[发明专利]一种轨道交通列车高低频组合测距系统及方法

说明书

本发明公开了一种轨道交通列车高低频组合测距系统及方法，包括双频测距装置和双频定向天线，在列车的车头和车尾均设有双频测距装置，双频测距装置包括工作频率高于5.8Ghz的高频测距模块、工作频率低于5.8Ghz的低频测距模块，高频测距模块和低频测距模块均采用主从架构，双频定向天线包括安装于车头，与车头的双频测距装置对应设置的前向天线，以及安装于车尾，与车尾的双频测距装置对应设置的后向天线。本发明通过高、低频组合的测距方法，可以有效地兼顾测距距离和精度。

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及列车测距技术。

背景技术

在轨道交通领域，列车防撞是一个重大课题。目前的国铁和地铁都采用信号系统、轨道电路等方式保证列车之间的安全距离；但对于现有系统失效或异常的情况，需要有独立于现有系统的其他系统来防止列车相撞。通过相邻列车之间的直接测距，是防止相撞的有效方法。轨道交通的特点是刹车距离长，地铁一般在300米以上，高铁、重载机车在1000米以上，这对测距技术很有挑战。

无线信号测距技术现状：无线信号频率越高，信号衰减越快、传输距离越短、测距距离越短。传统的直接测距的协议有蓝牙、WIFI、手机基站定位(信号频率从900Mhz-2.4Ghz不等)等；UWB技术测距，精度可以达到厘米级，但受限于国内的可用频段(6Ghz左右)，测距距离只有200米。低频无线信号，如433Mhz无线模块，2.4G频段WIFI信号，Lora技术(典型的频率在137Mhz-1020Mhz，使用扩频技术)，通信距离都可以做到1000米以上，特殊设计设备信号传输距离可以做到10km，理论上测距距离都可以做到1000米以上。间接测距技术如北斗、GPS，在隧道中没有信号，不适合轨道交通。

传统的测距技术，主要有RSSI、TOA、TDOA、AOA几种：

1)RSSI，即接收信号强度指示，英文为Received signal strength Indicator。RSSI技术主要是根据节点接收到的信号强度值，通过传播信号的经验或理论模型公式，直接转换成其距离值。通常情况下，RSSI技术的精确度并不会很高。

2)TOA(Time of Arrival)，即到达时间技术主要是应用电磁波的传播时间来测量信号发射端与接收端之间的距离。由于电磁波的传播速度十分快，所以这种技术很容易产生误差。目前TOA技术主要应用于有激光雷达、GPS和UWB。

3)TDOA(时间到达差，Time Difference of Arrival)，这种方法通过两个不同的无线信号到达信号接收端的时间差及已知的两个不同无线信号的传播速率，计算信号发射端到信号接收端之间的距离。

4)AOA(到达角度，Angle of Arrival)技术，主要是根据信号接收端接收到的各个发射信号端发射信号的到达角度不同，定位出信号接收端的绝对位置坐标。这种方法不适合轨道交通列车定位。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种轨道交通列车高低频组合测距系统，提高测距的可靠性和准确度。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种轨道交通列车高低频组合测距系统，包括双频测距装置和双频定向天线，在列车的车头和车尾均设有双频测距装置，所述双频测距装置包括工作频率高于5.8Ghz的高频测距模块、工作频率低于5.8Ghz的低频测距模块，所述高频测距模块和低频测距模块均采用主从架构，所述双频定向天线包括安装于车头，与车头的双频测距装置对应设置的前向天线，以及安装于车尾，与车尾的双频测距装置对应设置的后向天线。

优选的，还包括轨旁无线测距基站以及对应轨旁无线测距基站设置的双频全向天线，所述轨旁无线测距基站与所述双频测距装置之间进行通讯和测距。

优选的，所述前向天线、后向天线和双频全向天线均采用MIMO技术。