[发明专利]一种高速轨道交通网络雷达系统

说明书

本发明公开了一种高速轨道交通网络雷达系统；本发明充分结合现代无线传感网络、网络通信、无线通信与卫星通信、云计算处理的新型轨道交通网络雷达系统。本发明采用在沿道轨接触网支柱上设置无线传感器，将感知信息通过无线信道或链路与云平台和机车终端相连接，以构成适用于电力轨道车辆的主动道轨障碍探测系统。用于障碍探测的传感器包括可见光、线外和雷达探测器。本发明具有全天候运行能力，且对障碍物具有适当的辨识能力和定位精度；基本不受轨道周边环境的影响，并具备探测弯曲轨道至视距外的能力，具备足够远的探测距离；具有应对突发情况的响应速度。

技术领域

本发明属于一种雷达系统，具体涉及一种一种高速轨道交通网络雷达系统。

背景技术

轨道交通是现代文明的四大主要交通和运输工具之一，随着轨道交通运行速度的不断提升，单纯依赖轨道交通信号系统和机车驾驶员目视观察等手段已难于适应现代轨道交通对于高速运行车辆安全保障的要求。

从早期铁路信号系统演化发展而来的，建立在巡道、监控、信号、通信、自动控制和运行图基础上的现代轨道通通运行系统，能够很好地实现轨道交通系统和车辆的正常运行。然而，对于突发情况和恶劣气候环境中运行中的轨道车辆，依然存在极大安全隐患。

道轨上的障碍物或道轨故障会使运行中的轨道交通机车面临撞击和脱轨的巨大危险，轨道车辆不具备规避路轨上障碍物的能力，在路轨限制下只能采用制动停车来避免生命财产损失。由于高速运行机车的巨大动量，所需的制动距离往往超过机车驾驶员的目视距离，如图1所示。例如，以每小时350公里运行的高速铁路车组，其制动距离高达4.6公里。

在轨道交通发展早期，由于机车运行速度有限，巡道、目视观察和信号系统是轨道交通运行车辆的主要安全保障手段。随着轨道交通在运行速度方面的突破，现有手段已难以适应高速运行轨道车辆对轨道障碍物安全距离外主动探测的要求。在能见度十分有限的恶劣气候条件下，不具备主动探测手段的高速运行轨道车辆，几乎处于盲运行的危险状态。因而，实现具备适应现代高速运行轨道交通特点的主动探测系统具有十分紧迫的实际意义。

在机车上加装探测设备，使其具备主动探测能力，是对现有信号系统影响最小的首选方案。人们对于轨道交通这种特定场景下的主动障碍探测技术的研究进行了许多尝试，这些研究包括：轨道声表面波探测、轨道电磁表面波探测、高分雷达探测、泄露波导或电缆及红外成像探测等。

沿钢轨传输的声表面波具有随轨道传播和较小衰减的特点，可用于沿轨道进行障碍探测，是人们最早研究的技术方案。但是，由于沿轨道传输的超声波能量主要集中于钢轨内部，其对于周边障碍的灵敏度远不如对钢轨本身缺陷的响应，它对于钢轨上的障碍物或钢轨缺陷较实用，但对于钢轨间其它障碍的的探测能力十分有限。另一方面，因这种技术需由机车实现信号收发，使其在探测距离、灵敏度、道口识别和抗干扰等方面存在不足，因而难以达到实用化水平。

人们在上世纪60年代初期曾致力于研究沿轨道传输的表面电磁波，并期望将其应于轨道运行从而构成主动探测雷达。但因其实际路基、道轨尺寸和材料构成导致电磁场模式的稳定困难和传输损耗过大，使其很快丧失了对人们的吸引力。

近年来，印度研究了一种称为Tri-netra的红外铁路雷达系统，其探测距离为2－3公里，据称可及时探测出前方铁轨上倒伏的树、巨石以及轨道的损坏，并提前向列车司机发出警告。显然，红外系统对于极端温度环境的宽容度有限和车载主动雷达对弯道附近遮挡处理能力存在先天不足(如图2所示)。同时，其有效探测距离亦无法满足高速轨道车辆的要求，使其无法充分满足人们对轨道雷达探测能力的期望。

将高分辨率雷达结合图像处理，是将现代雷达信号处理技术用于轨道交通障碍探测的又一种发展途径。但由于雷达信号视距探测的固有缺陷，造成其对于弯曲路轨周边遮挡处理能力的先天不足，以及设备投入和维护成本巨大，使其难以获得推广应用。