专利名称：列车车载雷达速度传感器天线夹角偏差故障诊断及速度读数校正方法
技术领域：
本发明涉及列车车辆检测技术领域，尤其涉及一种列车车载雷达速度传感器天线 夹角偏差故障诊断及速度读数校正方法。
背景技术：
安全性是列车运行最重要、最基本的要求。而列车车载速度传感器作为提供列车 速度信息的关键设备，其可靠性与列车的安全运行直接相关。在实际的使用过程中，由于 外界环境和列车自身运行的影响，车载速度传感器难免发生性能退化而发生测速不准的情 况。在实际应用中，雷达速度传感器由于其测速直接和准确的特性而在列车的速度测量中 得到了广泛的应用。本发明设计了一种针对列车车载雷达速度传感器天线夹角偏差的故障 进行诊断和校正的方法。列车车载雷达速度传感器被安装于列车的底部。当列车运行时，雷达速度传感器 通过天线向地面发射一定频率的电磁波，同时也接收从地面反射回来的电磁波。由于多普 勒效应的存在，使得在列车运行过程中，雷达发射出的电磁波频率与反射的电磁波频率存 在一定的差异，该频率差被称为多普勒频率。多普勒频率的大小同发射频率的大小，列车运 行速度以及天线与水平面的夹角因素有关。因此通过测量多普勒频率并进行相应的数学计 算，就可得到列车运行速度。在实际使用过程中，由于受到外界冲击和电子元件老化现象的等因素的影响，其 性能可能随使用时间的增长而退化，从而导致雷达速度传感器出现测速不准的情况。其中 由天线夹角变化引起的性能退化较为常见。若天线与水平面的夹角变大，则在相同运行速 度下，测量得到的速度值会变小。司机若根据偏小的速度读数对列车进行操作，容易导致列 车的超速运行，影响列车行车安全。如果能够对列车车载雷达速度传感器的天线夹角偏差 量进行诊断，并利用诊断结果补偿速度读数，可极大地提高列车运行的安全性，但目前还缺 乏有效的手段实现这一目标。

发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种列车车载雷达速度传感器天线夹 角偏差故障诊断及速度读数校正方法。列车车载雷达速度传感器天线夹角偏差故障诊断及速度读数校正方法包含以下 步骤1)在列车运行过程中，通过列车车载雷达速度传感器，测量得到列车运行速度& ；2)根据采样信号长度T和列车运行速度，利用公式Zil = 计算出在本采样信 号段内列车行驶的距3)将本采样信号段内计算得到的列车行驶距离&与之前的行驶距离L'进行叠加，根据公式Z =厂得到列车的当前总行驶距离Z，同时将L'的值设置为当前总行驶距 离丄的值，以方便下一轮总行驶距离的更新计算；4)当通过轨旁应答器时，列车激活轨旁应答器并与之进行通信，获得列车的准确 定位信息，将由应答器给出的当前列车当前位置减去行车初始的定位位置，推算出当前准 确总行驶距离L ；5)根据步骤3)计算得到的当前总行驶距离丄，步骤4)推算出的当前准确总行驶 距离L和雷达速度传感器雷达天线的夹角设定值θ，通过公式而没 估计得到雷达测速器天线夹角的偏差量& ；6)根据列车车载雷达速度传感器天线夹角偏差量&和测量得到的列车运行速度
V/c，通过公式Vi+而；)获得校正后的列车运行速度vk。所述的在列车运行过程中，通过列车车载雷达速度传感器，测量得到列车运行速 度的步骤为首先，在列车行驶时，雷达速度传感器通过天线向地面发射一定频率的电磁波 信号，同时接收由地面反射回来的电磁波信号。接着，比较雷达速度传感器发送的电磁波信 号的频率和接收到的电磁波信号的频率之间的差异，通过数字滤波器对其进行采样，可得 到频率差，即多普勒频率/&，其中k= 1，2，3，...为离散时间指标，根据雷达速度传感器天 线夹角设定值θ，雷达速度传感器发射的电磁波波长λ，以及采样得到的多普勒频率;^， 通过公式二㈧…/^仍的计算得到列车运行速度Vi。本发明根据列车车载雷达速度传感器的工作原理与天线夹角偏差的特征设计了 相应的诊断及补偿方法。其主要思想是当雷达速度传感器天线夹角发生偏差时，其速度测 量结果将与实际列车运行速度存在差异。而列车行驶距离是列车速度关于时间的积分，因 此当天线夹角发生偏差时，由雷达速度传感器计算得到的行驶距离与利用轨道应答器推算 出的准确行驶距离之间也存会在差异。利用天线夹角偏差量与列车行驶距离差异之间的数 学关系即可推算得到天线夹角的偏差量。本发明利用已有的轨道设备和车载设备准确有效地实现诊断列车车载雷达速度 传感器天线夹角偏差故障和校正测量的列车行驶速度的功能，保证了列车运行的安全性和 经济性。


图1为列车车载雷达速度传感器天线夹角偏差诊断方法的流程图；图2为列车车载雷达速度传感器速度读数校正方法的流程图；图3为列车车载雷达速度传感器速度读数校正方法的实施结果；
具体实施例方式如附图1、2所示，列车车载雷达速度传感器天线夹角偏差故障诊断及速度读数校 正方法包含以下步骤1)在列车运行过程中，通过列车车载雷达速度传感器，测量得到列车运行速度Vi ；
2)根据采样信号长度T和列车运行速度Vyl，利用公式h = T计算出在本采样信 号段内列车行驶的距离3)将本采样信号段内计算得到的列车行驶距离与之前的行驶距离L'进行叠 加，根据公式h得到列车的当前总行驶距离ζ，同时将L'的值设置为当前总行驶距 离I的值，以方便下一轮总行驶距离的更新计算；4)当通过轨旁应答器时，列车激活轨旁应答器并与之进行通信，获得列车的准确 定位信息，将由应答器给出的当前列车当前位置减去行车初始的定位位置，推算出当前准 确总行驶距离L ；5)根据步骤3)计算得到的当前总行驶距离Z，步骤4)推算出的当前准确总行驶 距离L和雷达速度传感器雷达天线的夹角设定值θ，通过公式&
估计得到雷达测速器天线夹角的偏差量^ ；6)根据列车车载雷达速度传感器天线夹角偏差量^和测量得到的列车运行速度
，通过公式V/C =(Vi.cos0)/cos(^ +而)获得校正后的列车运行速度vk。所述的在列车运行过程中，通过列车车载雷达速度传感器，测量得到列车运行速 度的步骤为首先，在列车行驶时，雷达速度传感器通过天线向地面发射一定频率的电磁波 信号，同时接收由地面反射回来的电磁波信号。接着，比较雷达速度传感器发送的电磁波信 号的频率和接收到的电磁波信号的频率之间的差异，通过数字滤波器对其进行采样，可得 到频率差，即多普勒频率^^，其中k= 1,2,3,..为离散时间指标，根据雷达速度传感器天 线夹角设定值θ，雷达速度传感器发射的电磁波波长λ，以及采样得到的多普勒频率，
通过公式Vi =计算得到列车运行速度&。实施例在列车运行过程中，针对三种不同的运行情况，应用本发明对天线夹角偏差进行 诊断。均三种情况分别是情况1，列车以200km/h的恒定速度通过该行驶距离；情况2，列 车以200km/h的初始速度，0. 04m/s2的加速度通过该行驶距离；情况3，列车首先以200km/h 的恒定速度通过前1500m的行驶距离，接着以的0. 04m/s2加速度通过余下的行驶距离。在 这三种运行情况下，列车均通过一段L = 3000m的行驶距离。在每种行驶情况下，本方法又 对六种不同的夹角偏差量进行诊断，本发明的具体步骤如下1.在列车行驶时，通过列车车载雷达速度传感器测量列车的速度，在测量过程中， 雷达发射波长λ = 1.24cm，天线夹角的设定值为θ =35°，根据测量得到的多普勒频率
fdk，通过公式& D/(2ec)S的即可计算得到列车的运行速度μ。2.根据采样信号长度T和测量的列车运行速度，通过公式= hi计算列车在本 采样信号内的行驶距离h，其中采样信号长度T = 54. 66ms。3.将本采样信号内的行驶距离叠加到之前的行驶距离之上，计算得到当前时刻的 总行驶距离Z。4.当列车通过轨旁应答器时，列车激活应答器使之与列车进行车底无线通信，列车获取准确的定位位置，将此时获得的位置同列车初始定位位置相减，可得准确的列车行 驶距离L = 3000m。5.将步骤3计算得到的当前时刻的总行驶距离￡，步骤4得到的准确的列车行驶 距离L以及天线夹角设定值θ，带入公式而=arccx)S[(^.cx)S0/z]-没计算得到天线夹角偏
差量而，诊断结果如表1所示。表1天线夹角偏差量故障诊断结果
权利要求
1.一种列车车载雷达速度传感器天线夹角偏差故障诊断及速度读数校正方法，其特征 在于其包含以下步骤1)在列车运行过程中，通过列车车载雷达速度传感器，测量得到列车运行速度Vi；2)根据采样信号长度T和列车运行速度V/l，利用公式Zi7计算出在本采样信号段 内列车行驶的距离“；3)将本采样信号段内计算得到的列车行驶距离h与之前的行驶距离L'进行叠加，根 据公式Z=Z/+!^得到列车的当前总行驶距离Z，同时将L'的值设置为当前总行驶距离丄的 值，以方便下一轮总行驶距离的更新计算；4)当通过轨旁应答器时，列车激活轨旁应答器并与之进行通信，获得列车的准确定位 信息，将由应答器给出的当前列车当前位置减去行车初始的定位位置，推算出当前准确总 行驶距离L ；5)根据步骤3)计算得到的当前总行驶距离Z，步骤4)推算出的当前准确总行驶距离L 和雷达速度传感器雷达天线的夹角设定值θ，通过公式而0估计得 到雷达测速器天线夹角的偏差量^ ；6)根据列车车载雷达速度传感器天线夹角偏差量&和测量得到的列车运行速度V/t，通过公式\ 获得校正后的列车运行速度vk。
2.根据权利要求1所述的一种列车车载雷达速度传感器天线夹角偏差故障诊断及速 度读数校正方法，其特征在于所述的在列车运行过程中，通过列车车载雷达速度传感器，测 量得到列车运行速度的步骤为首先，在列车行驶时，雷达速度传感器通过天线向地面发射 一定频率的电磁波信号，同时接收由地面反射回来的电磁波信号。接着，比较雷达速度传感 器发送的电磁波信号的频率和接收到的电磁波信号的频率之间的差异，通过数字滤波器对 其进行采样，可得到频率差，即多普勒频率/，其中k= 1，2，3，...为离散时间指标，根据 雷达速度传感器天线夹角设定值θ，雷达速度传感器发射的电磁波波长λ，以及采样得到 的多普勒频率/a，通过公式Vi = (/计算得到列车运行速度。
全文摘要
本发明公开了一种列车车载雷达速度传感器天线夹角偏差故障诊断及速度读数校正方法。首先，通过列车车载雷达速度传感器测量得到列车的运行速度；接着，计算在各个采样信号长度内的计算列车的行驶距离并逐步累加，得到总行驶距离；当列车通过轨旁应答器时，获得相应时刻较为准确的列车定位信息，并推算出列车准确的行驶距离；此时，比较由轨旁应答器定位信息推算得到的行驶距离和由雷达测速器测速结果计算得到的行驶距离，计算雷达速度传感器的天线夹角偏差量并校正测量得到的列车运行速度。本方法可在利用现有的轨道及列车设备的前提下，有效地对列车车载雷达速度传感器的天线夹角偏差故障进行诊断和校正，保证了测速的精确性。
文档编号G01S13/60GK102004246SQ20101028168
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者孙优贤, 徐正国, 王文海, 陆陆 申请人:浙江大学