，所述瞬时速度与抖动速度分量的差值为所述列车的实际速度。
另一方面，本发明还提供一种提高列车测速系统测量精度的装置，该装置包括：
第一计算单元，用于获取双天线雷达输出的频率信号并计算列车的瞬时速度；
第二计算单元，用于通过三轴加速度传感器采集加速度值并计算抖动速度；
获取单元，用于根据瞬时速度和抖动速度计算得到列车实际速度。
所述双天线雷达至少包括两个，且相邻的两个双天线雷达与地面形成的夹角之差为15度。
所述第二计算单元包括：采用如下公式计算抖动速度的模块；
V＝at
其中，a为加速度值，t为加速度采样时间。
所述获取单元包括：对抖动速度进行正交分解得到沿列车前进方向的抖动速度分量的分解模块和所述瞬时速度与所述抖动速度分量的差值为所述列车实际速度的处理模块。
由上述技术方案可知，本发明所述的一种提高列车测速系统测量精度的方法及装置，通过计算列车的瞬时速度和抖动速度，根据瞬时速度和抖动速度计算得到列车实际速度，降低了由于列车在高速运行过程中所产生的车体抖动对双天线雷达测速结果的影响提高了列车在抖动过程中和复杂的路面环境下的测速系统测量的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的提高列车测速系统测量精度的方法的流程图；
图2是本发明实施例中双天线雷达输出的多普勒频率信号示意图；
图3是本发明附图2中多普勒频率信号经放大器放大后频率信号示意图；
图4是本发明附图3中放大后频率信号经采样器输出的数字信号示意图；
图5是本发明附图3中放大后频率信号经频率差分比较、放大器输出的差分信号示意图；
图6是本发明附图5中差分信号经采样器输出的数字信号示意图；
图7是本发明实施例提供的加速度传感器输出的信号示意图；
图8是本发明实施例提供的提高列车测速系统测量精度的装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，多普勒雷达测速传感器是被应用最广泛的列车测速传感器，多普勒雷达测速方式是通过雷达微波模块向地面发射电磁波，然后再接收由地面反射回来的信号，再通过后面的一系列信号处理，得到信号的多普勒频率，从而计算出列车的运行速度，这种方式受复杂地形的影响较小，并且能够实现列车的实时测量。
但是这种方法并未考虑到实际列车运行时的抖动现象及轨道路面条件的限制，其中抖动过程的高频部分及复杂的路面环境会进一步影响雷达测速的精度和稳定性。为了解决该问题，本发明下述实施例提出了一种提高列车测速系统测量精度的方法及装置，图1示出了本发明第一个实施例提供的提高列车测速系统测量精度的方法的流程图，参见图1，本发明第一个实施例提供的提高列车测速系统测量精度的方法包括如下步骤：
S101：获取双天线雷达输出的频率信号并根据所述频率信号计算列车的瞬时速度；
在本步骤中，双天线雷达至少包括两个，且相邻的两个双天线雷达与地面形成的夹角之差为15度。利用15度角的频谱偏差，隔离掉不符合正常速度的频谱峰值，从而得到准确的速度数据。
S102：通过三轴加速度传感器采集加速度值并根据所述加速度值计算抖动速度；
在本步骤中，所述通过三轴加速度传感器采集加速度值并计算抖动速度，包括：采用如下公式计算抖动速度；
V＝at
其中，a为加速度值，t为加速度采样时间。
S103：根据所述瞬时速度和所述抖动速度计算得到列车实际速度。
在本步骤中，对抖动速度进行正交分解，得到沿列车前进方向的抖动速度分量，所述瞬时速度与抖动速度分量的差值为所述列车的实际速度。
本发明提供的一种提高列车测速系统测量精度的方法，通过计算列车的瞬时速度和抖动速度，根据瞬时速度和抖动速度计算得到列车实际速度，降低了由于列车在高速运行过程中所产生的车体抖动对双天线雷达测速结果的影响提高了列车在抖动过程中和复杂的路面环境下的测速系统测量的精度。
如图2所示，双天线雷达输出的频率信号幅值较低，如图3所示，该幅值较低的频率信号经放大后，如图4所示，一路信号经采样器直接输出至DSP处理器计算瞬时速度；如图5所示，另一路信号经频率差分放大器，得到频率差分信号，如图6所示，该频率差分信号经过采样器后输出至DSP处理器计算抖动速度值；该抖动速度值还可以通过三轴加速度传感器采集加速度值并计算抖动速度，包括：采用公式V＝at计算抖动速度；其中，a为加速度值，t为加速度采样时间。
根据频率差分信号计算抖动速度时，所有采样器信号为同步采样，所以能够保证DSP处理器计算时用到的原始数据都是同一时刻的同步值，不会因各个采样值不在同一个时刻采样带来误差；DSP处理器以高于采样器的5倍频来读取高精度加速度传感器的输出数据，来保证加速度传感器输出值的准确性。
在实际使用过程中，由于制造工艺的原因，两个雷达天线的频点并不是完全相同。所以，在列车静止时，频率差分放大器也会有频差信号输出。主处理器通过直接计算雷达的频率输出、读取加速度传感器的输出值、读取车轮转速值，多方验证后可判断当前的列车状态为静止状态。此时，主处理器会设置当前差分信号为逻辑0点。从而消除因天线工艺原因带来的误差。
本发明第二个实施例提供了一种提高列车测速系统测量精度的装置，参见图8，本发明第二个实施例提供的提高列车测速系统测量精度的装置包括：
第一计算单元，用于获取双天线雷达输出的频率信号并计算列车的瞬时速度；
第二计算单元，用于通过三轴加速度传感器采集加速度值并计算抖动速度；
获取单元，用于根据瞬时速度和抖动速度计算得到列车实际速度。
优选地，所述双天线雷达至少包括两个，且相邻的两个双天线雷达与地面形成的夹角之差为15度。
优选地，所述第二计算单元，具体用于采用如下公式计算抖动速度的装置；
V＝at
其中，a为加速度值，t为加速度采样时间。
用于根据瞬时速度和抖动速度计算得到列车实际速度的装置包括对抖动速度进行正交分解得到沿列车前进方向的抖动速度分量、用瞬时速度减去抖动速度分量的差为所述列车的实际速度的装置。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种提高列车测速系统测量精度的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
获取双天线雷达输出的频率信号并根据所述频率信号计算列车的瞬时速度；
通过三轴加速度传感器采集加速度值并根据所述加速度值计算抖动速度；
根据所述瞬时速度和所述抖动速度计算得到列车实际速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双天线雷达至少包括两个，且相邻的两个双天线雷达与地面形成的夹角之差为15度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过三轴加速度传感器采集加速度值并计算抖动速度，包括：
采用如下公式计算抖动速度；
V＝at
其中，a为加速度值，t为加速度采样时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据瞬时速度和抖动速度计算得到列车实际速度，包括：
对抖动速度进行正交分解，得到沿列车前进方向的抖动速度分量，所述瞬时速度与抖动速度分量的差值为所述列车的实际速度。
5.一种提高列车测速系统测量精度的装置，其特征在于，所述装置包括：
第一计算单元，用于获取双天线雷达输出的频率信号并计算列车的瞬时速度；
第二计算单元，用于通过三轴加速度传感器采集加速度值并计算抖动速度；
获取单元，用于根据瞬时速度和抖动速度计算得到列车实际速度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述双天线雷达至少包括两个，且相邻的两个双天线雷达与地面形成的夹角之差为15度。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二计算单元包括：采用如下公式计算抖动速度的模块；
V＝at
其中，a为加速度值，t为加速度采样时间。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述获取单元包括：
对抖动速度进行正交分解得到沿列车前进方向的抖动速度分量的分解模块和所述瞬时速度与所述抖动速度分量的差值为所述列车实际速度的处理模块。
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