CN113341175A - 一种基于单检波器的高铁运行加速度估计方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单检波器的高铁运行加速度估计方法及系统，获得高铁震源地震信号；对所得的信号做短时傅里叶变换，得到其时频谱；计算信号的时频谱频率自相关函数；在频率自相关函数中寻找第二峰值频率位置；利用三点局部二次拟合估计出第二谱峰的精准位置；利用第二峰值精准频率位置及高铁列车单个车厢长度估计每一时刻高铁列车运行速度；将所有时刻的速度进行线性拟合，估计出的斜率即为高铁列车运行加速度。本发明具有可靠性高、实时性强的特点，同时为估计高铁列车运行加速度提供了一个独立于车载/隔离区内设备的方法。

Description

一种基于单检波器的高铁运行加速度估计方法及系统

技术领域

本发明属于勘探地球物理技术领域，具体涉及一种基于单检波器的高铁运行加速度估计方法及系统。

背景技术

高铁列车高速运行在高铁线路上，其运行加速度是反映列车运行安全的重要参数。

目前已有的获得高铁列车运行加速度的方法主要包含：

现有技术1：利用车载测速设备，在列车上安装速度计可以获得列车运行速度,利用两个位置所测速度之差和时间差进行加速度估计。缺点是精度低，且上述方法所需的设备需安装在列车上，需要与高铁部门的许可。

现有技术2：在高铁线路隔离区内安装视频、光学及雷达等设备，常用的外部测速系统和方法有基于摄像机的速度估计系统、基于光学传感器、利用多普勒效应的雷达测速方法等。在线路隔离区内部两个位置利用摄像机、光学传感器或多普勒雷达测量出速度，然后利用两个位置所测速度之差和距离进行加速度估计。缺点是需要安装在能够看到铁轨的位置，需要进入隔离区及在隔离区内安装设备的许可。且无法实时估计列车运行状态，只能粗略估计一段时间内的速度变化。

现有技术3：利用多检波器拟合加速度，在高铁线路附近沿高铁线路等间隔连续埋设多个检波器，火车通过时，利用常规速度估计方法可以估计出高铁列车经过单个检波器对应的速度，然后对多个检波器所估计出的高铁列车速度进行加速度拟合。缺点是需要多个检波器，埋设成本较大；效率较低，需要多个检波器的速度估计结果进行拟合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于单检波器的高铁运行加速度估计方法及系统，仅使用一个在隔离区外的地震检波器所采集的数据实现高铁列车运行加速度的估计，为后续判断列车运行状态提供数据。

本发明采用以下技术方案：

一种基于单检波器的高铁运行加速度估计方法，包括以下步骤：

S1、获取高铁震源地震信号；

S2、对步骤S1所得高铁震源地震信号做短时傅里叶变换，得到对应的时频谱；

S3、计算步骤S2得到的信号时频谱的频率自相关函数；

S4、由高铁列车商业运营速度范围、列车车厢长度及频率间隔确定步骤S3频率自相关函数第二谱峰的频率搜索区间；

S5、对时间范围内的每一个时刻，利用步骤S4的频率自相关函数寻找第二谱峰频率位置；

S6、在频率自相关函数中寻找第二峰值位置及其对应的自相关值、第二峰值位置左侧一点及其对应的自相关值以及第二峰值位置右侧一点及其对应的自相关值，利用三点拟合自相关系数-频率的二次函数；求出二次函数最大值对应的频率指标，根据频率指标计算出第二谱峰精准位置频率；

S7、利用步骤S6计算的第二峰值精准位置频率及高铁列车单个车厢长度，获得高铁列车运行速度的估计；

S8、重复步骤S3～S7得到时频谱中所有时刻的速度，通过最小二乘法进行线性拟合得到速度-时间曲线，根据速度-时间曲线得到估计的高铁列车运行加速度。

具体的，步骤S1中，在高铁线路隔离区外埋置单个检波器，在高铁经过时，从检波器接收到的信号中截取高铁经过时所激发的信号，获取的有效信号所对应的时间范围为[t₁,t₂]。

具体的，步骤S2中，对应的时频谱STFT(t,nΔf)为：

其中，τ为临时积分变量，t为当前时间分析点，n为频率位置指标，Δf为频率间隔。

具体的，步骤S3中，时频谱STFT(t,nΔf)的频率自相关函数Corr(t,u)为：

其中，u为频率位置指标，t为当前时间分析点，STFT(t,(n-u)Δf)为信号对应的时频谱，N为选定的最大频率区间对应的最大频率指标。

具体的，步骤S4中，频率自相关函数Corr(t,u)第二谱峰的频率搜索区间：

其中，L为列车车厢长度，Δf为频率间隔，v_min～v_max为高铁列车商业运营速度范围，u为频率位置指标。

具体的，步骤S5中，利用频率自相关函数Corr(t,u)寻找第二谱峰频率位置u(t₀)为：

其中，Corr(t₀,u)为t₀时刻的时频谱频率自相关函数，L为列车车厢长度，Δf为频率间隔，v_min～v_max为高铁列车商业运营速度范围，u为频率位置指标。

具体的，步骤S6中，第二谱峰精准位置频率f_acc(t₀)为：

其中，b为拟合二次函数中变量一次方的系数，a为拟合二次函数中变量二次方的系数，Δf为频率间隔。

具体的，步骤S7中，高铁列车运行速度的估计v(t₀)：

v(t₀)＝Lf_acc(t₀)

其中，L为铁列车单个车厢长度，f_acc(t₀)为第二峰值精准位置频率。

具体的，步骤S8中，重复步骤S3至步骤S7得到时频谱中所有时刻的速度v(t₀)，通过最小二乘法进行线性拟合得到速度-时间曲线如下：

其中，t₁和t₂分别为信号的起始时间和结束时间，t₀为当前分析时刻，v(t₀)为分析时刻的速度，k为估计的高铁列车运行加速度，n为估计的高铁列车运行初速度。

本发明的另一技术方案是，一种基于单检波器的高铁运行加速度估计系统，包括：

数据模块，获得高铁震源地震信号；

变换模块，对数据模块所得高铁震源地震信号做短时傅里叶变换，得到对应的时频谱；

函数模块，计算变换模块得到的信号时频谱的频率自相关函数；

区间模块，由高铁列车商业运营速度范围、列车车厢长度及频率间隔确定函数模块频率自相关函数第二谱峰的频率搜索区间；

搜索模块，对时间范围内的每一个时刻，利用区间模块的频率自相关函数寻找第二谱峰频率位置；

位置模块，在频率自相关函数中寻找第二峰值位置及其对应的自相关值、第二峰值位置左侧一点及其对应的自相关值以及第二峰值位置右侧一点及其对应的自相关值，利用三点拟合自相关系数-频率的二次函数；求出二次函数最大值对应的频率指标，利用频率指标计算出第二谱峰精准位置频率；

估计模块，利用位置模块计算的第二峰值精准位置频率及高铁列车单个车厢长度，获得高铁列车运行速度的估计；

加速度模块，计算得到时频谱中所有时刻的速度，通过最小二乘法进行线性拟合得到速度-时间曲线，根据速度-时间曲线得到估计的高铁列车运行加速度。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种基于单检波器的高铁运行加速度估计方法，首先利用短时傅里叶变换计算高铁震源地震信号的时频谱；然后计算该时频谱的频率自相关函数，接着在每一个时间点寻找频率自相关函数中第二谱峰位置，再利用局部二次拟合估计出第二谱峰的精准位置；之后利用第二谱峰的精准位置估计列车每一时刻的瞬时速度；最后将所有时刻的速度进行线性拟合，拟合得出的斜率即为高铁列车运行加速度。相比较于常规高铁列车加速度估计方法所使用的多个检波器或者其它线路隔离区的设备，本发明仅依赖于隔离区外的一个地震检波器数据即可方便地获得高铁列车的运行加速度。

进一步的，获得高铁震源地震信号，在单检波器地震采样数据中截取高铁经过时所激发的地震信号，有利于估计每趟经过检波器列车的加速度。

进一步的，利用短时傅里叶变换计算信号时频谱，可用以反映频率成分随时间的变化。

进一步的，计算时频谱的频率自相关函数，有利于后续确定第二峰值的位置。

进一步的，根据我国高铁列车商业运营速度范围和列车车厢长度确定频率自相关函数第二谱峰频率搜索范围，有利于减少运算量，加快系统运行速度，更贴合实际情况。

进一步的，在频率自相关函数中寻找第二峰值频率位置，接着寻找第二峰值频率位置以及其相邻两个采样频率对应的频率自相关值，通过局部二次拟合可提高第二峰值位置的估计精度，进而可提高每个时间点速度估计的精度。

进一步的，利用第二峰值的精确频率位置及高铁列车单个车厢长度，获得高铁列车每一时刻运行速度的估计。

进一步的，重复上述步骤估计出每一时刻的高铁列车速度，有利于后续进行拟合得到加速度。

进一步的，利用每一时刻估计出的高铁列车运行速度，通过线性拟合估计出的斜率即为高铁列车经过检波器附近时的加速度。

综上所述，本发明仅利用一个地震检波器可有效、快速地估计高铁列车运行加速度，所采用的方法为计算时频谱的频率自相关函数，充分利用了高铁运行过程中激发信号的时频信息，具有可靠性高、实时性强等特点，同时为估计高铁列车运行加速度提供了一个独立于车载/隔离区内设备的方法。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为利用Ricker子波时延64次得到的匀加速运动合成信号图；

图3为利用Ricker子波时延64次得到的匀加速运动合成信号的时频谱的局部放大图；

图4为图2所示信号时频谱频率自相关函数时刻的局部放大图；

图5为图2所示信号时频谱的频率自相关函数估计出的速度-时间拟合曲线图；

图6为列车经过时单个检波器接收到的一道高铁震源地震信号图；

图7为列车经过时单个检波器接收到的一道高铁震源地震信号的时频谱的局部放大图；

图8为图6所示信号时频谱频率自相关函数时刻的局部放大图；

图9为图6所示信号时频谱的频率自相关函数估计出的速度-时间拟合曲线图。

具体实施方式

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、完整地描述，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做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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明提供了一种基于单检波器的高铁运行加速度估计方法，仅利用一个在隔离区外的地震检波器所采集的数据即可实现高铁列车运行加速度的估计。该方法首先利用短时傅里叶变换计算高铁震源地震信号的时频谱；然后计算该时频谱的频率自相关函数，接着在每一个时间点寻找频率自相关函数中第二谱峰位置，再利用局部二次拟合估计出第二谱峰的精准位置；之后利用第二谱峰的精准位置估计列车每一时刻的瞬时速度；最后将所有时刻的速度进行线性拟合，拟合得出的斜率即为高铁列车运行加速度。相比较于常规高铁列车加速度估计方法，本发明仅依赖于隔离区外的一个地震检波器数据即可方便地获得高铁列车的运行加速度。

请参阅图1，本发明一种基于单检波器的高铁运行加速度估计方法，包括以下步骤：

S1、获得高铁震源地震信号；

在高铁线路隔离区外埋置单个检波器，在高铁经过时从检波器接收到的信号中截取高铁经过时所激发的信号，获取的有效信号所对应的时间范围为[t₁,t₂]。

S2、对步骤S1所得高铁震源地震信号做短时傅里叶变换，得到对应的时频谱；

设截取出的高铁运行所引起的信号为x(t)，利用的窗函数为g(t)，对该信号做短时傅里叶变换，得到其时频谱STFT(t,nΔf)为：

其中，τ为临时积分变量，t为当前时间分析点，n为频率位置指标，Δf为频率间隔。

S3、计算步骤S2得到的信号时频谱的频率自相关函数；

选定最大频率为40Hz，确定对应的最大指标N为

(

表示下取整运算)，则时频谱STFT(t,nΔf)的频率自相关函数Corr(t,u)为：

其中，u是频率位置指标，自相关函数的取值范围为[0，1]。

S4、由高铁列车商业运营速度范围v_min～v_max、列车车厢长度L(列车车厢长度通常为25米)及频率间隔Δf确定频率自相关函数Corr(t,u)第二谱峰的频率搜索区间：

S5、对[t₁,t₂]中的每一个时刻t₀，利用频率自相关函数Corr(t,u)寻找第二谱峰频率位置u(t₀)为：

S6、在频率自相关函数中寻找第二峰值位置u(t₀)及其对应的自相关值Corr[t,u(t₀)]、第二峰值位置左侧一点u(t₀)-1及其对应的自相关值Corr[t,u(t₀)-1]以及第二峰值位置右侧一点u(t₀)+1及其对应的自相关值Corr[t,u(t₀)+1]，利用三点拟合自相关系数-频率的二次函数。设自相关系数为y轴，频率为x轴，拟合的二次函数形式为y＝ax²+bx+c，代入三点可得三元一次方程组：

求解上述三元方程组可得a、b、c的值，函数极值点对应的频率值

为估计出的第二谱峰的精准位置，精准位置频率记为f_acc(t₀)：

S7、利用某时刻第二峰值精准位置频率f_acc(t₀)及高铁列车单个车厢长度L，获得t₀时刻高铁列车运行速度的估计v(t₀)：

v(t₀)＝Lf_acc(t₀) (7)

S8、重复S3～S7步骤得到时频谱中所有时刻的速度v(t₀)，通过最小二乘法进行线性拟合得到速度-时间曲线。

其中，t₁和t₂为信号的起始时间和结束时间。求解上述二元方程组可得k和n，k为估计的高铁列车运行加速度，n为估计的高铁列车运行初速度。

本发明再一个实施例中，提供一种基于单检波器的高铁运行加速度估计系统，该系统能够用于实现上述基于单检波器的高铁运行加速度估计方法，具体的，该基于单检波器的高铁运行加速度估计系统包括数据模块、变换模块、函数模块、区间模块、搜索模块、位置模块、估计模块以及加速度模块。

其中，数据模块，获得高铁震源地震信号；

变换模块，对数据模块所得高铁震源地震信号做短时傅里叶变换，得到对应的时频谱；

函数模块，计算变换模块得到的信号时频谱的频率自相关函数；

区间模块，由高铁列车商业运营速度范围、列车车厢长度及频率间隔确定函数模块频率自相关函数第二谱峰的频率搜索区间；

搜索模块，对时间范围内的每一个时刻，利用区间模块的频率自相关函数寻找第二谱峰频率位置；

位置模块，在频率自相关函数中寻找第二峰值位置及其对应的自相关值、第二峰值位置左侧一点及其对应的自相关值以及第二峰值位置右侧一点及其对应的自相关值，利用三点拟合自相关系数-频率的二次函数；求出二次函数最大值对应的频率指标，利用频率指标计算出第二谱峰精准位置频率；

估计模块，利用位置模块计算的第二峰值精准位置频率及高铁列车单个车厢长度，获得高铁列车运行速度的估计；

加速度模块，计算得到时频谱中所有时刻的速度，通过最小二乘法进行线性拟合得到速度-时间曲线，根据速度-时间曲线得到估计的高铁列车运行加速度。

本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor、DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于基于单检波器的高铁运行加速度估计方法的操作，包括：

获得高铁震源地震信号；对高铁震源地震信号做短时傅里叶变换，得到对应的时频谱；计算信号时频谱的频率自相关函数；由高铁列车商业运营速度范围、列车车厢长度及频率间隔确定频率自相关函数第二谱峰的频率搜索区间；对时间范围内的每一个时刻，利用频率自相关函数寻找第二谱峰频率位置；在频率自相关函数中寻找第二峰值位置及其对应的自相关值、第二峰值位置左侧一点及其对应的自相关值以及第二峰值位置右侧一点及其对应的自相关值，利用三点拟合自相关系数-频率的二次函数；求出二次函数最大值对应的频率指标，根据频率指标计算出第二谱峰精准位置频率；利用第二峰值精准位置频率及高铁列车单个车厢长度，获得高铁列车运行速度的估计；重复计算得到时频谱中所有时刻的速度，通过最小二乘法进行线性拟合得到速度-时间曲线，根据速度-时间曲线得到估计的高铁列车运行加速度。

本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关基于单检波器的高铁运行加速度估计方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：

获得高铁震源地震信号；对高铁震源地震信号做短时傅里叶变换，得到对应的时频谱；计算信号时频谱的频率自相关函数；由高铁列车商业运营速度范围、列车车厢长度及频率间隔确定频率自相关函数第二谱峰的频率搜索区间；对时间范围内的每一个时刻，利用频率自相关函数寻找第二谱峰频率位置；在频率自相关函数中寻找第二峰值位置及其对应的自相关值、第二峰值位置左侧一点及其对应的自相关值以及第二峰值位置右侧一点及其对应的自相关值，利用三点拟合自相关系数-频率的二次函数；求出二次函数最大值对应的频率指标，根据频率指标计算出第二谱峰精准位置频率；利用第二峰值精准位置频率及高铁列车单个车厢长度，获得高铁列车运行速度的估计；重复计算得到时频谱中所有时刻的速度，通过最小二乘法进行线性拟合得到速度-时间曲线，根据速度-时间曲线得到估计的高铁列车运行加速度。

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、完整地描述，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。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

请参阅图2，图2为利用Ricker子波时延64次得到的匀加速运动合成信号，采样间隔为5ms，共有4001个采样点，设置初速度为300km/h，加速度为0.3m/s²。请参阅图3、图4和图5，图3为图2合成信号的时频谱局部放大，图4为利用图3得到的t₀时刻时频谱的频率自相关函数，图5为利用图4时频谱频率自相关函数估计出的速度-时间拟合曲线，对应加速度为0.2998m/s²,和加速度理论值基本吻合。

请参阅图6，图6为列车经过时单个检波器所接收到的高铁震源所引起的震动信号，采样间隔为4ms，共有5001个采样点。请参阅图7、图8和图9，图7为列车经过时所引起震动信号的时频谱局部放大，图8为利用图7得到的t₀时刻时频谱的频率自相关函数，图9为利用图8时频谱频率自相关函数估计出的速度-时间拟合曲线，对应加速度为-0.3645m/s²,符合我国高铁的商业运营加速度。

综上所述，本发明一种基于单检波器的高铁运行加速度估计方法及系统，根据高铁列车经过单个检波器获得的高铁震源地震信号，可以估计出高铁列车运行的加速度。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于单检波器的高铁运行加速度估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取高铁震源地震信号；

S2、对步骤S1所得高铁震源地震信号进行短时傅里叶变换，得到对应的信号时频谱；

S3、计算步骤S2得到的信号时频谱的频率自相关函数；

S4、由高铁列车商业运营速度范围、列车车厢长度及频率间隔确定步骤S3频率自相关函数第二谱峰的频率搜索区间；

S5、对时间范围内的每一个时刻，利用步骤S4的频率自相关函数寻找第二谱峰频率位置；

S6、在频率自相关函数中寻找第二峰值位置及其对应的自相关值、第二峰值位置左侧一点及其对应的自相关值以及第二峰值位置右侧一点及其对应的自相关值，利用三点拟合自相关系数-频率的二次函数；求出二次函数最大值对应的频率指标，根据频率指标计算出第二谱峰精准位置频率；

S7、利用步骤S6计算的第二峰值精准位置频率及高铁列车单个车厢长度，获得高铁列车运行速度的估计；

S8、重复步骤S3～S7得到时频谱中所有时刻的速度，通过最小二乘法进行线性拟合得到速度-时间曲线，根据速度-时间曲线得到估计的高铁列车运行加速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，在高铁线路隔离区外埋置单个检波器，在高铁经过时，从检波器接收到的信号中截取高铁经过时所激发的信号，获取的有效信号所对应的时间范围为[t₁,t₂]。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，对应的时频谱STFT(t,nΔf)为：

其中，τ为临时积分变量，t为当前时间分析点，n为频率位置指标，Δf为频率间隔。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，时频谱STFT(t,nΔf)的频率自相关函数Corr(t,u)为：

其中，u为频率位置指标，t为当前时间分析点，STFT(t,(n-u)Δf)为信号对应的时频谱，N为选定的最大频率区间对应的最大频率指标。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，频率自相关函数Corr(t,u)第二谱峰的频率搜索区间：

其中，L为列车车厢长度，Δf为频率间隔，v_min～v_max为高铁列车商业运营速度范围，u为频率位置指标。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，利用频率自相关函数Corr(t,u)寻找第二谱峰频率位置u(t₀)为：

其中，Corr(t₀,u)为t₀时刻的时频谱频率自相关函数，L为列车车厢长度，Δf为频率间隔，v_min～v_max为高铁列车商业运营速度范围，u为频率位置指标。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S6中，第二谱峰精准位置频率f_acc(t₀)为：

其中，b为拟合二次函数中变量一次方的系数，a为拟合二次函数中变量二次方的系数，Δf为频率间隔。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S7中，高铁列车运行速度的估计v(t₀)：

v(t₀)＝Lf_acc(t₀)

其中，L为铁列车单个车厢长度，f_acc(t₀)为第二峰值精准位置频率。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S8中，重复步骤S3至步骤S7得到时频谱中所有时刻的速度v(t₀)，通过最小二乘法进行线性拟合得到速度-时间曲线如下：

其中，t₁和t₂分别为信号的起始时间和结束时间，t₀为当前分析时刻，v(t₀)为分析时刻的速度，k为估计的高铁列车运行加速度，n为估计的高铁列车运行初速度。

10.一种基于单检波器的高铁运行加速度估计系统，其特征在于，包括：

数据模块，获得高铁震源地震信号；

变换模块，对数据模块所得高铁震源地震信号做短时傅里叶变换，得到对应的时频谱；

函数模块，计算变换模块得到的信号时频谱的频率自相关函数；

区间模块，由高铁列车商业运营速度范围、列车车厢长度及频率间隔确定函数模块频率自相关函数第二谱峰的频率搜索区间；

搜索模块，对时间范围内的每一个时刻，利用区间模块的频率自相关函数寻找第二谱峰频率位置；

位置模块，在频率自相关函数中寻找第二峰值位置及其对应的自相关值、第二峰值位置左侧一点及其对应的自相关值以及第二峰值位置右侧一点及其对应的自相关值，利用三点拟合自相关系数-频率的二次函数；求出二次函数最大值对应的频率指标，利用频率指标计算出第二谱峰精准位置频率；

估计模块，利用位置模块计算的第二峰值精准位置频率及高铁列车单个车厢长度，获得高铁列车运行速度的估计；

加速度模块，计算得到时频谱中所有时刻的速度，通过最小二乘法进行线性拟合得到速度-时间曲线，根据速度-时间曲线得到估计的高铁列车运行加速度。

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