雷达测速在列车运行中的研究与应用

雷达测速在列车运行中的研究与应用

中南大学

硕士学位论文

雷达测速在列车运行中的研究与应用

姓名：张武娟

申请学位级别：硕士

专业：控制科学与工程

指导教师：陈特放

20080501

雷达测速在列车运行中的研究与应用

硕士学位论文摘要

摘要

随着铁路大提速，列车运行速度越来越快，传统的测速方法存在一

些不足之处，为此本文提出了一种适合列车运行测速的厘米波测速雷

达。它工作在Ｋ波段，利用多普勒测速原理，获得列车运行相对地面的

频率偏移信号，采用ＤＳＰ技术，对频率信号进行快速处理，获得准确的

速度信号。

本文首先深入研究了测速雷达的工作原理，提出测速雷达的技术难

点。在综合分析国内外列车测速现状和先进同类产品的基础上，提出列

车测速雷达的技术指标和总体设计方案。

本文理论分析的重点在于多普勒信号的谱估计。通过对经典谱估计

和现代谱估计各种算法的系统研究，分析总结各种算法的优缺点，特别

是对ＡＲ参数模型的计算方法进行详细论述。为了检验ＡＲ模型参数各

种算法的谱估计效果，用ＭＡＴＬＡＢ进行算法仿真对比，最后采用了频

率分辨率高，难度适宜的Ｂｕｒｇ算法。

本文进行了系统的软硬件设计。硬件部分设计了适合列车测速的微

波模块，并且根据探测距离要求，设计了配套的喇叭天线。数字信号处

理部分的核心芯片采用ＴＩ公司的高速浮点处理器ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３，进行

了ＤＳＰ的外围电路、～Ｄ转换器和外围电路的ＣＰＬＤ设计。完成了系统

软件设计，文中给出了主程序和子程序的程序框图。最后进行了系统测

试，对实验结果进行分析计算，提出了误差改进方法。实验证明本文设

计的列车测速雷达性能良好，达到了设计要求。关键词雷达，列车测速，ＡＲ模型，Ｂｕｒｇ，ＤＳＰ

雷达测速在列车运行中的研究与应用

硕士学位论文

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

、Ⅳｉｔｈｔｈｅｆａｓｔｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｏｆｒａｉｌｗａｙ，ｔｈｅｔｒａｉｎｉｓｒｕｎｎｉｎｇｆａｓｔｅｒ，

ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｒｙｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｈａｖｅｓｅｖｅｒａｌｓｈｏｒｔａｇｅｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，

ｏｎｅｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｗａｖｅｂａｎｄｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｂｙｒａｄａｒｆｏｒｔｈｅｔｒａｉｎｉＳｐｕｔ

ｆｏｒｗａｒｄｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｈｉｃｈｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ

ｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｃａｎｉｎｓｕｒｅｔｈｅｔｒａｉｎ’Ｓｓａｆｅｒｕｎｎｉｎｇ．Ｔｈｅｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ

ｒａｄａｒｗｏｒｋｓｉｎｔｈｅＫｂａｎｄ，ｇｅｔｓｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｅｘｃｕｒｓｉｏｎｓｉｇｎａｌｏｆｔｈｅｔｒａｉｎ

ｒｅｌａｔｉｖｅｔｏｔｈｅｅａｒｔｈｗｉｔｈｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆＤｏｐｐｌｅｒｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｎ

ｇｅｔｓｅｘａｃｔｓｐｅｅｄｓｉｇｎａｌｔｈｒｏｕｇｈｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｆａｓｔｂｙＤＳＥ

Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｓｐｅｅｄｒａｄａｒｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｉｎ—ｄｅｐｔｈｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ，ａｎｄ

ｗｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅ

ｏｎｄｉ所ｃｕｌｔｉｅｓａｎｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｇｕｉｄｅｌｉｎｅａｎｄｔｏｔａｌｄｅｓｉｇｎｐｌａｎｂａｓｅ

ｑｕｏｏｆｈｏｍｅａｎｄｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｔａｔｕｓａｎｄａｄｖａｎｃｅｄｃｏｎｇｅｎｅｒｐｒｏｄｕｃｔｓ．ｏｖｅｒｓｅａｓ

刀砖ａｎａｌｙｓｉｓｏｆＤｏｐｐｌｅｒｓｉｇｎａｌｉｓｔｈｅｔｈｅｏｒｙｅｍｐｈａｓｉｓｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．耽

ｒｅｓｅａｒｃｈｋｉｎｄｓｏｆａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｄｅｅｐｌｙａｎｄｓｙｓｔｅｍｉｃａｌｌｙ，ｆｒｏｍｃｌａｓｓｉｃａｌｓｐｅｃｔｒａｌ

ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｔｏｍｏｄｅｍｓｐｅｃｔｒａｌｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，ｓｕｍｍｅｄｕｐｔｈｅｉｒａｄｖａｎｔａｇｅａｎｄ

ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙＡＲｐａｒａｍｅｔｅｒｍｏｄｅｌｍｅｔｈｏｄ．Ｔｏｃｈｅｃｋ

ｅｆｆｅｃｔｏｆＡＲｐａｒａｍｅｔｅｒｍｏｄｅｌａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ．ｗｅｅｍｕｌａｔｅｗｉｔｈｏｕｔｔｈｅＭＡＴＬＡＢ．Ａｎｄ

ｉｎｔｈｅｅｎｄ．ｂｕｒｇａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｂｅｃａｕｓｅｏｆ

ｂｅｔｔｅｒｓｐｅｃｔｒｕｍｒｅｓｏｌｖｉｎｇｐｏｗｅｒａｎｄｍｏｄｅｒａｔｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ．

Ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ．Ｆｉｒｓｔ，ｗｅｄｅｓｉｇｎ

ｍｉｃｒｏｗａｖｅｍｏｄｕｌｅａｎｄｃｏｍｐａｔｉｂｌｅｔｒｕｍｐａｎｔｅｎｎａｂｙｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅ．

ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３，ｗｈｉｃｈｉｓＴＩｈｉｇｈｓｐｅｅｄｆｌｏａｔｉｎｇ－ｐｏｉｎｔＤＳＰ，ｉｓｃｅｎｔｒａｌｃｈｉｐｏｆ

ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｗ．ｅｄｅｓｉｇｎｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｃｉｒｃｕｉｔｏｆＤＳＰ、

Ａ／ＤａｎｄＣＰＬＤｏｆｔｈｅｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｃｉｒｃｕｉｔ．Ａｆｔｅｒｔｈｉｓ．ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｉＳｆｉｎｉｓｈｅｄ

ａｎｄｍａｉｎａｎｄｃｈｉｌｄｐｒｏｇｒａｍｆｌｏｗｃｈａｒｔｓａｒｅｇｉｖｅｎ．Ａｔｌａｓｔ，ｗｅｍａｋｅａ

ｓｙｓｔｅｍｉｃｔｅｓｔ，ａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔ，ａｎｄｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄ

ｔｏｍｅｎｄｅｒｒｏｒ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｐｒｏｖｅｓｔｈａｔｔｈｅｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒａｄａｒｏｆ

ｔｒａｉｎｗｏｒｋｓｗｅｌｌａｎｄａｃｈｉｅｖｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｄｅｍａｎｄ．

ＫＥＹＷＯＲＤＳｒａｄａｒ，ｔｒａｉｎｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ＡＲｍｏｄｅｌ，Ｂｕｒｇ，Ｄｉｇｉｔａｌ

ｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒ

雷达测速在列车运行中的研究与应用

原创性声明

本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。

作者签名：．盗盐当日期：皇！！墨年上月上日

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