专利名称：数字化驼峰测速雷达的制作方法
技术领域：
所属领域本实用新型是一种铁路编组站驼峰场用新型数字化驼峰测数雷达。
背景技术：
目前国内驼峰测速雷达主要是8mm和3cm波长测速雷达，采用的技术和器件落后，其雷达回波多普勒信号处理方式均为传统原始落后的模拟量处理技术，抗干扰措施是采用的电子器件组成的带通滤波器，模拟量电压比较器方式。干扰频谱与信号频谱是同带重迭的，模拟量信号处理方式无法滤除，解决不了通带内高于比较器门限的电压值幅度的干扰，缺少现代信号处理技术，存在现场调试难度大，工作不稳定抗干扰能力差，测速易受干扰经常发生雷达测速信号跳变，特别是雨雪天对雷达干扰更为严重，使雷达失真。由于采取的防干扰措施不合理，使雷达的速度指示平滑性与速度、加速度的实时跟随性难以兼顾。严重影响自动化控制本实用新型对溜放车辆的正常控制和本实用新型控制精度的提高。并功能单一只能测速，输出是对应速度值的频率模拟信号，系统对其处理难度较大，影响系统可靠性、安全性。

发明内容
本实用新型的目的是提供一种稳定性高、抗干扰能力强、信号检测处理能力强的数字化驼峰测速雷达。本实用新型的目的是通过以下结构实现的本实用新型为一种数字化驼峰测速雷达，主要包括8mm波段高频雷达组件(型号为TCL)和多普勒低频信号数字处理电路，多普勒低频信号数字处理电路主要由DSP数字信号处理器(型号为TMS320F2812)、模拟信道模块(由TLC4501放大器和TLV320AIC10转换器组成)、输入输出模块(由6N137、TIL117隔离器和MAX485E通信接口组成)，信息显示模块(由74HC595器件和数码显示器组成)等组成，采用DSP32位高速数字信号处理器，对雷达多普勒信号进行实时处理，由高频组件混频器输出的多普勒信号首先经电容连接到模拟信道模块的输入端TLC4501放大器的IN+端，由模拟信道模块输出端转换器TLV320AIC10的DOUT、DIN、SCLK、FS、XF连接到DSP数字信号处理器MS320F2812的DRA、DXA、CLKXA、CLKRA、FSXA、FSRA、XF端，由DSP的RXI、TXI、I/O端，连接到输入输出模块U1-6N137的OC端、U2-6N137的IN-端、U3-6N137的IN-端、三极管的基极端、U5-TIL117的5端，DSP的SOMI、CLK、STEA、I/OD5端连接到显示模块74HC595的DATA、CLOCK、LOAD端、U6的5端。
本实用新型主要采用数字信号处理技术，应用DSP数字信号处理器，实现对雷达多普勒信号的数字化处理。本实用新型的优点
1实现驼峰雷达测速数字智能化，具有较高的抗干扰能力，采用频谱分析技术甄别各种频谱成分，提取和跟踪被控车组的真实速度，彻底解决雨雪天或车场环境及车辆自身的车轮转动、风管摆动、邻线干扰等对雷达的严重干扰造成的测速值跳变问题。
2对测速信号有很好的实时跟随性。能够正确和实时反应被控车组的真实速度和加速度，提高驼峰测速雷达速度、加速度指示的稳定性和精度。
3具有数字量并兼容模拟量输出及测距的功能。雷达速度、加速度的数字量输出并利用较高的测速精度通过一定的数学模型计算出雷达在作用距离内的测距功能。能够利用485等数字传输接口传送数据和联网。
4具有测量信息存储、显示功能。


图1为本实用新型组成框图图2为本实用新型高频装置部分原理框图图3为本实用新型雷达信号数字化处理电路结构图图4为本实用新型模拟信道原理图图5为本实用新型信息输入输出原理图图6为本实用新型显示电路原理图图7为本实用新型雷达信号处理电路工作原理图具体实施方式
本实用新型为数字化驼峰测速雷达，主要包括8mm波段高频雷达收发组件，型号为TCL，和多普勒低频信号数字处理电路，信息显示模块组成，如图1所示，多普勒低频信号数字处理电路主要由DSP数字信号处理器，型号为TMS320F2812、模拟信道模块，如图4由TLC4501放大器和TLV320AIC10转换器组成、如图5输入输出模块由6N137、TIL117隔离器和MAX485E通信接口组成，如图6信息显示模块由74HC595器件和数码显示器组成，如图3所示，采用DSP32位高速数字信号处理器，对雷达多普勒信号进行实时处理，由高频组件混频器输出的多普勒信号首先经电容连接到模拟信道模块的输入端TLC4501放大器的IN+端，由模拟信道模块输出端转换器TLV320AIC10的DOUT、DIN、SCLK、FS、XF连接到DSP数字信号处理器MS320F2812的DRA、DXA、CLKXA、CLKRA、FSXA、FSRA、XF端，由DSP的RXI、TXI、I/O端，连接到输入输出模块U1-6N137的OC端、U2-6N137的IN-端、U3-6N137的IN-端、三极管的基极端、U5-TIL117的5端，DSP的SOMI、CLK、STEA、I/OD5端连接到显示模块74HC595的DATA、CLOCK、LOAD端、U6的5端。
模拟信道模块由放大器，型号为TLC4501，模拟/数字A/D、数字/模拟D/A转换器，型号为TLVV320AIC10，组成如图2所示，由TCL高频组件混频器端输出的多普勒信号经电容、电阻连接到放大器的同相端IN+、反向端IN-经阻容网络接地，构成带通滤波输入，放大器输出OUT端经电容、电阻连接到A/D转换器的输入INM端；模拟信号经A/D转换为数字量后由A/D转换器输出DOUT端连接到DSP的DRA端、接收DIN端连接到DSP的DXA端，SCLK端连接到DSP的CLKXA、CLKRA端，FS端连接到DSP的FSXA、FSRA端，构成A/D与DSP的缓存多通道串行口交换数据；输入输出模块主要由3组U1、U2、U3隔离放大器ISO(型号为6N137)、2组U4、U5光电耦合隔离器，型号为TIL117及RS485通信接口，型号为MAX485E，组成由DSP的串行口接收RXI端连接U1(6N137)的OC端、GND端接地，由U1的IN-端连接MAX485E的RD端、IN+端经电阻接VCC+电源，构成485通信接收电路；由DSP的TX1端(串行口发送)连接U2(6N137)的IN-端、IN+端经电阻接VCC+电源，U2的OC端连接MAX485E的DI端、GND接地，构成485通信发送电路；由DSP的开关量输出I/O端(CON1端)连接U3的IN-端、IN+端经电阻接VCC+电源，U3的OC端连接MAX485E的RE、DE端、GND端接地，构成485串行通信控制电路，MAX485E的A、B端通信口与对方进行通信，输出速度、加速度、测距数字量信号；由DSP的开关量输出I/O端口连接三极管的基极B、由集电极C输出经电阻连接到U4光电耦合隔离器的2端，1端接+VCC电源，光电耦合隔离器的发射和集电极即4和5端输出测速模拟量频率信号；自检控制命令信号由控制方电路输出，连接U5的1、2输入端，隔离后由U5的发射和集电极即4、5端输出连接DSP的开入I/O-IOD1端。
显示模块由显示电路(型号为74HC595，LED数字显示器)和U6光电耦合隔离器(型号为TIL117)电路组成DSP的SOMI、CLK、STEA端分别连接到74HC595-A的DUTU、CLOCK、LOUD端，74HC595-A的a、b、c、d、e、f、g、h端与LED显示器相对应的笔画端连接，74HC595-B的a、b、c、d、e、f、g、h端与LED显示器相对应的位数控制端CON相连接，功能选择信号由控制方电路输出连接到U6的1、2输入端，隔离后由U6的发射和集电极即4、5端输出连接到DSP的开入I/O-IOD5端。
数字化的多普勒信号经TMS320F2812数字信号处理器DSP的数字滤波、放大，频谱分析(建立数百个滤波器组)FFT运算，目标估值后输出多普勒速度频率信号和速度、加速度及测距数字量信息。
本实用新型的主要技术指标有效作用距离≥50m(平板车)速度测量范围1-30km；多普勒信号频带195Hz-1950Hz测量速度相对误差±1％±0.1Km/h；天线工作频率35.1±0.1GHz多普勒信号输出≥8V(峰-峰值)，电流环输出≥10mA入信号动态范围≥60db自检信号频率2048Hz±0.01％每10ms输出一次测量值；工作原理微波收发组件微波收发组件如图2所示，由耿氏体效应振荡器产生超高频电磁波，通过环形器收发隔离正向导通，经圆锥形介质透镜喇叭天线形成有确定指向的低副瓣窄波束辐射到前方目标辐射到前方被测目标物体上，电磁波的一小部分功率经环形器进入混频器作为本振频率。当发射的电磁波遇到运动目标时，根据多普勒效应，反射回一个新的频率信号，由天线接收后，经环形器的正向导通至混频器与本振频率进行混频，其差频信号为多普勒信号频率，这个多普勒频率fd与目标物体运动速度成正比，与发射电磁波的波长成反比，将这个多普勒信号送到信号处理模块通过低噪声多普勒信号放大器进行放大和数字化处理，即可得出移动目标物体的运动速度。
信号处理电路采用高速数字信号处理器(DSP32位)对雷达多普勒信号进行实时处理，由高频收发组件输出的多普勒信号经模拟信道输出送入DSP进行数字化处理。具体连接关系见图3所示。
由混频器输出的多普勒信号，送入信道模拟电路，经低噪声放大、带通滤波、采样保持、模数转换后送入DSP数字信号处理器。
由于模拟带通滤波器难以做得很理想，多普勒信号经模拟滤波器后，在频率的高、低段仍然有较大的剩余干扰信号和噪声杂波信号，因此在数字信号处理器中设置数字带通滤波器，允许测速范围内的频率成分通过，最大程度抑制不需要的带外干扰和噪声。同时，由于目标距雷达远近不同，雷达信号幅度不一样可能还会造成目标频谱的畸变，为此利用软件进行增益的AGC控制(自动增益控制)经过带通滤波器的信号，带外干扰得到抑制，但通带内的目标信号和干扰信号是叠加在一起的，为了正确检测目标，抑制干扰的影响，将有效带宽划分为几百个子带宽，每个子带宽设置一个窄带滤波器，即并行设置数百个多普勒窄带滤波器，将干扰信号和目标信号在频域上区分开来，以便正确地提取目标信号。多普勒滤波器组是利用频谱分析技术实现的。通过检波得到同一时刻不同多普勒滤波器输出的信号幅度信息，根据目标、干扰和噪声的分布规律和特征，对检波后的多普勒滤波器组输出的幅度信息进行检测目标，同时进一步采取抗干扰措施，以降低目标的虚警概率，确保目标信号的正确发现。同时对检测到的目标，根据与目标相关的幅度信息，对目标的多普勒信号频率进行速度估值处理，以提高测速精度。有效解决雷达信号瞬间跳变，即多脉冲或丢脉冲现象。具体见图7。根据以上处理得到的目标多普勒频率信号，信号发生器产生对应的测速频率信号经输出隔离接口送室内计算机控制本实用新型。同时根据目标多普勒频率信号按一定的数学模型实时计算出对应的速度数字量。
在线自检对雷达微波高频组件的自检原理是利用其本振功率经检波后有一直流偏压，将此偏置电压送入DSP的ADCB端，经A/D模数转换后将此偏压的数字量进行软件检测判别，实现软件自检控制，控制自检信号的输出，若高频组件工作正常其工作偏置电压在正常范围，则有自检信号输出，若偏置电压值超出正常范围，则无自检信号输出。采用此方式可判断高频组件工作点的漂移是否超过正常范围，实现超限预警。
高频组件工作正常则控制DSP的信号发生器产生2000HZ方波自检信号送入多普勒信号模拟信道放大器，检查模拟信道、DSP软件各环节及信号输出各环节，如雷达硬件及软件各环节均正常，雷达多普勒信号输出端将向对方输出发送2000HZ雷达自检正常信号；若雷达硬软件其中某一环节故障，雷达将停止向对方输出发送2000HZ自检信号，本实用新型雷达将报警，实现在线自检。显示模块雷达在工作状态显示窗口显示其有关测试数据；在自检状态显示自检信号频率及自检情况；通过功能选择键，可以选择信息查询，显示测速工作状态时所存储的近期测速信息。
本实用新型主要特点1解决驼峰雷达抗干扰能力差，特别是与信号频谱重叠的干扰频谱的干扰无法解决而造成的雷达信号晃动、跳变等问题，提高驼峰测速雷达速度、加速度指示的稳定性。2解决雨雪天对雷达的严重干扰，导致雷达不能正常工作的问题。3采用频谱分析技术甄别各种频谱成分，提取和跟踪被控车组的真实速度。4增加输出速度、加速度的数字量和雷达测距数字量输出功能。5解决对模拟量测速信息处理复杂，制约和影响条速系统实时性控制的问题。
权利要求1.一种数字化驼峰测速雷达，主要包括型号为TCL8mm波段高频雷达组件，和多普勒低频信号数字处理电路，多普勒低频信号数字处理电路主要由DSP数字信号处理器，型号为TMS320F2812、模拟信道模块由TLC4501放大器和TLV320AIC10转换器组成，输入输出模块由6N137、TIL117隔离器和MAX485E通信接口组成，信息显示模块由74HC595器件和数码显示器组成，其特征是采用DSP32位高速数字信号处理器，对雷达多普勒信号进行实时处理，由高频组件混频器输出的多普勒信号首先经电容连接到模拟信道模块的输入端TLC4501放大器的IN+端，由模拟信道模块输出端转换器孔V320AIC10的DOUT、DIN、SCLK、FS、XF连接到DSP数字信号处理器MS320F2812的DRA、DXA、CLKXA、CLKRA、FSXA、FSRA、XF端，由DSP的RXI、TXI、I/O端，连接到输入输出模块U1-6N137的OC端、U2-6N137的IN-端、U3-6N137的IN-端、三极管的基极端、U5-TIL117的5端，DSP的SOMI、CLK、STEA、IOD5端连接到显示模块74HC595的DATA、CLOCK、LOAD端、U6的5端。
2.按照权利要求1所述的驼峰数字化测速雷达，其特征是型号为TLC4501的模拟信道模块由放大器，模拟/数字A/D、数字/型号为TLV320AIC10的模拟D/A转换器组成由TCL高频组件混频器端输出的多普勒信号经电容、电阻连接到放大器的同相端IN+、反向端IN-经阻容网络接地，构成带通滤波输入，放大器输出OUT端经电容、电阻连接到A/D转换器的输入INM端；模拟信号经A/D转换为数字量后由A/D转换器输出DOUT端连接到DSP的DRA端、接收DIN端连接到DSP的DXA端，SCLK端连接到DSP的CLKXA、CLKRA端，FS端连接到DSP的FSXA、FSRA端，构成A/D与DSP的缓存多通道串行口交换数据。
3.按照权利要求1所述的驼峰数字化测速雷达，其特征是输入输出模块主要由3组U1、U2、U3隔离放大器ISO其型号为6N137、2组U4、U5光电耦合隔离器的型号为TIL117及RS485通信接口其型号为MAX485E组成由DSP的串行口接收RXI端连接U1的OC端、GND端接地，由U1的IN-端连接MAX485E的RD端、IN+端经电阻接VCC+电源，构成485通信接收电路；由DSP的TX1端串行口发送连接U2的IN-端、IN+端经电阻接VCC+电源，U2的OC端连接MAX485E的DI端、GND接地，构成485通信发送电路；由DSP的开关量输出I/O-IOB14端连接U3的IN-端、IN+端经电阻接VCC+电源，U3的OC端连接MAX485E的RE、DE端、GND端接地，构成485串行通信控制电路，MAX485E的A、B端通信口与对方进行通信，输出速度、加速度、测距数字量信号；由DSP的开关量输出I/O-IOB15端口连接三极管的基极B、由集电极C输出经电阻连接到U4光电耦合隔离器的2端，1端接+VCC电源，光电耦合隔离器的发射和集电极即4和5端输出测速模拟量频率信号；自检控制命令信号由控制方电路输出，连接U5的1、2输入端，隔离后由U5的发射和集电极即4、5端输出连接DSP的开入I/O-IOD1端。
4.按照权利要求1所述的驼峰数字化测速雷达，其特征是显示模块由型号为74HC595，LED数字显示器的显示电路和U6光电耦合隔离器型号为TIL117电路组成DSP的SOMI、CLK、STEA端分别连接到74HC595-A的DATA、CLOCK、LOAD端，74HC595-A的a、b、c、d、e、f、g、h端与LED显示器相对应的笔画端连接，74HC595-B的a、b、c、d、e、f、g、h端与LED显示器相对应的位数控制端CON相连接，功能选择信号由控制方电路输出连接到U6的1、2输入端，隔离后由U6的发射和集电极即4、5端输出连接到DSP的开入I/O-IOD5端。
专利摘要本实用新型涉及一种数字化驼峰测速雷达，采用DSP32位高速数字信号处理器，对雷达多普勒信号进行实时处理，由高频组件混频器输出的多普勒信号首先经电容连接到模拟信道模块的输入端放大器的IN+端，由模拟信道模块输出端转换器连接到数字信号处理器，本实用新型实现驼峰雷达测速数字智能化，具有较高的抗干扰能力，采用频谱分析技术甄别各种频谱成分，提取和跟踪被控车组的真实速度，彻底解决雨雪天或车场环境及车辆自身的车轮转动、风管摆动、邻线干扰等对雷达的严重干扰造成的测速值跳变问题。
文档编号G01S7/36GK2783345SQ200420063990
公开日2006年5月24日 申请日期2004年12月15日 优先权日2004年12月15日
发明者包振峰, 陈云杰, 张庆江 申请人:包振峰, 陈云杰, 张庆江