[发明专利]基于雷达近场回波功率谱特征的机车速度测量系统及方法

权利要求书

1.一种基于雷达近场回波功率谱特征的机车速度测量系统，包括：

选择采样率模块，用于选择采样率，以保证测量速度值的相对误差满足机车测 速要求，并将所选的采样率数据送给频谱重心法预估计速度模块；

频谱重心法预估速度模块，用于预估计雷达的两个天线各自的回波功率频谱重 心位置对应的机车速度，并将前后天线对应的预估计速度送入速度校正模块；

速度校正模块，用于对前后天线对应的预估计速度进行校正，得到单个天线对 机车速度的初次无偏估计，并将两个天线各自校正后的速度送入抗天线波束角度误 差模块；

抗天线波束角度误差模块，用于对雷达的前后天线波束中心的角度偏差带来的 测速误差进行校正，实现对机车速度的无偏测量，得到最终的速度测量结果。

2.一种基于雷达近场回波功率频谱特征的机车速度测量方法，包括如下过程：

(1)选择采样率为最大采样率的十分之一进行采样，对采样数据进行FFT运 算，分别得到前天线和后天线的回波功率频谱；

(2)利用下式分别计算前后天线的回波功率包络对应的频谱区域内的重心，

fb=ΣfiEiΣEi---1)]]>

其中，E_i为回波功率频率f_i对应的功率幅度，f_i为回波功率频率，它在最小和 最大频率范围(f_min，f_max)内取值；

(3)将步骤(2)估计的前后天线回波功率谱的重心对应的速度乘以校正因子 k，分别得到采用前后天线的回波功率谱对机车速度的初次无偏估计，校正因子的 求解公式为

k=cosα·ΣE(θi)Σcosθi·E(θi),---2)]]>

式中，α是天线的波束中心方向与水平面夹角，θ_i为离散化的天线波束方向与水平 面的夹角，θ_i在天线3dB波束宽带范围内，即(θ_min，θ_max)内取值，E(θ_i)为天线在波 束角度θ_i上的增益；

(4)通过下式对前天线的初次无偏估计速度进行二次校正，得到利用前天线对 机车速度的最终测量结果，

vA=12λ·fd1·tg2α1+1---3)]]>

其中，λ为发射波波长，α₁为前天线的波束中心方向与水平面的夹角，f_d1为前 天线的初次无偏估计速度对应的频率；

(5)通过下式对后天线的初次无偏估计速度进行二次校正，得到利用后天线对 机车速度的最终测量，

vB=12λ·fd2·tg2α2+1---4)]]>

其中，α₂为后天线的波束中心方向与水平面的夹角，f_d2为后天线的初次无偏估 计速度对应的频率；

(6)将前后天线对应的最终测量速度取平均值，得到对当前时刻机车速度的最 终测量结果；

v=vA+vB2---5)]]>

(7)根据步骤(6)测量的当前时刻的机车速度，按照机车要求的测速相对误 差选择下一时刻的采样频率，并对采样的数据进行FFT运算，分别得到前天线和后 天线的在下一时刻的回波功率频谱；

(8)循环执行步骤(2)至步骤(7)，实现对机车速度的实时测量。