1、無線平面調車防撞雷達技術資料無線平面調車雷達測距防撞裝置技術方案2011年4月目錄一、設計依據 3二、設計原則3三、系統構成3四、工作原理4五、技術先進性5六、關鍵問題的解決 6七、系統主要技術性能指標 8八、技術創新點 99一、設計依據無線平面調車防撞雷達測距防撞裝置的設計依據是鐵道行業標準鐵 路平面無線調車設備技術條件 TB/T2834-2002。二、設計原則本研究的目的旨在提高平面調車雷達設備的自動化程度，特別是在一些工作條件和氣候惡劣時，通過平面調車雷達所測的安全距離無線數傳至調車機，從而實現調車時前方的安全距離由連接員手工報告，改變為機控自動實現，減輕職工的勞動強度，提高安全距離的精

2、度。為保護機車駕駛室接收終端符合雷達標準，在具體實施方案階段對二者進 行融合設計，即一方面合理設計硬件結構，對于雷達整各分系統的機內測試裝置、 本控接口、無線接口、所需監控系統及設備接口進行統一規劃和配置，完成一次性設計，但在設計中要做到設計分散、控制設備模塊化；另一方面對機車駕駛室 軟件資源也要進行統一性設計，從設計初期著眼于軟件兼容性問題， 這樣，不但 可以保證雷達測距軟件的可靠性，而且增加了軟件系統本身的延續性和可移植 性。三、系統構成根據系統需求分析，系統由兩個主要組成部分組成，分別為雷達測距模塊 和數據終端。組成框圖如圖3- 1所示。/無線通信Iiim m mi iiim iiimi

3、 tin vbm 介質i數據終端雷達測距模塊數據接收/處理風壓控制輸出驅: :-丄人輸出*模塊4動模塊-M 接口相關信息輸入接口圖3- 1:平面調車防撞設備系統框圖 四、工作原理1、雷達測距模塊該模塊完成遠端非接觸的距離探測，最大探測距離為150m（ 10車），距離分辨率為0.5m，并通過無線方式發送到數據終端模塊。該模塊的功能模塊劃分如 圖41所示。圖4 1:雷達測距模塊組成天線單元完成毫米波信號的收發功能，為便于設備的安裝和使用，該天線采 用平面天線設計。射頻收發處理單元完成發射調頻連續波的生成、發送、接收、收發隔離、混 頻等功能。是雷達單元的核心。數據處理單元完成距離信息的提取功能。無線

4、收發單元由一個無線收發模塊來實現，其完成距離信息的編碼發送。其 與數據處理單元的接口為一個標準串行接口。2數據終端該模塊包括兩個組成部分，一是數據接收 /處理模塊，另一個是風壓控制輸 出驅動模塊。1）數據接收/處理模塊該模塊完成整個設備的中心控制功能，首先完成距離信息的接收和處理（如: 解碼、顯示等），然后通過接收的其它相關信息（如：火車速度等）經過綜合判 斷輸出設備控制碼于風壓控制輸出驅動模塊。該模塊的功能模塊劃分如圖4 2所示。RS232 接口圖4 - 2:數據接收/處理模塊組成2）風壓控制輸出驅動模塊該模塊根據數據接收/處理模塊的命令完成輸出量的驅動功能。該輸出接口 有兩種，一種是開關量

5、，另一種是功率驅動輸出接口。具體使用根據具體需要確 定。五、技術先進性根據設計原則，結合最新技術，我們在系統方案中采用三種新技術：1、微波測距技術當前非接觸距離測量技術有多種，如：激光測距、超聲波測距、雷達測距等。其中激光測距的特點是測距精確、方向性強，但其缺點是受環境影響較為厲 害，當空間可見度差（如雨天、霧天、灰塵等）時，其工作精度將受到很大的影 響。由于超聲波頻率較低（相對于微波來講），其測距工作受環境的影響較小， 但其測距精度較差。綜合考慮，利用雷達的工作原理，選取合適的工作頻段可以 彌補上述測距技術存在的不足，同時也可以獲得較為適中的成本。本微波測距雷達選擇了 24GHz的工作頻點，

6、該頻點的選擇充分考慮了微波 信號的穿透性、抗干擾性、天線設計要求、技術的可實現性等諸多因素。在天線 波束參數確定的情況下，雷達頻點的選擇直接決定了雷達天線的尺寸、形狀等技術指標，選擇24GHz的工作頻率可以滿足天線技術指標的要求， 最終天線采用平 面天線，尺寸小于105X 85 x 11mm雷達的信號處理部分是整個雷達的核心，針對不同是使用環境雷達信號處理算法必須進行全面、有針對性的設計。根據該設備的具體應用環境，我們實現 了針對性很強的處理算法，以保障具體使用的可靠性和準確性。2、數字無線通信技術本系統采用數字無線通信技術，它與模擬無線通信技術相比，有如下特點：a）數字傳輸的抗干擾能力強。數

7、字通信在傳輸過程中，只要信噪比還沒有 惡化到不可收拾的程度，即能對傳輸脈沖的取值進行判決時，便可利用再生中繼 技術使傳輸信號再生，從而消除噪聲干擾對傳輸質量的影響。b）數字通信可通過校驗編碼，不但可以發現差錯而且還能改正差錯，使誤 碼率可提高兩個數量級。c）由于數字集成電路技術日益成熟，無線數字通信設備越來越穩定、功耗 低、體積小、易于使用。六、關鍵問題的解決1、雷達測距實現原理圖6-1雷達原理圖距離信息輸出圖6-1 :雷達測距模塊原理組成模塊包括：收發天線、環行器、 VCQ混頻器、A/D轉換和數據處理等六部 分。（1）信號發射/接收單元壓控振蕩器（VCO在數據處理部分編碼產生的三角波電壓控制

8、下，產生調 頻連續波信號經天線向外輻射。由于本系統利用雷達回波信號來測量距離，對發射信號的頻率穩定性和線性度要求很高，因此采用集成微波組件作為發射/接收單元?；夭ㄐ盘柵c發射波信號進行混頻，得到中頻差拍信號并輸出。（2）回波信號放大、濾波單元由于發射/接收單元的發射功率較小，當信號在空中傳播時，能量減弱的很 快，到達目標并反射的雷達回波信號功率非常小，需要進行足夠的放大才能進行后續處理。因此回波信號先經過高增益對數放大器進行放大， 再經過隔離、濾波、 放大后送至A/D轉換器。（3）A/D轉換單元數據處理部分只對數字信號進行處理。因此，要對模擬信號首先進行A/D轉換，然后再把數據送到數據處理部分進

9、行處理。（4）數據處理部分數據處理部分利用ARM處理芯片來實現，利用ARM作為處理器首先可以滿 足低功耗的要求，同時ARM處理器也完全可以適應該雷達數據處理速度的要求。數據處理部分根據混頻后所得中頻的上限、下限頻率、調頻帶寬和調頻周 期等信息計算出物體的相對距離。 具體采用頻域分析方法，利用快速FFT把時域 信號轉換到頻域，從而獲得計算距離信息的量。2、工作頻率的選擇在雷達的工作頻段方面，針對我國的實際國情，選擇 24GHz這一頻段用于 雷達測距較為適宜，因為我國對于器件的理論研究和相應的制造能力尚可， 應用 可行性強。3、天線測距雷達的天線要求做到成本低，性能高，便于安裝，同時體積要盡可能的

10、小，故天線采用收發合置方案。天線采用平面天線，尺寸約為300x220X10mm4、信號處理功能實現設備包含的信號處理部分有：信號編碼/解碼和數據處理等。考慮設備的便 攜性和低功耗等特性，信號處理部分選擇基于ARM處理器的處理單元或嵌入式平 臺。基于ARM勺嵌入式處理環境具有低功耗、便于小型化、外設接口豐富、便于 擴展等特性。該設備中的信號編碼單元只需要 ARM處理器配以簡單的接口即可實現其功 能。解碼與數據處理單元相對復雜，其主要包括：處理器、顯示屏、鍵盤、相應 的接口等?；贏RM勺豐富接口資源，實現過程并不復雜。5、無線數據傳輸功能根據本設備的特點，其需要傳輸的數據量不大，選擇標準的 96

11、00bps通信 速率即可滿足系統的數據傳輸需要。目前該類數據傳輸模塊已經非常成熟。 不需 要進行技術開發工作。&輸出驅動功能實現該功能完成設備控制輸出與被驅動設備的接口功能。設計過程要根據具體 的被驅動設備接口的種類、數量等具體要求來實現。一般來講無非包括：開關量、 電流驅動、電壓驅動等幾種，實現技術也比較成熟，不存在技術難點。七、系統主要技術性能指標1、雷達測距模塊性能指標與參數選擇(1) 工 作頻率：24GHz(2) 頻帶寬度：300MHz(3) 發射功率：30mW(4) 作用距離:150m ;(5) 距離分辨率:0.5m ;(6) 調制方式:FMCW(7) 體積：105X35X11mm(8) 重量:1.5Kg ;(9) 電源：+12V, 10W2、終端參數（1）咼亮度數碼顯示屏；（2）RS232通信接口，通信速率為 9600bps；（3）4 路 DI/DO;（4）距離信息