第 2 卷第 2 期 雷 达 学 报 Vol. 2No. 2
2013 年 6 月 Journal of Radars Jun. 2013
一种车载毫米波列车防撞雷达系统研究
刘海波
*
盛蒙蒙 杨晓倩
(北京理工大学信息与电子学院雷达技术研究所 北京 100081)
摘 要:列车防撞雷达是保障铁路行车安全的一种重要设备,该文针对列车防撞应用需求中的低成本实现目标方位
角度高精度测量难题,采用了基于开关切换的数字阵列天线和频率步进高分辨波形设计方法,分析了收发天线的天
线方向图和频率步进合成宽带信号幅相误差补偿问题,并构建了一种低成本车载毫米波防撞雷达系统,进行了原理
样机外场实验。实验结果表明该样机系统达到了较高的距离分辨率和角度测量精度,可有效分辨铁轨内外目标。
关键词: 列车防撞雷达;数字阵列;频率步进信号
中图分类号: TN972; TN958 文献标识码: A 文章编号: 2095-283X(2013)02-0234-05
DOI: 10.3724/SP.J.1300.2013.20091
A Study of MMW Collision Avoidance Radar System for Trains
Liu Hai-bo Sheng Meng-meng Yang Xiao-qian
(School of Information and Electronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)
Abstract: Collision avoidance radar for trains is a prime device for transportation safety. To realize low cost and
high performance in terms of azimuth accuracy, we developed MMW (Milli-Meter Wave) radar, which employs a
switched phased array and frequency-stepped technology. In this study, we analyze the radiation patterns of
transmitting/receiving antennas and a compensation method for the amplitude/phase errors of synthetic wideband
frequency-stepped signals. To confirm the operation of the radar, low-cost MMW collision avoidance radar was
fabricated. The experiments confirmed a high azimuth and range resolution.
Key words:
Collision avoidance radar; Digital array; Frequency-stepped signal
1 引言
随着我国客运专线建设的快速发展,列车运行
速度不断提高,对列车运行安全的要求也不断提高,
现有的列控系统采用信号闭塞手段来保证行车安
全,但列控系统只能保证监测行车列车这种合作目
标,对于具有突发性、不可预测等非合作目标侵限
事件的发生不能提前预警。“甬温线”铁路交通事故
也说明,除列车控制系统之外,一套与信号系统完
全独立的,可自主工作,能全天时、全天候工作的
铁路行车安全保障系统是必要的。
防撞雷达是民用雷达技术应用的一个重要分
支,随着雷达技术的发展,防撞雷达已广泛应用于
汽车、飞机、船舶等交通系统中
[1
-
3]
。但与汽车防
撞雷达相比,铁路列车运行速度快,需要的制动距
离远,火车雷达需要更远的探测威力和更高的角度
测量精度,因而在实现手段上与汽车雷达也有所不
同。本文针对火车防撞雷达的应用背景,研究一种
2012-12-03 收到,2013-04-01 改回;2013-04-12 网络优先出版
国家自然科学基金(61101229)资助课题
*通信作者: 刘海波 haibolhb@bit.edu.cn
具有较高的距离分辨率和方位向测角精度的低成本
车载列车防撞雷达,分析讨论了基于开关切换的数
字阵列天线设计、频率步进合成宽带信号幅相误差
补偿等问题,并给出了原理样机外场实验结果。
2 基于数字阵列的列车防撞雷达系统
2.1 体制选择
对于车载毫米波列车防撞雷达,准确判别前方
一定距离的目标是否在铁轨内是一个技术难点,根
据使用方要求,要准确判别 3 km 处铁轨内外目标,
角度测量精度需达到 0.02°,为获得高的测量精度,
必须使用大孔径天线。同时在近距离上,需要在 50
m 处波束扫描范围覆盖铁轨宽度,天线扫描范围至
少满足
− 2°~2°。为了降低成本同时提高可靠性考
虑,本系统采用了收发分置天线、宽波束发射窄波
束接收、接收波束采用数字波束形成的雷达体制,
接收阵列天线经过数字波束形成窄波束,并采用数
字单脉冲方法获得高的测量精度,同时为了抑制角
闪烁问题,还采用距离高分辨技术
[4]
。
由于传统的线性调频连续波(Linear Fre-
quency Modulation Continuous Wave, LFMCW)
用于防撞雷达存在一系列技术问题
[5]
,如测量多目