基于UWB无线测距技术的列车精确停车系统的制作方法

本发明涉及轨道交通控制技术，具体涉及列车停车技术。

背景技术：

在轨道交通领域，地铁列车通过安装在轨道上应答器来获取列车当前所在的位置，由于无线应答器的技术特点决定了定位精度不高，可能在正负10cm甚至正负30cm。这导致了列车到站不能精确停车，影响了乘客体验。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于uwb无线测距技术的列车精确停车系统，以实现列车进站的精确停车。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：基于uwb无线测距技术的列车精确停车系统，包括：

uwb无线测距装置，包括列车上安装的uwb主设备以及站点轨旁设备安装的uwb从设备，uwb主设备实时测量与uwb从设备之间距离；

车载主机，安装于列车上，从列车控制系统中输入实时的列车速度信息，且列车速度信息更新频率和相位与uwb无线测距装置的测距周期一致；

列车停靠点距离计算模块，根据公式d0²＝(d1+l0)²+l1²计算uwb主设备和列车停靠点之间的距离d1，其中，uwb主设备和uwb从设备的直线距离为d0，uwb从设备和列车停靠点的横向距离为l1，uwb从设备和列车停靠点纵向的距离为l0；

列车实时位置计算模块，在一个测距周期中，通过这个测距周期输入的列车速度信息拟合计算出本测距周期的列车实时位置，当前时刻t1，测距输入d1，输入速度v1，那么在(t1,t1+测距周期)的时间区间内，列车离停靠点的距离为d2＝d1-v1*t，t是从t1开始的时间偏移。

优选的，安装uwb从设备的站点轨旁设备为信号机。

优选的，所述测距周期为50ms。

优选的，当列车距离车站200米时，uwb主设备和uwb从设备建立连接，开始测距。

优选的，所述uwb无线测距装置的测距频率预先设定，且和列车控制系统中输入的速度信息频率一致。

优选的，所述车载主机和列车控制系统以及uwb无线测距装置的时间同步，且精度在1us以上。

优选的，所述车载主机控制uwb主设备发起测距周期和从列车控制系统中输入实时列车速度周期的相位同步。

本发明采用uwb无线测距技术，通过结合行驶中列车的实时速度，精确测量行驶列车进站时与停靠点位之间的距离，实现列车进站的精确停车。具有如下优点：

1)本发明提出的uwb无线测距方法，实时连续测量行驶列车与停靠点位之间的距离，可解决目前用应答器定位方法只在读到应答器的地点才知道当前所在位置的问题；

2)本发明提出使用的uwb无线测距技术，其本身的测距精度在1cm以上，比应答器的定位方式要高一个数量级以上；

3)本发明同时考虑了列车进站速度对测距结果的影响，可实现行驶列车与停靠点之间厘米级别精确停车；

4)本发明还考虑了车载主机获取列车实时速度和测距结果动作之间的同步性，最大程度保证了测距精度。

本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为本发明的系统原理图；

图2为本发明时间同步示意图。

具体实施方式

参考图1和图2所示，基于uwb无线测距技术的列车精确停车系统，包括：

uwb无线测距装置，包括列车上安装的uwb主设备以及站点轨旁设备安装的uwb从设备，uwb主设备实时测量与uwb从设备之间距离；

车载主机，安装于列车上，从列车控制系统中输入实时的列车速度信息，且列车速度信息更新频率与uwb无线测距装置的测距周期一致；

列车停靠点距离计算模块，参考图1，由于uwb无线测距装置测试的是主设备和从设备之间的距离，从设备和列车停靠点物理上是两个点，但位置关系固定，可以通过几何关系算出主设备和列车停靠点之间的实际距离。根据公式d0²＝(d1+l0)²+l1²计算uwb主设备和列车停靠点之间的距离d1，其中，uwb主设备和uwb从设备的直线距离为d0，uwb从设备和列车停靠点的横向距离为l1，uwb从设备和列车停靠点纵向的距离为l0；

列车实时位置计算模块，在一个测距周期中，通过这个测距周期输入的列车速度信息拟合计算出本测距周期的列车实时位置，当前时刻t1，测距输入d1，输入速度v1，那么在(t1,t1+测距周期)的时间区间内，列车离停靠点的距离为d2＝d1-v1*t，t是从t1开始的时间偏移。

其中，uwb无线测距装置为现有技术，uwb主从设备均有唯一不相同的编码，用于相对应的主从设备间握手和识别。

本领域技术人员可以理解的是，地面站点安装从设备的地方可以是信号机，也可以是其他固定地点，要求和列车停车位置的距离、方位确定，并在uwb主设备进站时覆盖的信号范围内。

当列车靠近车站(如200米左右)，列车上uwb主设备和站点轨旁设备安装的uwb从设备建立连接，开始测距流程。uwb测距参数如测距的频率事先固定，和列车控制系统中输入的速度信息频率一致(如设置为50ms一次，这个50ms叫做测距周期)。

车载主机从列车控制系统中输入实时的列车速度信息，可以每50ms更新一次，即测距周期为50ms，这样可以保证精确测量行驶列车进站时与停靠点位之间的距离，实现列车进站的精确停车，当然为了进一步提高精确度，可以缩短测距周期，即小于50ms。

车载主机和列车控制系统以及uwb无线测距装置的时间同步，精度在1us以上。车载主机控制uwb主设备发起测距周期和从列车控制系统中输入实时速度周期的相位同步，即输入车载主机的实时速度时刻和测距结果d0的时刻小于1ms，参考图2所示，由于1ms的误差较小，认为实时速度和测距结果是同步的。

uwb的无线测距技术可以将测距精度提高到1cm甚至以上，同时相对于应答器的间歇性测距，uwb无线测距方案是连续测距，如每秒钟10次甚至更高，因此测距效果要好很多。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于UWB无线测距技术的列车精确停车系统，包括：UWB无线测距装置，包括列车上安装的UWB主设备以及站点轨旁设备安装的UWB从设备，UWB主设备实时测量与UWB从设备之间距离；车载主机，安装于列车上，从列车控制系统中输入实时的列车速度信息，且列车速度信息更新频率和相位与UWB无线测距装置的测距周期一致；列车停靠点距离计算模块，根据公式D02＝(D1+L0)2+L12计算UWB主设备和列车停靠点之间的距离D1；列车实时位置计算模块，在一个测距周期中，通过这个测距周期输入的列车速度信息拟合计算出本测距周期的列车实时位置。本发明采用UWB无线测距技术，通过结合行驶中列车的实时速度，精确测量行驶列车进站时与停靠点位之间的距离，实现列车进站的精确停车。

技术研发人员：袁锦辉;白剑;潘林杰
受保护的技术使用者：浙江浙大列车智能化工程技术研究中心有限公司
技术研发日：2018.08.16
技术公布日：2019.02.15