[發明專利]一種基于毫米波雷達的高速鐵路鋼軌沉降檢測方法和系統

在審

• 申請號: 202110985804.1
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113625269A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 李爍;丁潔瓊;楊迎澤;蔣富;劉欣;胡宏耀;劉定泉;周定岳;陳立
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88;G01S13/90
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 熊開蘭

本發明公開了一種基于毫米波雷達的高速鐵路鋼軌沉降檢測方法和系統，方法為：現場雷達通過發送調頻連續雷達信號和接收多目標場景下各目標反射回來的調頻連續雷達信號，對多目標場景下的鋼軌數據進行識別篩選；其中，現場發送的調頻連續雷達信號是由最近計算得到的沉降數據調制得到，所述鋼軌數據是指由鋼軌反射回來的調頻連續雷達信號；現場利用篩選得到的鋼軌數據，通過FFT變換與ACZT變換進行處理計算得到鋼軌當前的沉降數據；本地控制中心的雷達接收多目標反射回來的調頻連續雷達信號，從中調解出鋼軌的沉降數據。本發明對鋼軌沉降位移檢測的精度高，且鋼軌沉降檢測與通信一體化，本地控制中心實現對鋼軌沉降進行全天候實時監測。

技術領域

本發明屬于鋼軌沉降檢測領域，具體涉及一種基于毫米波雷達實現檢測與通信一體化的高速鐵路鋼軌沉降檢測方法和系統。

背景技術

高速列車對線路的平順性要求極高，鐵路鋼軌線路上局部的極小尺度的不平順就會影響高速列車的運行安全。因此，為保證鐵路運輸的安全運行，對鐵路軌道的沉降檢測變得尤為重要。

傳統的三角水準儀器測量需投入較多人力資源且工作量大，在大規模沉降檢測中不甚便捷，并且無法實現自動化監控。全球定位系統(GPS)測量，干涉測量合成孔徑雷達(InSAR)技術能滿足實時監控的要求，但是受環境因素影響時沉降測量精確度可能無法達到沉降測量標準。而且現有技術對沉降檢測與數據通信，兩者功能相互分離實現，即沉降檢測結果需要通過獨立的通信設備發出，從而需要額外的通信設備導致成本增加。

發明內容

本發明提供一種基于毫米雷達的高速鐵路鋼軌沉降檢測方法和系統，一方面能夠實現多目標場景下的鋼軌識別，另一方面實現對鋼軌在惡劣環境(灰塵，黑暗，雨雪等)中的沉降位移進行高精度測量，再一方面利用毫米雷達將沉降檢測數據實時傳輸至控制中心實現全天候的鋼軌實時監測。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于毫米波雷達的高速鐵路鋼軌沉降檢測方法，包括以下步驟：

步驟1，現場雷達通過發送調頻連續雷達信號和接收多目標場景下各目標反射回來的調頻連續雷達信號，對多目標場景下的鋼軌數據進行識別篩選；其中，現場發送的調頻連續雷達信號是由最近計算得到的沉降數據調制得到，所述鋼軌數據是指由鋼軌反射回來的調頻連續雷達信號；

步驟2，現場利用步驟1篩選得到的鋼軌數據，通過FFT變換與ACZT變換進行處理計算得到鋼軌當前的沉降數據；其中，鋼軌當前的沉降數據，在下一輪步驟1中通過對調頻連續雷達信號進行調制發送出去；

步驟3，本地控制中心的雷達接收多目標反射回來的調頻連續雷達信號，從中調解出鋼軌的沉降數據。

在更優的技術方案中，在步驟1對多目標場景下的鋼軌數據進行識別篩選，具體包括：

(1)對多目標場景下每個目標反射回來的每幀調頻連續雷達信號，分別計算其雷達橫截面積RCS；記第k個目標反射回來的第n幀調頻連續雷達信號對應的雷達橫截面積數據集為k＝1,…K，n＝1,…,N，K表示多目標場景下的目標個數，N表示每次提取特征所需要的調頻連續雷達信號幀數，T表示每一幀內的采樣點數；

(2)針對每個目標每幀調頻連續雷達信號所對應的雷達橫截面積均提取其特征向量M表示特征向量的維度，即特征向量中的特征個數；則第k個目標所有T幀調頻連續雷達信號對應的特征向量，可表示為特征矩陣為：

(3)針對每個目標均按照上述(1)(2)獲取若干特征矩陣作為訓練樣本，使用所有目標的所有訓練樣本訓練DAG-SVM分類器；

(4)對實時接收到的未知目標反射的調頻連續雷達信號，按照上述(1)(2)獲取特征矩陣，使用訓練得到的分類器進行目標分類，從所有接收到的調頻連續雷達信號中篩選出目標為鋼軌的調頻連續雷達信號。