高鐵無線通信的無線探測技術(shù)

　　高鐵的不斷提速對運行安全提出了更高的需求，尤其是對鐵路沿線環(huán)境的滑坡、泥石流和異物入侵等監(jiān)測和安全預警備受關注。相關的鐵路監(jiān)測方法隨之產(chǎn)生，如基于GPS（Global Positioning System）的定位監(jiān)測、無線傳感器監(jiān)測、視頻監(jiān)測等，但這些監(jiān)測設備易被破壞，且工作性能受到光線、天氣等制約。相比之下，毫米波探測有不受光線和自然災害的影響、可全天候工作的優(yōu)點。不僅如此，毫米波探測設備簡單，而且分辨率較高。另一方面，未來5G無線通信（Fifth-generation Wireless Communication）需要將容量提高1000倍才能滿足無線業(yè)務需求，而毫米波頻段頻譜資源豐富，毫米波通信勢必會成為未來無線通信的趨勢。因此，借助未來無線通信的發(fā)展趨勢以及毫米波探測技術(shù)的優(yōu)勢，有必要將上述兩種技術(shù)集成于一個系統(tǒng)中，使得該融合系統(tǒng)兼具無線傳輸及災害監(jiān)測與預警功能。

　　本文的研究均基于高鐵無線通信和探測融合架構(gòu)。首先，根據(jù)實際鐵路場景中無線監(jiān)測和無線通信需求對融合架構(gòu)進行了設計，為減少小區(qū)間的切換次數(shù)，系統(tǒng)網(wǎng)絡采用云接入架構(gòu)，BBU（Building Baseband Unit）負責數(shù)據(jù)處理和資澡分配，RRU （Radio Remote Unit）只有收發(fā)模塊。RRU分為毫米波頻段RRU和專網(wǎng)／公網(wǎng)低頻授權(quán)頻段RRU，毫米波頻段RRU分時地負責大容量通信和毫米波探測，專網(wǎng)／公網(wǎng)低頻授權(quán)頻段RRU負責低容量可靠數(shù)據(jù)（環(huán)境探測信息和重要信令）的傳輸。由于本系統(tǒng)中的毫米波頻段RRU分時進行通信和探測，列車一旦和源小區(qū)中RRU斷開連接，則無法連回?；诖耍疚奶岢鲆环N“雙保險”的方法，仿真結(jié)果表明，本文所提切換方法相比于傳統(tǒng)的LTE-R （Long Term　Evolution for Railways）硬切換，在切換成功率和鏈路中斷概率上有明顯的改進。對于系統(tǒng)探測功能來說，雷達目標檢測算法的好壞直接影響系統(tǒng)性能。針對高鐵復雜多變的探測環(huán)境，本文提出了一種二維VIS-CFAR（Switching Variable Index　Constant False Alarm Algorithm）算法，該算法能夠根據(jù)周邊環(huán)境，自適應選擇相應的目標檢測算法，大大降低了系統(tǒng)漏警率。最后，本文仿真了三種不同場景，

　　將本文所提二維VIS-CFAR算法和多種經(jīng)典恒虛警算法在均勻雜波環(huán)境、雜波邊緣環(huán)境、多目標干擾環(huán)境的檢測性能進行了對比，結(jié)果表明，本文所提二維VIS-CFAR算法高鐵場景下具有穩(wěn)定的性能，可大大提高融合系統(tǒng)的檢測效率。