專利名稱：一種高精度鐵路站場列車無線定位系統及定位方法
技術領域：
本發明涉及一種高精度鐵路站場列車無線定位系統及定位方法。
背景技術：
現有的無線定位可分為衛星無線定位和地面無線定位。衛星定位應用最成熟的是GPS全球定位系統，雖然直接利用GPS的定位精度可達到IOm以內，可以達到一種較為理想的定位效果，但是GPS完全由美國政府控制，在涉及國家安全的軍用領域或對國民經濟有重大影響的應用，GPS的應用受到嚴格限制。地面無線定位則通過測量無線電波的傳播時間、信號場強、相位、入射角度等參數實現移動目標的二維定位，最初應用于船舶導航。目前國際通用的有無線電測向系統、康索爾、羅蘭、臺卡、奧米加導航系統等。這些導航系統一般都是航海和航空兼用，但各有特殊要求。鐵路鋼軌間距為1435mm，如果采用GPS定位系統，定位精度只有10m，不能精確的確定列車在站場中的位置。

發明內容
為了解決現有的無線定位系統精度不高的技術問題，本發明提供一種高精度鐵路站場列車無線定位系統及定位方法。為解決上述技術問題本發明提供以下技術解決方案一種高精度鐵路站場列車無線定位系統，其特殊之處在于包括基站MD、第一從設備SD1、第二從設備SD2、第三從設備SD3以及目標機車ET，所述第一從設備包括第一同步接收控制單元及第一定位信息發射單元，所述第一同步接收控制單元包括第一信息發送整合單元和第一通信/信息分析核心單元，所述第一通信/信息分析核心單元、第一信息發送整合單元以及第一同步接收控制單元依次連接，所述第二從設備包括第二同步接收控制單元及第二定位信息發射單元，所述第二同步接收控制單元包括第二信息發送整合單元和第二通信/信息分析核心單元，所述第二通信/信息分析核心單元、第二信息發送整合單元以及第二同步接收控制單元依次連接，所述第三從設備包括第三同步接收控制單元及第三定位信息發射單元，所述第三同步接收控制單元包括第三信息發送整合單元和第三通信/信息分析核心單元，所述第三通信/信息分析核心單元、第三信息發送整合單元以及第三同步接收控制單元依次連接，所述目標機車包括機車數據無線收發單元DTR、機車定位信息控制單元DIV以及多個RF定位信息接收單元VR，所述定位信息接收單元包括機車信息接收整合單元、機車信息發送整合單元、相位解算單元以及機車通信/信息分析核心單元，所述機車數據無線收發單元和RF定位信息接收單元的輸出信號通過機車信息接收整合單元和相位解算單元給機車通信/信息分析核心單元，所述機車通信/信息分析核心單元輸出信號通過機車信息發送整合單元輸出信號給機車數據無線收發單元，
所述基站包括基站定位信息發射單元VTtl、基站數據無線收發單元DTRtl以及基站同步接收控制單元SRtl,所述基站同步接收控制單元SRtl包括基站信息發送整合單元、基站信息接收整合單元和基站通信/信息分析核心單元，所述基站信息接收整合單元的輸出端與基站通信/信息分析核心單元的輸入端連接，所述基站通信/信息分析核心單元的輸出端與基站信息發送整合單元的輸入端連接，所述基站信息發送整合單元的輸出端與基站數據無線收發單元DTR和基站定位信息發射單元連接，所述基站數據無線收發單元DTR0與機車數據無線收發單元相互通信，所述基站定位信息發射單元的輸出端、第一定位信息發射單元的輸出端、第二定位信息發射單元的輸出端、第三定位信息發射單元的輸出端均與RF定位信息接收單元一對一通信。一種高精度鐵路站場列車無線定位方法，其特殊之處在于包括以下步驟1將基站MD、第一從設備SD1、第二從設備SD2和第三從設備SD3搭建在無線可有效覆蓋的區域內，構成一個無線網絡區域SA ；2基站定位信息發射單元、第一定位信息發射單元、第二定位信息發射單元以及第三定位信息發射單元分別通過無線網絡向外發送基站測距碼Ctl、第一測距碼C1、第二測距碼C2和第三測距碼C3 ；3在無線網絡區域SA內運行的目標機車ET的RF定位信息接收單元接收到基站定位信息發射單元、第一定位信息發射單元、第二定位信息發射單元以及第三定位信息發射單元向外發送的基站測距碼Ctl、第一測距碼C1、第二測距碼C2和第三測距碼C3,目標機車 ET以收到基站測距碼Ctl的時間作為基準時間、，通過相位解算單元計算目標機車收到第一測距碼C1、第二測距碼C2和第三測距碼C3的第一延時間隔Δ 1’、第二延時間隔Δ 2’、第三延時間隔Δ 3’ ；4目標機車通過機車數據無線收發單元將第一延時間隔Δ 1’、第二延時間隔 Δ 2’、第三延時間隔Δ 3’以及目標機車的機車號數據，發送至基站MD的基站數據無線收發單元，5基站數據無線收發單元將所收到的數據通過基站信息接收整合單元發送給基站通信/信息分析核心單元，基站通信/信息分析核心單元根據預先存儲的各從設備SD 與基站MD之間的固定時鐘差修正第一延時間隔Δ 1’、第二延時間隔Δ 2’、第三延時間隔 Δ 3’，為第一修正后延時間隔Δ 1、第二修正后延時間隔Δ 2和第三修正后延時間隔Δ 3建立方程組； '““ ^二 — 一 ""“ _ "‘ :ι-— 其中(χ, y, ζ), (x0, y0, z0), (X1, Y1, Z1), (x2, y2, z2), (x3, y3, z3)為目標機車 ET、 基站MD、第一從設備SD1、第二從設備SD2和第三從設備SD3的坐標，kQ，ki; k2，k3為基站MD 和各從設備的固定時鐘差到目標機車ET所產生的距離，d為基站MD到目標機車ET之間的距離，解算出該方程組得到X，1，z, d ；即可得到目標機車ET的坐標以及目標機車距離基站 MD之間的距離。
還包括步驟6基站通過通信/信息分析核心單元，將計算的目標機車的坐標、距離、所屬軌道股道及運行速率的結果通過基站信息發送整合單元發送給基站數據無線收發單元，基站數據無線收發單元將計算結果發送給機車數據無線收發單元，目標機車ET將該計算結果實時顯示。還包括步驟7目標列車注銷基站MD在超過IOs內未收到來自目標機車ET發送的信息時，則認為目標機車ET已經離站，從當前進站機車數據列表中注銷該目標機車ET。本發明所具有的優點1、鐵路高精度無線定位系統采用基于局域無線網絡的定位方案，地面網絡由基站和3個從設備組成，通過基站和從設備向進入無線覆蓋區域的機車發送測距碼。機車接收到測距碼后，以收到基站測距碼時間為基準，通過相位解算單元解算出從設備發射測距碼的延時，機車將各延時信息及機車號等相關信息發送給基站MD，再通過適當的算法解算出機車的精確位置，發送給主機和機車ET。2、系統采用基于時間的定位算法，該方法是機車接收到測距碼后，以基站測距碼到達機車的時間為基準，計算出各從設備測距碼到達機車的延時，機車將各延時信息及機車號等相關信息發送給基站MD，基站再通過適當的算法解算出機車的精確位置，發送給主機和機車ET。3、目標機車通過數據無線收發單元接收基站發送的定位信息，確定本車在站場中的位置(精度可達1米)，目標機車將該信息實時顯示。同時，基站將機車的定位信息通過數據無線收發單元發送給主機，供站場對本機車進行跟蹤管理。


圖1為本發明的系統布局圖；圖2為本發明的原理框圖；圖3為本發明的基站的功能框圖；圖4為本發明的從設備的功能框圖；圖5為本發明的機車的功能框圖。其中附圖標記為ET-目標機車，DIV-機車定位信息控制單元，DTR-機車數據無線收發單元，VR-RF定位信息接收單元，MD-基站，DTR0-基站數據無線收發單元，VT0-基站定位信息發射單元，SR0-基站同步接收控制單元，DIV0-基站定位信息控制單元，ET2-馳離機車，SD1-第一從設備，VT1-第一定位信息發射單元，SR1-第一同步接收控制單元，SD2-第二從設備，VT2-第二定位信息發射單元，SR2-第二同步接收控制單元，SD3-第三從設備，VT3-第三定位信息發射單元，SR3-第三同步接收控制單元。
具體實施例方式鐵路高精度無線定位車載裝置由安裝在列車防控系統車載主機上互為熱備兩個無線定位單元和無線定位天線組成。圖1中為分系統布局圖，ET為進入有效覆蓋區域的目標機車，ET2為馳離的機車。 基站MD、第一從設備SD1、第二從設備以及第三從設備SD3,如圖4所示，第一從設備包括第一同步接收控制單元及第一定位信息發射單元，第一同步接收控制單元包括第一信息發送整合單元和第一通信/信息分析核心單元，第一通信/信息分析核心單元、第一信息發送整合單元以及第一同步接收控制單元依次連接，第二從設備包括第二同步接收控制單元及第二定位信息發射單元，第二同步接收控制單元包括第二信息發送整合單元和第二通信/信息分析核心單元，第二通信/信息分析核心單元、第二信息發送整合單元以及第二同步接收控制單元依次連接，第三從設備包括第三同步接收控制單元及第三定位信息發射單元，第三同步接收控制單元包括第三信息發送整合單元和第三通信/信息分析核心單元，第三通信/信息分析核心單元、第三信息發送整合單元以及第三同步接收控制單元依次連接，如圖5所示，目標機車包括機車數據無線收發單元DTR、機車定位信息控制單元 DIV以及多個RF定位信息接收單元VR，所述定位信息接收單元包括機車信息接收整合單元、機車信息發送整合單元、相位解算單元以及機車通信/信息分析核心單元，所述機車數據無線收發單元和RF定位信息接收單元的輸出信號通過機車信息接收整合單元和相位解算單元給機車通信/信息分析核心單元，所述機車通信/信息分析核心單元輸出信號通過機車信息發送整合單元輸出信號給機車數據無線收發單元，如圖3所示，基站包括基站定位信息發射單元VTtl、基站數據無線收發單元DTRtl以及基站同步接收控制單元SRtl，基站同步接收控制單元SRtl包括基站信息發送整合單元、基站信息接收整合單元和基站通信/信息分析核心單元，基站信息接收整合單元的輸出端與基站通信/信息分析核心單元的輸入端連接， 基站通信/信息分析核心單元的輸出端與基站信息發送整合單元的輸入端連接，基站信息發送整合單元的輸出端與基站數據無線收發單元DTR和基站定位信息發射單元連接，基站數據無線收發單元DTR0與機車數據無線收發單元相互通信，基站定位信息發射單元的輸出端、第一定位信息發射單元的輸出端、第二定位信息發射單元的輸出端、第三定位信息發射單元的輸出端均與RF定位信息接收單元一對一
ififn。數據無線收發模塊用于定位數據通信；RF定位信息接收單元射頻單元；信息接收整合單元解出接收的數據包，將信息分發到各個處理單元；信息發送整合單元收集本地相關信息，打包后以無線發射出去；相位解算單元根據各個信道發送來的定位信息，解算出相位差，換算成時間延遲；通信/信息分析核心單元為中央處理器。一種高精度鐵路站場列車無線定位方法，包括以下步驟1將基站MD、第一從設備SD1、第二從設備和第三從設備SD3搭建在無線可有效覆蓋的區域內，構成一個無線網絡區域SA ；2基站定位信息發射單元、第一定位信息發射單元、第二定位信息發射單元以及第三定位信息發射單元分別通過無線網絡向外發送基站測距碼Ctl、第一測距碼C1、第二測距碼C2和第三測距碼C3 ；3在無線網絡區域SA內運行的目標機車ET的RF定位信息接收單元接收到基站定位信息發射單元、第一定位信息發射單元、第二定位信息發射單元以及第三定位信息發射單元向外發送的基站測距碼Ctl、第一測距碼C1、第二測距碼C2和第三測距碼C3,目標機車 ET以收到基站測距碼Ctl的時間作為基準時間、，通過相位解算單元計算目標機車收到第一測距碼C1、第二測距碼C2和第三測距碼C3的第一延時間隔Δ 1’、第二延時間隔Δ 2’、第三延時間隔Δ 3’ ；4目標機車通過機車數據無線收發單元將第一延時間隔Δ 1’、第二延時間隔 Δ 2’、第三延時間隔Δ 3’以及目標機車的機車號數據，發送至基站MD的基站數據無線收發單元，5基站數據無線收發單元將所收到的數據通過基站信息接收整合單元發送給基站通信/信息分析核心單元，基站通信/信息分析核心單元根據預先存儲的各從設備SD 與基站MD之間的固定時鐘差修正第一延時間隔Δ 1’、第二延時間隔Δ 2’、第三延時間隔 Δ 3’，為第一修正后延時間隔Δ 1、第二修正后延時間隔Δ 2和第三修正后延時間隔Δ 3建立方程組；
權利要求
1.一種高精度鐵路站場列車無線定位系統，其特征在于包括基站(MD)、第一從設備(SD1)、第二從設備(SD2)、第三從設備(SD3)以及目標機車 (ET)，所述第一從設備包括第一同步接收控制單元及第一定位信息發射單元，所述第一同步接收控制單元包括第一信息發送整合單元和第一通信/信息分析核心單元，所述第一通信 /信息分析核心單元、第一信息發送整合單元以及第一同步接收控制單元依次連接，所述第二從設備包括第二同步接收控制單元及第二定位信息發射單元，所述第二同步接收控制單元包括第二信息發送整合單元和第二通信/信息分析核心單元，所述第二通信 /信息分析核心單元、第二信息發送整合單元以及第二同步接收控制單元依次連接，所述第三從設備包括第三同步接收控制單元及第三定位信息發射單元，所述第三同步接收控制單元包括第三信息發送整合單元和第三通信/信息分析核心單元，所述第三通信 /信息分析核心單元、第三信息發送整合單元以及第三同步接收控制單元依次連接，所述目標機車包括機車數據無線收發單元(DTR)、機車定位信息控制單元(DIV)以及多個RF定位信息接收單元(VR)，所述定位信息接收單元包括機車信息接收整合單元、機車信息發送整合單元、相位解算單元以及機車通信/信息分析核心單元，所述機車數據無線收發單元和RF定位信息接收單元的輸出信號通過機車信息接收整合單元和相位解算單元給機車通信/信息分析核心單元，所述機車通信/信息分析核心單元輸出信號通過機車信息發送整合單元輸出信號給機車數據無線收發單元，所述基站包括基站定位信息發射單元(VI；)、基站數據無線收發單元(DTRtl)以及基站同步接收控制單元(SRtl),所述基站同步接收控制單元(SRtl)包括基站信息發送整合單元、 基站信息接收整合單元和基站通信/信息分析核心單元，所述基站信息接收整合單元的輸出端與基站通信/信息分析核心單元的輸入端連接， 所述基站通信/信息分析核心單元的輸出端與基站信息發送整合單元的輸入端連接，所述基站信息發送整合單元的輸出端與基站數據無線收發單元(DTR)和基站定位信息發射單元連接，所述基站數據無線收發單元(DTR0)與機車數據無線收發單元相互通信，所述基站定位信息發射單元的輸出端、第一定位信息發射單元的輸出端、第二定位信息發射單元的輸出端、第三定位信息發射單元的輸出端均與RF定位信息接收單元一對一ififn。
2.一種高精度鐵路站場列車無線定位方法，其特征在于包括以下步驟1將基站(MD)、第一從設備(SD1)、第二從設備(SD2)和第三從設備(SD3)搭建在無線可有效覆蓋的區域內，構成一個無線網絡區域(SA)；2基站定位信息發射單元、第一定位信息發射單元、第二定位信息發射單元以及第三定位信息發射單元分別通過無線網絡向外發送基站測距碼Ctl、第一測距碼C1、第二測距碼 C2和第三測距碼C3 ；3在無線網絡區域(SA)內運行的目標機車(ET)的RF定位信息接收單元接收到基站定位信息發射單元、第一定位信息發射單元、第二定位信息發射單元以及第三定位信息發射單元向外發送的基站測距碼Ctl、第一測距碼C1、第二測距碼C2和第三測距碼C3,目標機車 ET以收到基站測距碼Ctl的時間作為基準時間、，通過相位解算單元計算目標機車收到第一測距碼C1、第二測距碼C2和第三測距碼C3的第一延時間隔Δ 1’、第二延時間隔Δ 2’、第三延時間隔Δ 3’ ；4目標機車通過機車數據無線收發單元將第一延時間隔Δ 1’、第二延時間隔Δ 2’、第三延時間隔△ 3’以及目標機車的機車號數據，發送至基站(MD)的基站數據無線收發單元， 5基站數據無線收發單元將所收到的數據通過基站信息接收整合單元發送給基站通信/信息分析核心單元，基站通信/信息分析核心單元根據預先存儲的各從設備(SD)與基站(MD)之間的固定時鐘差修正第一延時間隔Δ 1’、第二延時間隔Δ 2’、第三延時間隔 Δ 3’，為第一修正后延時間隔Δ 1、第二修正后延時間隔Δ 2和第三修正后延時間隔Δ 3 建立方程組；其中(χ, y, ζ), (x0, y0, z0), (X1, y17 Z1), (x2, y2, z2), (x3, y3, z3)為目標機車(ET)、基站 (MD)、第一從設備(SD1)、第二從設備(SD2)和第三從設備(SD3)的坐標，Ivkpk2A3為基站 (MD)和各從設備的固定時鐘差到目標機車(ET)所產生的距離，d為基站(MD)到目標機車 (ET)之間的距離，解算出該方程組得到X，y，z，d;即可得到目標機車(ET)的坐標以及目標機車距離基站(MD)之間的距離。
3.根據權利要求2所述的高精度鐵路站場列車無線定位方法，其特征在于還包括步驟6基站通過通信/信息分析核心單元，將計算的目標機車的坐標、距離、所屬軌道股道及運行速率的結果通過基站信息發送整合單元發送給基站數據無線收發單元，基站數據無線收發單元將計算結果發送給機車數據無線收發單元，目標機車(ET)將該計算結果實時顯
4.根據權利要求3所述的高精度鐵路站場列車無線定位方法，其特征在于還包括步驟7目標列車注銷基站(MD)在超過IOs內未收到來自目標機車(ET)發送的信息時，則認為目標機車(ET)已經離站，從當前進站機車數據列表中注銷該目標機車(ET)。
全文摘要
本發明涉及一種高精度鐵路站場列車無線定位系統及定位方法，包括基站、第一從設備、第二從設備、第三從設備以及目標機車，基站數據無線收發單元與機車數據無線收發單元相互通信，基站定位信息發射單元的輸出端、第一定位信息發射單元的輸出端、第二定位信息發射單元的輸出端、第三定位信息發射單元的輸出端均與RF定位信息接收單元一對一通信。本發明解決了現有的無線定位系統精度不高的技術問題，本發明解算出機車的精確位置。
文檔編號H04W64/00GK102340867SQ20111025437
公開日2012年2月1日 申請日期2011年8月31日 優先權日2011年8月31日
發明者張金印, 李海成, 武潔, 胡敏惠, 陳善文, 陳敏, 陳晨, 陳立 申請人:陳立