基于自适应卡尔曼滤波的机车雷达测速方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN104635231A(43)申请公布日2015.05.20(21)申请号201510076008.0(22)申请日2015.02.12(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号(72)发明人苏涛靳标何学辉吴凯吴惠阳(74)专利代理机构西安睿通知识产权代理事务所(特殊普通合伙)61218代理人惠文轩(51)Int.Cl.G01S13/92(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图5页(54)发明名称基于自适应卡尔曼滤波的机车雷达测速方法(57)摘要本发明属于雷达近场测量技术领域，特别涉及基于自适应卡尔曼滤波的机车雷达测速方法，其具体步骤为：(1)计算回波的功率谱；(2)抑制低频干扰；(3)利用频谱重心法预估机车多普勒频率；(4)进行雷达位置自校准与速度解算；(5)利用自适应卡尔曼滤波器进行滤波；(6)机车速度输出。本发明可实现机车速度的实时测量，测量速度无滞后，测量精度高。CN104635231ACN104635231A权利要求书1/3页1.基于自适应卡尔曼滤波的机车雷达测速方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在机车静止时，在机车底部安装测速雷达；测速雷达具有前后两个天线，前天线朝向机车的前方，后天线朝向机车的后方；步骤2，当机车开始运行后，测速雷达向外发射信号，在k时刻前天线和后天线分别获取对应的回波数据，k＝1,2,...；根据k时刻前天线和后天线分别获取对应的回波数据，得出k时刻前天线回波数据的功率谱和k时刻后天线回波数据的功率谱；步骤3，根据k时刻前天线回波数据的功率谱和k时刻后天线回波数据的功率谱，得出k时刻前天线回波数据的功率谱包络区域的频点重心fd1,k、以及k时刻后天线回波数据的功率谱包络区域的频点重心fd2,k；得出k时刻前天线与水平面的夹角θ1,k、以及k时刻后天线与水平面的夹角θ2,k；得出k时刻前天线得到的机车速度观测值z1,k、以及k时刻后天线得到的机车速度观测值z2,k：其中，λ表示测速雷达发射信号的载波波长；得出k时刻机车速度观测值zk，如果k≤3，则k时刻机车速度的估计值vk＝zk，机车雷达测速过程完毕，否则，则转至步骤4；步骤4，当k≥4时，根据k-1时刻机车的运动状态矢量xk-1，得出k时刻机车的运动状态的预测矢量k-1时刻机车的运动状态矢量xk-1是3行的列向量，k-1时刻机车的运动状态矢量的元素为k-1时刻机车的速度、k-1时刻机车的加速度和k-1时刻机车的加加速度；设置k时刻增益矩阵Kk，Kk是大小为3×1的矩阵；得出k时刻机车的运动状态矢量xk，H＝[100]；得出k时刻机车速度的估计值vk，vk为k时刻机车的运动状态矢量xk的第1个元素。2.如权利要求1所述的基于自适应卡尔曼滤波的机车雷达测速方法，其特征在于，在步骤2中，对k时刻前天线获取的回波数据进行N点傅里叶变换和求模平方运算，得到k时刻前天线回波数据的功率谱；对k时刻后天线获取的回波数据进行N点傅里叶变换和求模平方运算，得到k时刻后天线回波数据的功率谱。3.如权利要求2所述的基于自适应卡尔曼滤波的机车雷达测速方法，其特征在于，在步骤3中，得出k时刻前天线回波数据的功率谱包络区域的频点重心fd1,k、以及k时刻后天线回波数据的功率谱包络区域的频点重心fd2,k的过程为：分别对k时刻前天线回波数据的功率谱和后天线回波数据的功率谱进行对数加权处理，k时刻前天线回波数据中第i个频点对应的功率谱幅度的对数加权处理后结果Ef(i)k为：Ef(i)k＝Pf(i)k·log2(i)，i＝1,2,...,N，N表示对回波数据进行傅里叶变换的点数；Pf(i)k表示k时刻前天线回波数据中第i个频点对应的功率谱幅度；k时刻后天线回波数据中第i个频点对应的功率谱幅度的对数加权处理后结果Eb(i)k为：Eb(i)k＝Pb(i)k·log2(i)，Pb(i)k表示k时刻后天线回波数据中第i个频点对应的功率谱幅度；2CN104635231A权利要求书2/3页利用以下公式得出k时刻前天线回波数据的功率谱包络区域的频点重心fd1,k、以及k时刻后天线回波数据的功率谱包络区域的频点重心fd2,k：其中，f(i)表示回波数据的功率谱的第i个频点。4.如权利要求1所述的基于自适应卡尔曼滤波的机车雷达测速方法，其特征在于，在步骤3中，根据以下方程组，得出k时刻前天线与路面的夹角θ1,k、以及k时刻后天线与路面的夹角θ2,k：其中，θ表示前天线的法线方向与后天线的法线方向的夹角。5.如权利要求1所述的基于自适应卡尔曼滤波的机车雷达测速方法，其特征在于，所述步骤4的具体子步骤为：T(4.1)当k＝4时，得出k-1时刻机车的运动状态矢量xk-1，xk-1＝[v3a