Mathematical model of a radar speed meter with linear-frequency modulated signal
Abstract
The relevance of the study is due to the need to improve the accuracy of metro train speed measurement to automate rolling stock control systems. Currently, metro rolling stock speed is measured using odometer sensors, which are subject to measurement errors due to skidding, slippage, and wheel wear, as well as unevenness, contamination, or icing of the rails. An alternative means of measuring rolling stock speed for existing odometer sensors is a millimeter-range homodyne radar sensor. Such a sensor ensures reliable speed measurement in all weather conditions, as well as when moving with zero illumination in a tunnel. The paper considers the problem of modeling a linear frequency modulated signal reflected from the underlying surface and received by a homodyne radar station installed on a moving platform. The object of the study is a millimeter-range homodyne radar. To solve the problem, a mathematical model of the developed signal, and performed modeling in the MATLAB environment, which made it possible to identify the features of the influence of motion factors and radar sensor characteristics on the shape of the received signal. The practical significance of the work lies in the possibility of using the calculation and modeling results in developing algorithms for processing radar data for a homodyne millimeter-range transceiver used in speed measurement systems on a mobile platform.
- millimeter-range homodyne radar transceiver
- linear frequency modulated signal
- mathematical signal model of a homodyne speed meter
Аннотация (на русском)
Математическая модель сигнала радиолокационного измерителя скорости носителя с линейно-частотно модулированным сигналом
Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения точности измерения скорости поездов в метро для возможности автоматизации систем управления подвижным составом. На данный момент измерение скорости подвижного состава в метрополитене осуществляется с помощью одометрических датчиков, подверженных погрешностям измерений из-за юза, проскальзывания и износа колеса, а также неровностей, загрязнения или обледенения рельсов. Альтернативным средством измерения скорости подвижного состава для существующих одометрических датчиков, является радиолокационный гомодинный датчик миллиметрового диапазона. Такой датчик обеспечивает надежное измерение скорости в любых погодных условиях, а также при движении с нулевой освещенностью в тоннеле. В работе рассмотрена задача моделирования отраженного от подстилающей поверхности линейно-частотно модулированного сигнала, принимаемого радиолокационной гомодинной станцией, установленной на движущейся платформе. Объектом исследования является гомодинный радиолокатор миллиметрового диапазона. Для решения поставленной задачи разработана математическая модель сигнала и выполнено моделирование в среде MATLAB, что позволило выявить особенности влияния факторов движения и характеристик радиолокационного датчика на форму принимаемого сигнала. Практическое значение работы заключается в возможности применения результатов расчета и моделирования при разработке алгоритмов обработки радиолокационных данных для гомодинного приемопередатчика миллиметрового диапазона, используемого в системах измерения скорости на подвижной платформе.
For citation
Ageeva A.V. Mathematical model of a radar speed meter with linear-frequency modulated signal // Journal of Radio Electronics. – 2025. – No. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.12.14
References
- Марюхненко В.С., Гурулева М.А. Особенности применения радиолокационных измерителей скорости подвижных объектов железнодорожного транспорта // iPolytech Journal. - 2016. - №. 1 (108). - С. 129-142.
- Гурулева М.А., Марюхненко В.С. Применение доплеровского измерителя для определения скорости подвижных железнодорожных единиц // Современные проблемы радиоэлектроники: сб. науч. тр. [Электронный ресурс] / науч. ред. В.Н. Бондаренко; отв. за вып. А.А. Левицкий. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2015. С. 35-39. URL: Сборник_СПР-2015.pdf
- Радиолокационные системы: учебник / В.П. Бердышев, Е.Н. Гарин, А.Н. Фомин [и др.]; под общ. ред.В. П. Бердышева. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2011. 400 с.
- Фельдман Ю.И., Мандуровский И.А. Теория флуктуаций локационных сигналов, отраженных распределенными цепями. - Радио и связь, 1988.
- Агеева А.В., Вицукаев А.В., Колтышев Е.Е., Кудрявцева А.А. Применение высокочастотной малогабаритной РЛС AWR2243Boost в подвижных составах метрополитена для измерения скорости поезда // АО "ГРПЗ": cборник научных статей - Рязань: ИП Коняхин А.В., 2025. C. 13-20.
- AWR2243 Evaluation Module (AWR2243BOOST) mmWave Sensing Solution // User's Guide SPRUIT8D February 2020. 33 с.
- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2024681124 (РФ). Программа для измерения собственной скорости подвижного состава метро: №2024680184: заявл. 30.08.2024: опубл. 05.09.2024/ Вицукаев А.В., Павлович О.В., Кудрявцева А.А., Бородко Е.А., Агеева А.В.