CN113608221B - 一种加速度辅助机车雷达测速滤波方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加速度辅助机车雷达测速滤波方法，其包括如下步骤：步骤S1、根据测速精度和测速实时性要求，选定滤波长度N；步骤S2、利用第N时刻以及之前的N‑1个时刻，共计N个时刻的雷达初始测量速度和加速度测量值计算得到N个速度估计值；步骤S3、对步骤S2得到的N个速度估计值进行均值滤波处理。本发明利用雷达初始测量速度和加速度计测量值得到多个估计速度，并对估计速度进行均值滤波得到最终的速度输出值，达到了减小雷达测速误差、提高测速精度的目的，本发明适用于减小非理想因素引起的雷达测速误差和提高雷达测速精度。

Description

一种加速度辅助机车雷达测速滤波方法
技术领域
本发明属于机车测速系统技术领域，特别涉及一种加速度辅助机车测速雷达提高测速精度的方法。
背景技术
基于多普勒频移效应的雷达测速系统被广泛应用于地铁、火车等机车测速，其测量速度主要受测距精度、多普勒测量精度和雷达垂直高度变化的影响而存在误差。测距精度和多普勒测量精度主要由固有量化误差和系统温度漂移、噪声误差、频率源不稳定等引起，雷达垂直高度变化主要由机车颠簸引起。
为提高雷达测速精度，现有的大多数方法仅能减少单一误差因素的影响，例如双天线雷达测速仪，其通过安装两部载频不同的雷达，根据两部雷达固定的波束指向角度差，抵消因机车颠簸引起的测速误差。但两部雷达增加了测速系统成本，且该方法仅能减小机车颠簸引起的测速误差；或利用同步校频和互备双锁相环提高频率源稳定度，以达到减小测速误差的目的，该方法同样仅能减小因频率源不稳定而产生的误差；或通过对回波频谱加汉宁窗处理，以减弱频谱泄露，减小雷达测距误差，但窗函数参数影响测速精度。
发明内容
本发明借助加速度计辅助雷达测量机车速度，提供了一种加速度辅助机车雷达测速滤波方法，利用加速度信息和雷达初始测量速度实现测量速度的均值滤波，以减少雷达测距精度、多普勒测量精度和雷达垂直高度变化等的影响，从而达到减小测速误差的目的。
为实现上述目的，本发明提供一种加速度辅助机车雷达测速滤波方法，所述机车底部设置有雷达和加速度计，其包含如下步骤：
步骤S1、根据测速精度和测速实时性要求，选定滤波长度N；
步骤S2、利用第N时刻以及之前的N-1个时刻，共计N个时刻的雷达初始测量速度和加速度测量值计算得到N个速度估计值；
步骤S3、对步骤S2得到的N个速度估计值进行均值滤波处理。
优选地，所述步骤S2包括：记第N时刻以及之前的N-1个时刻，共N个时刻的雷达初始速度测量值依次为V1,V2…VN-1,VN，加速度计测量的加速度值依次为a1,a2…aN-1,aN。对加速度关于时间累加可以得到N个时刻的速度估计值
其中，△t表示相邻两个时刻的差值。
优选地，所述步骤S3中，均值滤波处理得到滤波后的速度V′N为：
综上所述，与现有技术相比，本发明提供的一种加速度辅助机车雷达测速滤波方法，具有如下有益效果：利用加速度计辅助机车测速雷达提高测速精度，通过对辅助加速度计的测量值进行积分并结合雷达初始测量速度，得到多个速度估计值，最后对速度估计值进行均值滤波，从而得到更为准确的测量速度。本发明能够改善测距精度、多普勒测量精度和雷达垂直高度变化等因素对雷达测速精度的影响，适用于减小雷达测速误差、提高雷达测速精度。
附图说明
图1为本发明的加速度辅助机车雷达测速滤波方法的实施流程图；
图2为本发明中的雷达测速示意图；
图3为本发明中的雷达测速几何图；
图4为本发明的加速度辅助机车雷达测速滤波方法的加速度辅助雷达测速原理图；
图5为本发明实施例为机车匀速运行，雷达初始测量速度和利用加速度信息滤波后速度的结果及其对比图；
图6为本发明实施例的雷达初始测量速度与滤波后测量速度误差分布图；
图7为本发明实施例在机车匀速运行时，雷达测速结果与激光测速结果对比图。
具体实施方式
以下将结合本发明实施例中的附图1～附图7，对本发明实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
本发明提供了一种加速度辅助机车雷达测速滤波方法，在机车底部设置雷达和加速度计，用于测量机车的速度和加速度数据；通过引入加速度数据后，利用加速度能确保短时高精度的特点，结合雷达初始测量速度和加速度能够获取多个速度估计值，对速度估计值进行均值滤波处理得到最终的速度输出值，从而达到提高雷达测速精度的目的，如图1所示，该加速度辅助机车雷达测速滤波方法具体包括如下步骤：
步骤S1、根据测速精度和测速实时性要求，选定滤波长度N；
步骤S2、根据雷达初始测量速度和加速度值，通过计算得到N个速度估计值；
其中，N个速度估计值的具体计算步骤为：
记当前时刻(即第N个时刻)以及之前的N-1个时刻(共计N个时刻)依次为t1,t2,t3…tN-1,tN，两两相邻的时刻差值记为△t，且所有时间差值△t均相等；N个时刻对应的雷达初始测量速度依次为V1,V2,V3…VN，N个时刻对应的加速度计测量得到的加速度值依次为a1,a2,a3…aN。根据加速度值和雷达初始测量速度，通过对加速度关于时间累加可得到N个时刻的速度估计值
其中，上式中△t表示相邻两个时刻的差值。
步骤S3、对步骤S2得到的N个速度估计值进行均值滤波处理，经滤波处理后的速度V′N为：
其中，雷达初始测量速度的测速原理是基于多普勒效应实现的，如图2所示，雷达安装在待测速的机车底部，雷达发射探测波的方向与雷达垂直于地面向下的方向夹角为θ，则当机车以速度V相对于地面运动时，由机车与地面的相对运动而产生的多普勒频率为：
其中，λ为雷达发射的探测波波长，Vr为雷达相对于地面的径向速度。如图3所示，sinθ的计算公式如下：
其中，R为斜距，H为雷达高度。
雷达测速的流程为：雷达发射出探测波，在遇到地面之后反射回传的回波信号(回波)，雷达对回波进行二维FFT(傅里叶变换)获取二维图像；提取最强散射点，获取其所在距离门，并计算斜距R；利用回波数据估计其所对应的多普勒频率fd；联合式(1)和式(2)计算机车速度V。
以下通过一个具体实施例详细说明本发明方法。本实施例中，加速度辅助高精度机车雷达测速滤波的参数为：机车运动速度V约为60km/h，雷达初始测量速度的时间间隔和加速度测量的时间间隔均为35.8ms，滤波长度N为100。
如图5所示，图5(a)为雷达初始测量速度图，图5(b)和图5(c)分别为利用加速度信息滤波后测量速度的结果图及对比图；通过对图5(c)的分析发现，由于受到误差因素的影响，雷达初始测量速度波动较大，经加速度信息滤波后速度波动减小。
如图6所示，图6为雷达初始测量速度误差与利用加速度信息滤波后速度误差分布图，雷达初始测量速度误差均值为-0.0128m/s、标准差为-0.1249m/s，滤波后速度测量误差均值为-0.0037m/s、标准差为-0.0531m/s。由此可见，利用加速度信息对雷达初始测量速度滤波，可以减小测距误差、提高测速精度。
如图7所示，以高精度激光测速结果为参考，图7(a)为加速度辅助雷达测量速度结果图，图7(b)为高精度激光测量速度结果图，图7(c)为加速度辅助雷达测量速度与高精度激光测量速度结果的对比图，从图中可见加速度辅助雷达测速结果与激光测速结果整体较吻合。因此，加速度辅助雷达测速能够提高雷达测速精度，且测速精度与激光测速精度相当。
综上所述，与现有提高雷达测速精度的方法相比，本发明所提供的加速度辅助机车雷达测速滤波方法能改善测距精度、多普勒测量精度和雷达垂直高度变化等因素对雷达测速精度的影响，适用于减小雷达测速误差、提高雷达测速精度。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (1)

1.一种加速度辅助机车雷达测速滤波方法，所述机车底部设置有雷达和加速度计，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、根据测速精度和测速实时性要求，选定滤波长度N；
步骤S2、利用第N时刻及之前共N个时刻的雷达初始测量速度和加速度测量值计算得到N个速度估计值；
步骤S3、对步骤S2得到的N个速度估计值进行均值滤波处理；
所述步骤S2包括：记第N时刻以及之前的N-1个时刻，共计N个时刻的雷达初始速度测量值依次为V1,V2…VN-1,VN，加速度计测量的加速度值依次为a1,a2…aN-1,aN；对加速度关于时间累加可以得到N个时刻的速度估计值
其中，Δt表示相邻两个时刻的差值；
所述步骤S3中，均值滤波处理得到滤波后的速度VN′为：
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116626328A (zh) * 2023-07-26 2023-08-22 济南嘉宏科技有限责任公司 一种井下车辆全程测速设备及测速方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5043737A (en) * 1990-06-05 1991-08-27 Hughes Aircraft Company Precision satellite tracking system
DE102012222715A1 (de) * 2012-12-11 2014-06-12 Hyundai Motor Company Vorrichtung und Verfahren zum vorausschauenden Erkennen einer Fahrzeugkollision
CN104635231A (zh) * 2015-02-12 2015-05-20 西安电子科技大学 基于自适应卡尔曼滤波的机车雷达测速方法
CN108415009A (zh) * 2018-02-02 2018-08-17 合肥工大高科信息科技股份有限公司 一种列车速度计算方法及系统
CN108709521A (zh) * 2018-06-04 2018-10-26 中核(天津)科技发展有限公司 一种高精度位移测量装置及测量方法
CN109633642A (zh) * 2018-12-11 2019-04-16 上海无线电设备研究所 一种太赫兹高速目标雷达成像方法
CN112346045A (zh) * 2020-10-29 2021-02-09 上海无线电设备研究所 一种多频率点雷达测速方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10641885B2 (en) * 2017-07-21 2020-05-05 Honeywell International Inc. Systems and methods for measuring velocity and acceleration with a radar altimeter
US11436927B2 (en) * 2018-11-21 2022-09-06 Brunswick Corporation Proximity sensing system and method for a marine vessel with automated proximity sensor location estimation
FR3090893B1 (fr) * 2018-12-20 2021-10-08 Commissariat Energie Atomique Procede et systeme de mesure de la vitesse d’un porteur par rapport au sol
US11754672B2 (en) * 2019-05-13 2023-09-12 Gm Cruise Holdings Llc RADAR cross section compensation for calibration of vehicle RADAR
US11699306B2 (en) * 2019-08-16 2023-07-11 Cambridge Mobile Telematics, Inc. Method and system for vehicle speed estimation

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5043737A (en) * 1990-06-05 1991-08-27 Hughes Aircraft Company Precision satellite tracking system
DE102012222715A1 (de) * 2012-12-11 2014-06-12 Hyundai Motor Company Vorrichtung und Verfahren zum vorausschauenden Erkennen einer Fahrzeugkollision
CN104635231A (zh) * 2015-02-12 2015-05-20 西安电子科技大学 基于自适应卡尔曼滤波的机车雷达测速方法
CN108415009A (zh) * 2018-02-02 2018-08-17 合肥工大高科信息科技股份有限公司 一种列车速度计算方法及系统
CN108709521A (zh) * 2018-06-04 2018-10-26 中核(天津)科技发展有限公司 一种高精度位移测量装置及测量方法
CN109633642A (zh) * 2018-12-11 2019-04-16 上海无线电设备研究所 一种太赫兹高速目标雷达成像方法
CN112346045A (zh) * 2020-10-29 2021-02-09 上海无线电设备研究所 一种多频率点雷达测速方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种基于卡尔曼滤波的机车测速雷达算法;姬冰冰 等;火控雷达技术;第38卷(第1期);全文 *
基于双雷达的轨道交通测速方法及误差分析;周媛 等;控制与信息技术(第1期);全文 *
干涉SAR运动舰船检测及速度估计方法研究;欧阳克威;中国优秀硕士学位论文全文数据库;全文 *

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