平面调车雷达测距防撞方案分析.doc

无线平面调车雷达测距防撞装置 技术方案 2011年4月 目 录 一、设计依据 3 二、设计原则 3 三、系统构成 3 四、工作原理 4 五、技术先进性 5 六、关键问题的解决 6 七、系统主要技术性能指标 8 八、技术创新点 9 一、设计依据 《无线平面调车防撞雷达测距防撞装置》的设计依据是铁道行业标准《铁路平面无线调车设备技术条件》TB/T2834-2002。 二、设计原则 本研究的目的旨在提高平面调车雷达设备的自动化程度，特别是在一些工作条件和气候恶劣时，通过平面调车雷达所测的安全距离无线数传至调车机，从而实现调车时前方的安全距离由连接员手工报告，改变为机控自动实现，减轻职工的劳动强度，提高安全距离的精度。 为保护机车驾驶室接收终端符合雷达标准，在具体实施方案阶段对二者进行融合设计，即一方面合理设计硬件结构，对于雷达整各分系统的机内测试装置、本控接口、无线接口、所需监控系统及设备接口进行统一规划和配置，完成一次性设计，但在设计中要做到设计分散、控制设备模块化；另一方面对机车驾驶室软件资源也要进行统一性设计，从设计初期着眼于软件兼容性问题，这样，不但可以保证雷达测距软件的可靠性，而且增加了软件系统本身的延续性和可移植性。 三、系统构成 根据系统需求分析，系统由两个主要组成部分组成，分别为雷达测距模块和数据终端。组成框图如图3－1所示。 图3－1：平面调车防撞设备系统框图 四、工作原理 1、雷达测距模块 该模块完成远端非接触的距离探测，最大探测距离为150m（10车），距离分辨率为0.5m，并通过无线方式发送到数据终端模块。该模块的功能模块划分如图4－1所示。 图4－1：雷达测距模块组成 天线单元完成毫米波信号的收发功能，为便于设备的安装和使用，该天线采用平面天线设计。 射频收发处理单元完成发射调频连续波的生成、发送、接收、收发隔离、混频等功能。是雷达单元的核心。 数据处理单元完成距离信息的提取功能。 无线收发单元由一个无线收发模块来实现，其完成距离信息的编码发送。其与数据处理单元的接口为一个标准串行接口。 2、数据终端 该模块包括两个组成部分，一是数据接收/处理模块，另一个是风压控制输出驱动模块。 1）数据接收/处理模块 该模块完成整个设备的中心控制功能，首先完成距离信息的接收和处理（如：解码、显示等），然后通过接收的其它相关信息（如：火车速度等）经过综合判断输出设备控制码于风压控制输出驱动模块。该模块的功能模块划分如图4－2所示。 图4－2：数据接收/处理模块组成 2）风压控制输出驱动模块 该模块根据数据接收/处理模块的命令完成输出量的驱动功能。该输出接口有两种，一种是开关量，另一种是功率驱动输出接口。具体使用根据具体需要确定。 五、技术先进性 根据设计原则，结合最新技术，我们在系统方案中采用三种新技术： 1、微波测距技术 当前非接触距离测量技术有多种，如：激光测距、超声波测距、雷达测距等。其中激光测距的特点是测距精确、方向性强，但其缺点是受环境影响较为厉害，当空间可见度差（如雨天、雾天、灰尘等）时，其工作精度将受到很大的影响。由于超声波频率较低（相对于微波来讲），其测距工作受环境的影响较小，但其测距精度较差。综合考虑，利用雷达的工作原理，选取合适的工作频段可以弥补上述测距技术存在的不足，同时也可以获得较为适中的成本。 本微波测距雷达选择了24GHz的工作频点，该频点的选择充分考虑了微波信号的穿透性、抗干扰性、天线设计要求、技术的可实现性等诸多因素。在天线波束参数确定的情况下，雷达频点的选择直接决定了雷达天线的尺寸、形状等技术指标，选择24GHz的工作频率可以满足天线技术指标的要求，最终天线采用平面天线，尺寸小于105×85×11mm。 雷达的信号处理部分是整个雷达的核心，针对不同是使用环境雷达信号处理算法必须进行全面、有针对性的设计。根据该设备的具体应用环境，我们实现了针对性很强的处理算法，以保障具体使用的可靠性和准确性。 2、数字无线通信技术 本系统采用数字无线通信技术，它与模拟无线通信技术相比，有如下特点： a）数字传输的抗干扰能力强。数字通信在传输过程中，只要信噪比还没有恶化到不可收拾的程度，即能对传输脉冲的取值进行判决时，便可利用再生中继技术使传输信号再生，从而消除噪声干扰对传输质量的影响。 b）数字通信可通过校验编码，不但可以发现差错而且还能改正差错，使误码率可提高两个数量级。 c）由于数字集成电路技术日益成熟，无线数字通信设备越来越稳定、功耗低、体积小、易于使用。 六、关键问题的解决 1、雷达测距实现原理 图6-1雷达原理图 图6-1：雷达测距模块原理组成 模块包括：收发天