基于融合網(wǎng)絡架構的鐵路異物侵限及自然災害預警系統(tǒng)研究.pdf

1、高鐵的不斷提速對高鐵運行安全提出了更高的需求，如何對高鐵沿線環(huán)境的異物侵限和滑坡、泥石流等自然災害進行監(jiān)測和安全預警備受關注。而與此同時，為滿足未來鐵路無線通信系統(tǒng)快速增長的容量需求，國際鐵路聯(lián)盟(UIC)已經(jīng)確定了GSM-R向基于LTE的高鐵無線通信系統(tǒng)的演進戰(zhàn)略。由于毫米波頻段擁有帶寬非常寬且較為“空白”的非授權頻段，毫米波無線通信領域的研究將會持續(xù)成為無線通信領域的研究熱點之一。另一方面，毫米波頻段在雷達探測中也扮演著重要的角色。

2、基于此，本論文提出一種鐵路場景下毫米波探測與通信融合的基于LTE的網(wǎng)絡架構。該網(wǎng)絡架構在原有LTE基礎上融合了毫米波探測和毫米波通信功能，利用大帶寬非許可證毫米波頻段，為構建基于現(xiàn)有通信網(wǎng)絡基礎設備的雷達監(jiān)測系統(tǒng)提供一種高性價比的手段，同時能夠為列車提供高容量無線通信服務。對于雷達監(jiān)測系統(tǒng)，為了提高探測準確性，減少虛警的發(fā)生，本論文對異物侵限及自然災害探測點跡處理方法進行了研究。基于融合網(wǎng)絡架構，本論文針對鐵路異物侵限及自然災害的實際需

3、求設計了預警系統(tǒng)，確保預警信息的及時性和準確性，為高鐵的安全行駛提供了一種方案。
　　對于毫米波探測與通信融合的網(wǎng)絡架構，論文首先研究了BBU(Building BasebandUnit)池+RRU(Radio Remote Unit)云無線接入方案、網(wǎng)絡覆蓋方案和頻段選擇，然后對雷達探測系統(tǒng)進行了研究，最后對融合網(wǎng)絡架構的性能進行仿真分析。BBU池+RRU云無線接入方案使連接到同一個BBU池的RRU組成一個邏輯小區(qū)，RRU的部署

4、方案采用交織雙邊布置方案。雷達主要采用適合近程探測的線性調頻連續(xù)波雷達，回波信號處理方案采用二維信號處理算法和二維恒虛警算法來檢測目標，可有效抑制復雜背景雜波對探測性能的影響。通過融合網(wǎng)絡架構的仿真結果表明，在保證雷達監(jiān)測系統(tǒng)有效監(jiān)測的前提下，由于毫米波頻段RRU的引入，提出的融合架構的通信容量性能大幅提升。
　　對于異物侵限及自然災害探測點跡處理方法，分別研究了點跡預處理算法、點跡凝聚算法、目標過濾算法和點跡參數(shù)估值算法，并對相

5、關算法進行了仿真分析。點跡預處理算法能過濾掉大部分干擾點跡，并在點跡數(shù)量異常多時直接預警。論文提出一種基于具有噪聲的基于密度的聚類方法(Density-Based Spatial Clustering of Applicationswith Noise，DBSCAN)算法的點跡凝聚算法，能較好的適應復雜場景下點跡的不連續(xù)性和不規(guī)則性。目標過濾算法能夠減少由雜波或者無威脅性物體的運動（如鳥類、細小石子等）帶來的虛警問題。論文改進了基于相似

6、度的二維點跡參數(shù)估值算法，通過仿真驗證后，改進后的點跡參數(shù)估值算法準確度更高，抗干擾性更強。
　　對于預警系統(tǒng)，首先對預警系統(tǒng)總體框架和策略進行了設計，然后介紹預警系統(tǒng)的預警信號處理算法，緊接著對融合架構的物理層進行了研究，包括幀結構和信令流程等，并根據(jù)毫米波的傳播特性研究了OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)中毫米波頻段的相關參數(shù)，給出了相關的可行性方案。最后對預警通知