2和模擬信號(hào)A3以獲取模擬信號(hào)X3,使得X3 =A2+ A3;使用第八加法器放大計(jì)算模擬信號(hào)A1和模擬信號(hào)A4以獲取模擬信號(hào)X4,使得X4 =A1 + A4；
[0032] 使用第一減法器計(jì)算模擬信號(hào)XI和模擬信號(hào)X2以獲取模擬信號(hào)Y1，使得Y1=X1-Χ2;使用第二減法器計(jì)算模擬信號(hào)Χ3和模擬信號(hào)Χ4以獲取模擬信號(hào)Υ2，使得Υ2 =Χ3-Χ4;
[0033] 利用線陣光電二極管連續(xù)不斷地采集圖像，并使用A/D轉(zhuǎn)換器連續(xù)轉(zhuǎn)換信號(hào)Υ1與 Υ2以獲取對(duì)應(yīng)的變化曲線信號(hào)Ζ1和Ζ2;
[0034]列車絕對(duì)速度的計(jì)算方法為:利用濾波器濾除信號(hào)Ζ1中的基頻分量和高頻風(fēng)量； 然后通過快速傅立葉算法求得濾波后的數(shù)字信號(hào)的頻譜，遍歷頻譜獲得頻率最大值，進(jìn)而 獲取信號(hào)Z1的峰值頻率Π，根據(jù)公式(1)計(jì)算獲取列車絕對(duì)速度V:
[0035]
(1)；
[0036]其中g(shù)為像素的寬度，4Kg代表一個(gè)大單元的寬度，Μ為光學(xué)鏡頭的放大倍數(shù)。
[0037]不受目標(biāo)表面圖像特征的影響，傅里葉算法識(shí)別列車的速度方向的方法為:對(duì)信 號(hào)Ζ2進(jìn)行低通濾波和高通濾波處理，并對(duì)信號(hào)Ζ2進(jìn)行快速傅立葉變換計(jì)算，從而得到信號(hào) Ζ2的峰值頻率f2;
[0038]將信號(hào)Z1的峰值頻率Π處對(duì)應(yīng)的傅立葉變換值與信號(hào)Z2的峰值頻率f2處對(duì)應(yīng)的 傅立葉變換值進(jìn)行相除計(jì)算；
[0039]根據(jù)傅立葉變換的時(shí)移性質(zhì)可知，對(duì)于一個(gè)離散信號(hào)x(t)，一個(gè)滯后于它t0的相 同信號(hào)的傅立葉變換為：
[0043]當(dāng)信號(hào)Z2比信號(hào)Z1滯后90°時(shí)，即信號(hào)Z2滯后信號(hào)Z1的相位差為31/2時(shí)，c〇tQ =-V2,信號(hào)Z2比信號(hào)Z1的快速傅立葉變換的比值為：
[0040]
[0041]
[0042]
[0044]
(4):；
[0045]當(dāng)Y2比Y1超前90°(相位差-JT/2)時(shí)，c〇tO=Ji/2,信號(hào)Z2比信號(hào)Z1的快速傅立葉變 換的比值為：
[0046]
(5);
[0047]根據(jù)公式(4)和公式(5)中對(duì)比值虛數(shù)部分的符號(hào)從而確定列車速度的方向，當(dāng)對(duì) 比值虛數(shù)部分的符號(hào)為正時(shí)，列車的速度方向?yàn)檎较颍?dāng)對(duì)比值虛數(shù)部分的符號(hào)為負(fù)時(shí)， 列車的速度方向?yàn)榉捶较颉?br>[0048]簡(jiǎn)單容易地，D觸發(fā)器識(shí)別列車的速度方向的方法為:將信號(hào)Z1與Z2分別經(jīng)過低通 濾波和高通濾波處理后得到兩個(gè)相位差90°的正弦信號(hào)VI與正弦信號(hào)V2,分別將正弦信號(hào) VI與正弦信號(hào)V2再經(jīng)過施密特觸發(fā)器處理后得到兩個(gè)相位差90°的方波信號(hào)S1與方波信號(hào) S2，將方波信號(hào)S1輸入到D觸發(fā)器的CK端，將方波信號(hào)S2輸入到D觸發(fā)器的D端，D觸發(fā)器的輸 出信號(hào)Q即代表方向信號(hào)；
[0049]當(dāng)正弦信號(hào)VI超前于正弦信號(hào)V2時(shí)，在方波信號(hào)S2的每個(gè)上升沿，方波信號(hào)S1均 為高電平，D觸發(fā)器的輸出信號(hào)Q保持輸出為高電平；
[0050]當(dāng)正弦信號(hào)VI滯后于正弦信號(hào)V2時(shí)，在方波信號(hào)S2的每個(gè)上升沿，方波信號(hào)S1均 為低電平，D觸發(fā)器的輸出信號(hào)Q保持輸出為低電平；
[0051]當(dāng)D觸發(fā)器的輸出信號(hào)Q保持輸出為高電平時(shí)，列車速度方向?yàn)檎?；?dāng)D觸發(fā)器的 輸出信號(hào)Q保持輸出為低電平時(shí)，列車速度方向?yàn)榉聪颉?br>[0052]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明中的列車絕對(duì)速度測(cè)量裝置及速度 計(jì)算方法采用光學(xué)鏡頭和線陣CCD的配合工作，利用空間濾波的方法實(shí)現(xiàn)速度的測(cè)量，工作 時(shí)不受電磁波的干擾，受環(huán)境光變化的影響也較小，幾乎無測(cè)量死區(qū)，還可利用紅外波段的 線陣CCD來克服環(huán)境光影響，因此其測(cè)量精度較高。此外，線陣CCD工作時(shí)可以只拍攝軌道圖 像，列車運(yùn)行時(shí)軌道上的冰雪都會(huì)被車輪清除干凈，不會(huì)影響測(cè)量?？臻g濾波測(cè)速只在三種 條件下失效，一是目標(biāo)反射率太高，形成全反射，這樣圖像飽和且無變化，二是目標(biāo)距離偏 差太大，無法形成清晰圖像，三是鏡頭被遮擋，無法成像，軌道上的冰雪無法形成這三種效 果，故該列車絕對(duì)速度測(cè)量裝置及速度計(jì)算方法不受冰雪天氣的影響。
【附圖說明】
[0053]圖1為空間濾波測(cè)速的基本原理圖。
[0054] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中列車絕對(duì)速度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0055] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例一中信號(hào)處理單元的結(jié)構(gòu)框圖。
[0056] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例一中列車絕對(duì)速度計(jì)算流程圖。
[0057] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例一中傅里葉算法識(shí)別列車的速度方向的方法流程圖。
[0058] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例二中D觸發(fā)器識(shí)別列車的速度方向的方法流程圖。
[0059] 圖7為圖6中列車速度方向?yàn)檎虻男盘?hào)波形圖。
[0060] 圖8為圖6中列車速度方向?yàn)榉聪虻男盘?hào)波形圖。
[0061] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例三中利用加速度傳感器的方法識(shí)別列車的速度方向的方法流 程圖。
[0062] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例四中信號(hào)處理單元的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0063]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0064] 實(shí)施例一
[0065] 如圖2和圖3所示，本實(shí)施例中的列車絕對(duì)速度測(cè)量裝置，設(shè)置在列車上靠近軌道1 的上方位置，通過采集軌道1的圖像信息，從而計(jì)算列車相對(duì)于地面的絕對(duì)速度。
[0066] 該列車絕對(duì)速度測(cè)量裝置包括基體2、光學(xué)鏡頭3、光源4、線陣CCD51和信號(hào)處理 單元6。
[0067] 其中光學(xué)鏡頭3設(shè)置在基體2上且位于軌道1的正上方，該光學(xué)鏡頭3根據(jù)需要的光 學(xué)處理要求，可以由凸透鏡、凹透鏡等按照規(guī)律構(gòu)成。為了避免在寒冷環(huán)境中光學(xué)鏡頭3的 表面凝結(jié)水汽，所述光學(xué)鏡頭3的下方還設(shè)置有用于加熱光學(xué)鏡頭3的加熱組件7。
[0068] 為了避免粉塵、油污對(duì)光學(xué)鏡頭3的污染，光學(xué)鏡頭3的下方還設(shè)置有用于吹掃光 學(xué)鏡頭3的吹掃組件8,該吹掃組件8與列車風(fēng)管相連接，工作時(shí)，吹掃組件8開啟后，向光學(xué) 鏡頭3的表面吹風(fēng)，防止粉塵、油污在光學(xué)鏡頭3的表面堆積，有效保證了光學(xué)鏡頭3安裝要 求進(jìn)行工作。此外，基體2的下方還罩設(shè)有透明的保護(hù)罩9,光源4和光學(xué)鏡頭3位于保護(hù)罩9 內(nèi)。在保護(hù)罩9的保護(hù)作用下一方面可以減少對(duì)光學(xué)鏡頭3的污染，另一方面可以避免外界 環(huán)境光對(duì)光學(xué)鏡頭3光的干擾。
[0069] 光源4可以采用LED燈，光源4分別設(shè)置在基體2上且設(shè)置在光學(xué)鏡頭3兩側(cè)，使用 時(shí)，開啟光源4,使得發(fā)出的光線照射在軌道1上。線陣CCD51設(shè)置在基體2內(nèi)且位于光學(xué)鏡 頭3上方，則在光源4的作用下，軌道1通過光學(xué)鏡頭3的光學(xué)處理后成像在線陣(XD51上，線 陣CCD51采集軌道1的圖像信息，本實(shí)施例中的線陣CCD51平行于軌道1設(shè)置，線陣CCD51 相較于面陣CCD，圖像單元個(gè)數(shù)小，采樣速率高，信號(hào)處理量小，非常適用于列車的速度計(jì) 算。
[0070] 信號(hào)處理單元6與線陣(XD51相連接，信號(hào)處理單元6也設(shè)置在基體2內(nèi)，該信號(hào)處 理單元6用于處理圖像以獲取列車的速度和方向信息。
[0071] 該信號(hào)處理單元6包括有時(shí)鐘電路61、驅(qū)動(dòng)電路62、空間濾波電路63和數(shù)字計(jì)算電 路64。
[0072]空間濾波電路63用于對(duì)數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間濾波處理，空間濾波電路63 包括有空間濾波處理模塊631和采樣模塊632。本實(shí)施例中采樣模塊632為能夠采集線陣CCD 51像素值數(shù)據(jù)的采樣電路，該采樣模塊632的輸入端與線陣CCD51的輸出端相連接，采樣模 塊632的輸出端和空間濾波處理模塊631的輸入端相連接，空間濾波處理模塊631與數(shù)字計(jì) 算電路64相連接。數(shù)字計(jì)算電路64用于列車絕對(duì)速度和列車運(yùn)動(dòng)方向計(jì)算。
[0073]時(shí)鐘電路61的輸出端分別與驅(qū)動(dòng)電路62的輸入端和空間濾波電路63的輸入端相 連接，驅(qū)動(dòng)電路62的輸出端與線陣CCD51的輸入端相連接，空間濾波電路63的輸入端與線 陣CCD51的輸出端相連接，空間濾波電路63的輸出端與所述數(shù)字計(jì)算電路64相連接。
[0074]數(shù)字計(jì)算電路64包括用于計(jì)算列車絕對(duì)速度的速度計(jì)算模塊641和計(jì)算列車運(yùn)動(dòng) 方向的方向計(jì)算模塊642，空間濾波處理模塊641的輸入端與空間濾波電路63的輸出端相連 接，空間濾波電路63的輸出端分別與速度計(jì)算模塊641和方向計(jì)算模塊642相連接。
[0075]本發(fā)明中列車速度計(jì)算方法，其特征在于包括如下步驟：
[0076 ] 步驟一、點(diǎn)亮光源4，光源4發(fā)出的光照亮軌道1的表面，軌道1表面圖像通過光學(xué)鏡 頭3成像于線陣(XD51上；
[0077]步驟二、在時(shí)鐘電路61的控制下，驅(qū)動(dòng)電路62驅(qū)動(dòng)線陣CCD51將成像圖像轉(zhuǎn)換為 每一幀像素值輸出；
[0078]步驟三、空間濾波電路63在時(shí)鐘電路61的控制下采樣線陣CCD51中的像素值數(shù) 據(jù)，并轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)流在空間濾波處理模塊641中進(jìn)行空間濾波處理，從而獲取兩組 相位相差9