轨道交通辅助追踪预警防撞系统及其追踪预警方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种轨道交通辅助追踪预警防撞系统及其追踪预警方法。
【背景技术】
[0002] 目前，城市轨道交通安全保障主要依靠列车自动控制（ATC)系统，ATC系统采用 车、地通信技术对列车运行进行定位及车速控制，以保障列车运行安全，但ATC系统通信网 络庞大、操作复杂，受外部环境恶劣及突发干扰等影响，仍可能出现安全事故。为此，出现 了一些独立于ATC系统的列车安全保障方法，如基于声波（公布号CN 102765409 A，公布 号CN 102756748 A，公布号CN 102756747 A的发明专利)、激光（公布号CN 103847765 A 的发明专利)、红外、视频、GPS (公布号CN 103101558 A的发明专利)、桥隧结构导波（公布 号CN 104149818 A的发明专利)、RFID标签与惯导联合定位(公布号CN 103192852 A的发 明专利)、隧道活塞风(公告号CN 102745211 B的发明专利）及雷达的列车防撞方法(授权 公告号CN 103235310 B、公布号CN 103171596 A的发明专利)。但声波探测方法具有声污 染且传播速度受限；激光、红外、视频在雨雾天气性能受影响；GPS在隧道环境下无法直接 与卫星建立稳定通信；桥隧结构导波的列车防撞系统需要预先储存本车行进声相应特征， 与预存特征对比才能得出探测结论，且远距探测上可靠性差；RFID标签与惯导联合定位的 方法，需在轨道上间隔布置RFID标签，并预先利用卫星定位和精密地图确定每个轨旁RFID 标签的精确位置信息，工作量大，若要达到较高的测距精度，需布置标签数量庞大；基于隧 道活塞风的列车预警方法只适用于隧道环境；雷达探测系统具备全天候、全天时工作能力 成为理想选择。
[0003] 2014年11月授权的专利（CN 103235310 B) "一种车载毫米波列车防撞雷达系 统"，采用相控阵雷达技术，对列车前方障碍物进行检测，但在隧道环境下高频电磁波衰减 较大，探测距离受限，且轨旁环境复杂情况下虚警率很高，不适用于城市轨道交通环境。
[0004] 2013年6月申请公布的专利（CN 103171596 A) "一种轨道交通列车的防撞预警 方法"，上下行采用不同的频段进行测距，只能对上下行不同的列车进行区分，适用的工况 受限。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种轨道交通辅助追踪预警防撞系统及其追踪预警方法，独立于现有 ATC系统并能够提高轨道交通运行安全性，具有预警、应答、静默工作模式，通过RFID标签 自动识别或手动设置列车的出库、入库等运行状态，采用二次雷达技术在列车高速运行时 实时测量本车与相邻有潜在碰撞风险列车间距离，示警终端系统提供多级声、光及显示预 警，为列车运行提供辅助安全保障。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供一种轨道交通辅助追踪预警防撞系统，包含分别 设置在列车头部和列车尾部的两套完全相同的轨道交通辅助追踪预警设备，每个轨道交通 辅助追踪预警设备包含车载设备和地面设备； 所述的地面设备是两个以上设置在列车状态可能发生变化的轨道位置处的RFID标 签； 所述的车载设备包含： 主控模块； 二次雷达探测模块，其电性连接所述的主控模块； RFID信息读写模块，其电性连接所述的主控模块； 显示示警终端，其电性连接所述的主控模块； 电源模块，其电性连接所述的主控模块和列车电源； 所述的二次雷达探测模块包含： 数字信号处理模块； 通信模块，其电性连接数字信号处理模块和主控模块； 频综信号源，其电性连接数字信号处理模块； 信号发送处理模块，其电性连接数字信号处理模块和频综信号源； 信号接收处理模块，其电性连接数字信号处理模块和频综信号源； 收发模块，其电性连接信号发送处理模块和信号接收处理模块； 所述的信号发送处理模块包含： DDS调频源，其电性连接数字信号处理模块和频综信号源； 第一带通滤波器，其电性连接DDS调频源； 上变频混频器，其电性连接第一带通滤波器和频综信号源； 第一 AGC放大器，其电性连接上变频混频器和数字信号处理模块； 功率放大器，其电性连接第一 AGC放大器； 所述的信号接收处理模块包含： 模数转换模块，其电性连接数字信号处理模块； 第二AGC放大器，其电性连接模数转换模块和数字信号处理模块； 第二带通滤波器，其电性连接第二AGC放大器； 下变频混频器，其电性连接第二带通滤波器和频综信号源； LNA放大器，其电性连接下变频混频器； 所述的收发模块包含： 收发开关，其电性连接功率放大器和LNA放大器； 第三带通滤波器，其电性连接收发开关； 射频天线，其电性连接第三带通滤波器。
[0007] 所述的RFID信息读写模块包含电性连接的RFID读写器和RFID天线，该RFID天 线安装在列车底部； 所述的显示示警终端包含电性连接的显示屏、发声装置、发光装置、旋钮和按钮。
[0008] 本发明还提供一种基于轨道交通辅助追踪预警防撞系统的追踪预警方法，包含以 下步骤： 手动设置轨道交通辅助追踪预警设备的工作状态，或自动识别列车运行状态为入库状 态、或者出库上行状态、或者出库下行状态，如果列车运行状态为出库上行状态，则将设置 在列车头部的轨道交通辅助追踪预警设备的工作状态设置为问询状态，则此状态下该轨道 交通辅助追踪预警设备作为问询设备，将设置在列车尾部的轨道交通辅助追踪预警设备的 工作状态设置为应答状态，则此状态下该轨道交通辅助追踪预警设备作为应答设备，如果 列车运行状态为出库下行状态，则将设置在列车头部的轨道交通辅助追踪预警设备的工作 状态设置为应答状态，则此状态下该轨道交通辅助追踪预警设备作为应答设备，将设置在 列车尾部的轨道交通辅助追踪预警设备的工作状态设置为问询状态，则此状态下该轨道交 通辅助追踪预警设备作为问询设备，出库上行或出库下行时，轨道交通辅助追踪预警防撞 系统进行列车车辆之间的距离解算追踪预警，作为问询设备的轨道交通辅助追踪预警设备 发送问询信号，当问询设备接收到位于应答地址范围内的作为应答设备的轨道交通辅助追 踪预警设备发送的应答信号后，进行问询设备和应答设备之间的距离解算，并将测算出的 距离信息发送给主控模块，由主控模块进行距离跟踪，如果距离值超过报警门限，则主控模 块控制显示示警终端进行预警。
[0009] 手动设置的优先级高于自动识别，自动识别列车运行状态包含：通过轨道交通辅 助追踪预警设备中的RFID信息读写模块读取设置在轨道位置上的RFID标签，根据RFID标 签的读取顺序来识别列车的运行状态。
[0010] 如果列车运行状态为入库状态，则将设置在列车头部和列车尾部的轨道交通辅助 追踪预警设备的工作状态都设置为静默状态。
[0011] 轨道交通辅助追踪预警设备中的二次雷达探测模块中的数字信号处理模块对发 送信号进行二进制编码，所述的二进制编码信号的信号编码格式包含：帧头、同步码、帧类 型、源地址、目的地址、数据、帧长度、CRC校验、帧尾。
[0012] 所述的信号发送过程包含：轨道交通辅助追踪预警设备中的二次雷达探测模块 中的数字信号处理模块控制频综信号源和DDS调频源将编码信号调制为带宽为22MHz的 Chirp信号，该Chirp信号经过第一带通滤波器的带通滤波、上变频混频器的上变频、以及 第一 AGC放大器和功率放大器的放大后，通过收发开关，经过第三带通滤波器的带通滤波 后，由射频天线辐射出去； 所述的信号接收过程包含：轨道交通辅助追踪预警设备中的二次雷达探测模块中的射 频天线接收到接收信号，经过第三带通滤波器的带通滤波后，通过收发开关进入LNA放大 器，放大后经过下变频混频器的下变频、第二带通滤波器的带通滤波、第二AGC放大器的放 大和模数转换模块的模数转换之后，由数字信号处理模块对该接收信号进行脉冲压缩及解 码操作，并进行目标距离解算。
[0013] 所述的脉冲压缩包含：将接收信号经过匹配滤波技术加以压缩，使它的等效带宽 B满足B = Af >> l/τ，距离分辨率Ar=c/2B，其中c为电磁波传播速度。
[0014] 所述的主控模块进行距离跟踪的步骤包含：主控模块采用跟踪滤波方法对距离值 进行滤波，对目标距离跟踪曲线进行平滑处理，去除测距过程中的野值，建立稳定的距离跟 足示。
[0015] 所述的轨道交通辅助追踪预警防撞系统进行列车车辆之间的距离解算追踪预警 包含以下步骤： 步骤S701、问询设备中的二次雷达探测模块对问询信号进行编码，生成编码信号，并将 编码信号发送出去。
[0016] 问询信号的编码信号中的目的地址为广播地址； 步骤S702、问询设备进行目标搜索，判断在目标搜索周期内是否收到应答设备发送的 应答信号，若是，则进行步骤S703,若否，则说明在应答地址范围内没有搜索到应答设备，进 行下一个周期的目标搜索； 步骤S703、对应答信号进行脉冲压缩和解码操作，对应答信号中的目标地址进行提取 和记录； 步骤S704、问询设备将目标搜索过程中搜索到的各目标应答设备地址作为目的地址发 送问询信号，问询设备接收到目标应答设备的应答信号后进行问询设备和目标应答设备之 间的测距； 步骤S705、问询设备判断目标应答设备的个数，如果目标个数为1，进行步骤S706,如 果目标个数