對于雙雷達(dá)聯(lián)合測速系統(tǒng)的研究

榮夫博

摘要：在過去我們測速的時候，更多的使用是單雷達(dá)測速系統(tǒng)。可以說，單雷達(dá)測速系統(tǒng)再過去是十分普遍的。但是由于受到一些不穩(wěn)定的因素，比如車輛顛簸，惡劣天氣等因素影響，會使測量的結(jié)果不夠精確。因此我們考慮使用雙雷達(dá)測速。搭建雙雷達(dá)測速系統(tǒng)并通過這樣的方式與單雷達(dá)測速系統(tǒng)進(jìn)行比較，從而發(fā)現(xiàn)雙雷達(dá)聯(lián)合測速系統(tǒng)具有更好的優(yōu)越性。在測量時更加精準(zhǔn)，同時準(zhǔn)確性更高。本文通過對雙雷達(dá)聯(lián)合測速系統(tǒng)進(jìn)行研究，為提高未來雷達(dá)測速系統(tǒng)的精確度提供一個良好的方案。

關(guān)鍵詞：雙雷達(dá);聯(lián)合測速;系統(tǒng);研究

1.引言：

隨著社會的不斷發(fā)展，交通運(yùn)輸業(yè)不斷發(fā)達(dá)。火車成為當(dāng)前運(yùn)輸?shù)闹匾煌üぞ撸疖囘\(yùn)輸存在許多優(yōu)越性，比如可以運(yùn)輸更多的貨物，同時成本更低。由于軌道固定，穩(wěn)定性更好，火車運(yùn)輸成為當(dāng)前很多國家作為主要的交通運(yùn)輸工具。列車控制系統(tǒng)是列車行進(jìn)過程中十分關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，通過控制系統(tǒng)能夠有效的控制列車的行進(jìn)速度。從而保障列車能夠安全有序的運(yùn)行。而這套系統(tǒng)有一項(xiàng)十分重要的環(huán)節(jié)，那就是雷達(dá)測速系統(tǒng)。通過雷達(dá)測速系統(tǒng)能夠更好地掌握當(dāng)前車輛行駛的情況。列車的雷達(dá)測速系統(tǒng)能夠更精準(zhǔn)的掌握車輛的具體情況，當(dāng)車輛出現(xiàn)故障時，能夠更快的做出反應(yīng)，保障車輛能夠安全運(yùn)行。因此該系統(tǒng)是列車的核心之一。雷達(dá)測速體系精準(zhǔn)度十分高。能夠察覺到很多細(xì)微的變化，因此在技術(shù)上存在很大的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前很多列車的系統(tǒng)都用的是單雷達(dá)測速系統(tǒng)。當(dāng)列車存著很多不穩(wěn)定因素，比如顛簸運(yùn)行障礙的時候，往往會存在測量不精準(zhǔn)的情況，因此會造成很大的誤差。在測量起來會存在很大的不足。正因如此，我們考慮通過使用雙雷達(dá)聯(lián)合存儲系統(tǒng)來進(jìn)行測量。以此來提高測量的精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性。在實(shí)際工作中，通過雙雷達(dá)聯(lián)合操作系統(tǒng)進(jìn)行測量，確實(shí)存在很大的優(yōu)越性。這個系統(tǒng)能夠更好的測量數(shù)據(jù)，并如實(shí)反饋，能夠更好的抗干擾。通過使用聯(lián)合測速系統(tǒng)，能夠提升系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng)性，從而更好的監(jiān)測列車的相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.雙雷達(dá)聯(lián)合測速原理

2.1雷達(dá)測速基本原理

當(dāng)我們開始進(jìn)一步探討雷達(dá)測速基本原理的時候，應(yīng)當(dāng)首先考慮到多普勒效應(yīng)，因?yàn)槎嗥绽招?yīng)，對于我們研究雷達(dá)測速有著十分關(guān)鍵的作用。通過雷達(dá)測速，我們可以更高效的測量列車行進(jìn)的時速。將測速儀安裝在列車內(nèi)通過電磁波的反射來測量出真實(shí)數(shù)據(jù)。由于該系統(tǒng)的發(fā)射波與反射波存在一定的差距，而這樣的差距也進(jìn)一步的可以幫助我們獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，以此來測量列車行進(jìn)的速度。列車在運(yùn)行的時候，兩個波頻率是存在很大差異的。當(dāng)列車運(yùn)行速度越快的時候，兩者之間的差距就越來越大，通過測量可以得出列車實(shí)際的行進(jìn)速度，同時通過多普勒效應(yīng)以及相對應(yīng)的公式，可以測出并且計(jì)算出真實(shí)的數(shù)據(jù)。

當(dāng)車輛顛簸的時候，往往會讓測量結(jié)果存在很大的誤差，進(jìn)而導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)。那么針對以上問題，可以通過雙雷達(dá)聯(lián)合輸出系統(tǒng)予以解決。雙雷達(dá)測距系統(tǒng)傳感器內(nèi)可以配置兩個相關(guān)軟件。然后對兩個模塊所采集的不同信號來進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析。從而進(jìn)一步的減少之前數(shù)據(jù)的誤差。更好的測出正確的數(shù)據(jù)。

2.2 雙雷達(dá)聯(lián)合測速

由于汽車顛簸的時候，單雷達(dá)測速系統(tǒng)無法更加精準(zhǔn)的測出車輛行進(jìn)的速度。因此，我們采用雙雷達(dá)測速系統(tǒng)進(jìn)行測量，以減少誤差的產(chǎn)生。通過雷達(dá)高度差進(jìn)行測量。用兩部雷達(dá)進(jìn)行測速，根據(jù)雷達(dá)垂直高度的差距，可以得出車輛的行進(jìn)速度。進(jìn)一步的減少誤差。更好的彌補(bǔ)車輛因?yàn)轭嶔ぴ趷毫犹鞖庀滦羞M(jìn)時，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)差。

我們可以通過以下方法來測量車輛實(shí)際行進(jìn)的速度，通過雙雷達(dá)系統(tǒng)更加精準(zhǔn)的獲取。假設(shè)兩個雷達(dá)的垂直高度是H1 以及H2，雷達(dá) 1 測 得的斜距為 R1，通過進(jìn)一步測量，多普勒頻移量為 fd1;雷達(dá) 2 測得的斜距是 R2，與之前算法相同，測得的多普勒頻移量為fd2。

通過以上公式，進(jìn)一步求出相關(guān)數(shù)據(jù)。通過對雙雷達(dá)聯(lián)合測速的提供數(shù)據(jù)與單雷達(dá)所測速提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對。發(fā)現(xiàn)雙雷達(dá)聯(lián)合測速更具優(yōu)勢。

3.雙雷達(dá)聯(lián)合測速系統(tǒng)構(gòu)成及優(yōu)點(diǎn)

雙雷達(dá)聯(lián)合測速系統(tǒng)與單雷達(dá)聯(lián)合測速系統(tǒng)最大的不同是通過兩個雷達(dá)進(jìn)行收發(fā)信息。通過兩個雷達(dá)進(jìn)行數(shù)據(jù)的調(diào)控，可以更精準(zhǔn)的測量相關(guān)數(shù)據(jù)。兩個雷達(dá)在工作的時候，在接收信息指令時，能夠同時開工。更精準(zhǔn)的測量出信號波形。通過兩個雷達(dá)所接收到的信號，進(jìn)一步提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的可靠性。與此同時，可以讓芯片的體積更小。當(dāng)芯片體積小的時候，就可以進(jìn)一步提高雷達(dá)測速的穩(wěn)定性。從而實(shí)現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)優(yōu)化。綜上所述，雙雷達(dá)測距系統(tǒng)具有比單雷達(dá)測速系統(tǒng)更精準(zhǔn)的優(yōu)越性。

雙雷達(dá)測速系統(tǒng)的天線采用的是陣列天線。這樣的天線具有很多優(yōu)點(diǎn)，可以占據(jù)更小的空間，進(jìn)一步減小數(shù)據(jù)的誤差。并且由于其設(shè)計(jì)的特性，讓這樣的設(shè)備能夠更好的滿足在惡劣環(huán)境中使用。由于其質(zhì)量比較輕，也可以進(jìn)一步減小數(shù)據(jù)誤差。通過接口對設(shè)備進(jìn)行控制，更好的采集相關(guān)數(shù)據(jù)以及完善系統(tǒng)的優(yōu)化。在一定條件下，雙雷達(dá)操作系統(tǒng)能夠更好地滿足車輛在高速行駛以及顛簸的情況下，對速度的采集。并且經(jīng)過公式的計(jì)算。來獲取更加準(zhǔn)確的信息，滿足未來在車輛行駛時，發(fā)生故障所需要的數(shù)據(jù)分析。因此，在未來，應(yīng)當(dāng)更加重視對雙雷達(dá)聯(lián)合測速系統(tǒng)的研究，這將是未來測速系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。

4系統(tǒng)測速精度分析

4.1多普勒頻移量估計(jì)誤差

通過雙雷達(dá)測速系統(tǒng)和單雷達(dá)測速系統(tǒng)所采集信息進(jìn)行比對。進(jìn)一步獲取兩個不同的系統(tǒng)在測速時所產(chǎn)生的誤差。從而更精準(zhǔn)的分析數(shù)據(jù)，探討存在差異的原因。

通過圖片以及公式，我們可以發(fā)現(xiàn)。多普勒頻率的數(shù)據(jù)存在誤差。是由于公式計(jì)算造成的。圖片所展現(xiàn)的是雙雷達(dá)聯(lián)合測速系統(tǒng)測算結(jié)果。通過數(shù)據(jù)的不斷比對以及對誤差的考量。進(jìn)一步分析存在誤差的原因。當(dāng)該數(shù)據(jù)誤差相同時，安裝位置不同的雷達(dá)系統(tǒng)所產(chǎn)生的誤差也不同。安裝位置比較高的雷達(dá)系統(tǒng)誤差會更加小。而在雙雷達(dá)聯(lián)合測速系統(tǒng)中，測速的誤差往往會與單雷達(dá)測速系統(tǒng)不同。因?yàn)殡p雷達(dá)測速系統(tǒng)通過兩個雷達(dá)進(jìn)行測速。讓雷達(dá)之間的傾斜角更小。穩(wěn)定性更大，而波動更加平緩，從圖片可以看出，曲線是十分平緩的。這也是造成雙雷達(dá)測速系統(tǒng)與單雷達(dá)測速系統(tǒng)產(chǎn)生結(jié)果不同的原因。通過圖片展示，我們不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)雷達(dá)測速系統(tǒng)在車輛速度不斷加快的時候，往往會存在誤差越來越大的趨勢，而雙雷達(dá)測速系統(tǒng)在列車高速運(yùn)行時，誤差發(fā)展更加平緩，只有當(dāng)速度更快的時候，才會產(chǎn)生更大的誤差。這也進(jìn)一步證明了，雙雷達(dá)測速系統(tǒng)比單雷達(dá)測速系統(tǒng)更加精準(zhǔn)，數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。

4.2 雷達(dá)垂直高度偏差

單部雷達(dá)測速首先需要精準(zhǔn)地測量雷達(dá)垂直高度。然而，實(shí)際上雷達(dá)天線的相位中心通常并不是天線的幾何中心，且列車在運(yùn)行時會不可避免地產(chǎn)生顛簸振動，致使雷達(dá)垂直高度 H 隨之變化，從而導(dǎo)致極大的測量誤差。由于雙雷達(dá)聯(lián)合操作系統(tǒng)與單里達(dá)聯(lián)合測速系統(tǒng)不同雙雷達(dá)聯(lián)合測速系統(tǒng)，垂直高度差更小。因此，不需要進(jìn)一步測量單部雷達(dá)的垂直高度。進(jìn)一步的減少測量的誤差。當(dāng)然，單雷達(dá)測速系統(tǒng)只有一個雷達(dá)進(jìn)行測速，往往會因?yàn)榇怪备叨炔罹啾容^大而引起數(shù)據(jù)差異。造成數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。因此雙雷達(dá)測速系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)比對能夠更加精準(zhǔn)地反映出列車真實(shí)的行進(jìn)速度。

總結(jié)：

通過對雙雷達(dá)測速系統(tǒng)與單雷達(dá)測速系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以及實(shí)際情況的模擬，我們不難看出，雙雷達(dá)測速系統(tǒng)在測量列車行進(jìn)速度的時候，能夠比單雷達(dá)測速系統(tǒng)測速時更加穩(wěn)定，數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)。在未來，雙雷達(dá)測速系統(tǒng)必然是未來測速系統(tǒng)發(fā)展的趨勢，也是研究關(guān)注的焦點(diǎn)。也正因如此，我們在設(shè)計(jì)雙雷達(dá)聯(lián)合操作系統(tǒng)時，可以通過高性能的集成電路來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的不斷優(yōu)化。從而為未來雷達(dá)測試系統(tǒng)的高精度發(fā)展提供新的可能和更好的解決方案。

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