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原文传递基于融合网络架构的铁路异物侵限及自然灾害预警系统研究

论文题名：	基于融合网络架构的铁路异物侵限及自然灾害预警系统研究
关键词：	高速铁路;异物侵限;灾害预警系统;网络架构;点迹参数
摘要：	高铁的不断提速对高铁运行安全提出了更高的需求，如何对高铁沿线环境的异物侵限和滑坡、泥石流等自然灾害进行监测和安全预警备受关注。而与此同时，为满足未来铁路无线通信系统快速增长的容量需求，国际铁路联盟(UIC)已经确定了GSM-R向基于LTE的高铁无线通信系统的演进战略。由于毫米波频段拥有带宽非常宽且较为“空白”的非授权频段，毫米波无线通信领域的研究将会持续成为无线通信领域的研究热点之一。另一方面，毫米波频段在雷达探测中也扮演着重要的角色。基于此，本论文提出一种铁路场景下毫米波探测与通信融合的基于LTE的网络架构。该网络架构在原有LTE基础上融合了毫米波探测和毫米波通信功能，利用大带宽非许可证毫米波频段，为构建基于现有通信网络基础设备的雷达监测系统提供一种高性价比的手段，同时能够为列车提供高容量无线通信服务。对于雷达监测系统，为了提高探测准确性，减少虚警的发生，本论文对异物侵限及自然灾害探测点迹处理方法进行了研究。基于融合网络架构，本论文针对铁路异物侵限及自然灾害的实际需求设计了预警系统，确保预警信息的及时性和准确性，为高铁的安全行驶提供了一种方案。　　对于毫米波探测与通信融合的网络架构，论文首先研究了BBU(Building BasebandUnit)池+RRU(Radio Remote Unit)云无线接入方案、网络覆盖方案和频段选择，然后对雷达探测系统进行了研究，最后对融合网络架构的性能进行仿真分析。BBU池+RRU云无线接入方案使连接到同一个BBU池的RRU组成一个逻辑小区，RRU的部署方案采用交织双边布置方案。雷达主要采用适合近程探测的线性调频连续波雷达，回波信号处理方案采用二维信号处理算法和二维恒虚警算法来检测目标，可有效抑制复杂背景杂波对探测性能的影响。通过融合网络架构的仿真结果表明，在保证雷达监测系统有效监测的前提下，由于毫米波频段RRU的引入，提出的融合架构的通信容量性能大幅提升。　　对于异物侵限及自然灾害探测点迹处理方法，分别研究了点迹预处理算法、点迹凝聚算法、目标过滤算法和点迹参数估值算法，并对相关算法进行了仿真分析。点迹预处理算法能过滤掉大部分干扰点迹，并在点迹数量异常多时直接预警。论文提出一种基于具有噪声的基于密度的聚类方法(Density-Based Spatial Clustering of Applicationswith Noise，DBSCAN)算法的点迹凝聚算法，能较好的适应复杂场景下点迹的不连续性和不规则性。目标过滤算法能够减少由杂波或者无威胁性物体的运动（如鸟类、细小石子等）带来的虚警问题。论文改进了基于相似度的二维点迹参数估值算法，通过仿真验证后，改进后的点迹参数估值算法准确度更高，抗干扰性更强。　　对于预警系统，首先对预警系统总体框架和策略进行了设计，然后介绍预警系统的预警信号处理算法，紧接着对融合架构的物理层进行了研究，包括帧结构和信令流程等，并根据毫米波的传播特性研究了OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)中毫米波频段的相关参数，给出了相关的可行性方案。最后对预警通知算法进行了研究，包括预警内容生成、列车定位工作流程和预警消息通知流程，确保预警的及时性和准确性。
作者：	李超
专业：	电子与通信工程
导师：	方旭明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文