一种城轨列车防碰撞预警方法及系统与流程

本发明实施例涉及城市轨道交通控制技术领域，具体涉及一种城轨列车防碰撞预警方法及系统。

背景技术

目前，多数城市轨道交通(以下称城轨)列车都是依靠列车信号系统通过atp(列车自动防护系统)来提供安全保障。atp是列车的安全控制核心，能够实现追踪间隔保障，防止追尾发生。信号系统的设计原则是“故障导向安全”，一旦发生故障，为保证安全一般会触发列车紧急制动。为了能够保证城轨交通系统的运营，一般通过让故障车辆降级运行，而此时atp会因为故障而被切除。一旦列车切除了atp，即失去了防追尾的保护。因此为了保障城轨列车的安全运营,，特别是在atp被切除的情况下的安全防护，设置一套防撞系统是非常有必要的。

国内城轨列车多数运行在地下隧道中，无法直接使用gps(全球定位系统)进行定位，又由于存在很多弯道，使得激光、雷达、红外线探测技术无法直接应用。

基于sds-twr(symmetricdoublesidedtwowayranging，对称双边双程测距方法)的测距方法由于方法简单可靠、定位距离短、定位精度较高，可以在gps无法完成定位的区域进行测距。sds-twr测距方法的基本原理是利用无线通信中的传播时延来测量两点之间的距离。单纯依靠两点之间收发无线数据的时间差来确定传播时延的话，则对这两点的时间同步要求非常高，否则会存在非常大的测距误差。twr(twowayranging)测距法则是通过一次数据的往返方法消除两个节点之间时钟同步误差可能造成的影响。sds-twr是在twr的基础上又进行了一次反向的twr，其测距过程如图1所示，在第一次测量中，t1为节点a发出测距数据包到收到确认包的时间间隔，t2为节点b从收到测距数据包到发出确认包之间的时间间隔。理论上t1、t2是两倍的端到端的传播时延。同理第二次测量中t4为节点b发出测距数据包到收到确认包的时间间隔，t3为节点a从收到测距数据包到发出确认包之间的时间间隔，t3、t4理论上也是两倍的端到端的传播时延。假设电磁波的传播速度为c(光速)，能够根据c、t1、t2、t3和、t4可以计算节点a到节点b的距离。

但是，基于sds-twr的测距方法在城轨列车上应用时由于存在隧道内弯道的情况，无法实现信号的直线传输，只能进行非视距传输(nlos)，在该工况下，由于无线信号在隧道内多次反射，造成多径效应，对测距产生较大误差；另外由于上下行列车进行会车时，距离较近，两列车的sds-twr系统相互产生干扰，造成防撞预警的误判，对sds-twr系统的应用产生较大影响。其它信号的干扰也会对sds-twr系统造成影响。

技术实现要素：

由于现有方法存在上述问题，本发明实施例提出一种城轨列车防碰撞预警方法及系统。

第一方面，本发明实施例提出一种城轨列车防碰撞预警方法，包括：

目标列车的车首终端利用改进的sds-twr的测距方法，获取所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离，所述改进的sds-twr的测距方法中基于将目标列车的车首天线和所述前方列车的车尾天线设置为基于dbf技术的智能天线，在第一次测量和第二次测量中对弯道引起的时间误差进行了修正；

所述车首终端判断所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离是否大于等于预设预警阈值；

若所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离大于等于预设预警阈值，则向本列车的列车车载控制器发送预警信息。

可选地，目标列车的车首终端利用改进的sds-twr的测距方法，获取所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离，所述改进的sds-twr的测距方法中基于将目标列车的车首天线和所述前方列车的车尾天线设置为基于dbf技术的智能天线，在第一次测量和第二次测量中对弯道引起的时间误差进行了修正，包括：

第一次测量：

目标列车的车首终端通过车首天线调制后发送第一微波信号给行驶方向的前方列车，所述第一微波信号中包含从本车的列车车载控制器获得的行驶方向信息；

所述前方列车的车尾天线接收所述目标列车的车首终端通过车首天线调制后发送的不同入射角度的第一微波信号，获取第一微波信号的接收角度信息并根据所述第一微波信号的接收角度信息对第一微波信号进行调解，将所述第一微波信号的接收角度信息、调解的数据和接收的不同入射角度的第一微波信号的先后时间差信息发送给所述前方列车的车尾终端；

所述前方列车的车尾终端根据所述车尾天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正；按照sds-twr的测距方法，通过所述前方列车的车尾天线向所述目标列车回传第二微波信号，所述第二微波信号中带有所述前方列车的方向信息和时间修正信息；

所述目标列车的车首天线接收所述前方列车的车尾天线回传的第二微波信号，获取第二微波信号的接收角度信息并根据所述第二微波信号的接收角度信息对第二微波信号进行调解，将所述第二微波信号的接收角度信息、调解的数据和接收的不同入射角度的第二微波信号的先后时间差信息发送给所述目标列车的车首终端；

所述目标列车的车首终端根据所述车首天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正，获取所述目标列车的车首天线发出第一微波信号到收到回传的第二微波信号的时间间隔t1和所述前方列车的车尾天线从收到第一微波信号到发出回传的第二微波信号的时间间隔t2；

第二次测量：

所述前方列车的车尾终端通过车尾天线调制后发送第三微波信号给所述目标列车，所述第三微波信号中包含从本车的列车车载控制器获得的行驶方向信息；

所述目标列车的车首天线接收所述前方列车的车尾终端通过车尾天线调制后发送的不同入射角度的第三微波信号，获取第三微波信号的接收角度信息并根据所述第三微波信号的接收角度信息对第三微波信号进行调解，将所述第三微波信号的接收角度信息、调解的数据和接收的不同入射角度的第三微波信号的先后时间差信息发送给所述目标列车的车首终端；

所述目标列车的车首终端根据所述车首天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正；按照sds-twr的测距方法，通过所述目标列车的车首天线向所述前方列车回传第四微波信号，所述第四微波信号中带有所述目标列车的方向信息和时间修正信息；

所述前方列车的车尾天线接收所述目标列车的车首天线回传的第四微波信号，获取第四微波信号的接收角度信息并根据所述第四微波信号的接收角度信息对第四微波信号进行调解，将所述第四微波信号的接收角度信息、调解的数据和接收的不同入射角度的第四微波信号的先后时间差信息发送给所述前方列车的车尾首终端；

所述前方列车的车尾首终端根据所述车尾天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正，获取前方列车的车尾天线发出第三微波信号到收到回传的第四微波信号的时间间隔t4和所述目标列车的车首天线从收到第三微波信号到发出回传的第四微波信号的时间间隔t3，将t3和t4发送给所述目标列车的车首终端；

所述目标列车的车首终端根据t1、t2、t3和t4，获取所述目标列车的车首终端与所述前方列车的车尾终端之间的距离；

其中，所述车首天线和所述车尾天线均为基于dbf技术的智能天线。

可选地，所述目标列车的车首终端根据t1、t2、t3和t4，获取所述目标列车的车首终端与所述前方列车的车尾终端之间的距离，包括：

所述目标列车的车首终端根据t1、t2、t3和t4，通过第一公式，获取所述目标列车的车首终端与所述前方列车的车尾终端之间的距离d；

其中，所述第一公式为：

其中，c为光速，所述车首天线和所述车尾天线均为基于dbf技术的智能天线。

可选地，所述获取第一微波信号的接收角度信息，包括：

利用dbf技术，获取第一微波信号的接收角度信息；

相应地，所述获取第二微波信号的接收角度信息，包括：利用dbf技术，获取第二微波信号的接收角度信息；

相应地，所述获取第三微波信号的接收角度信息，包括：利用dbf技术，获取第三微波信号的接收角度信息；

相应地，所述获取第四微波信号的接收角度信息，包括：利用dbf技术，获取第四微波信号的接收角度信息。

可选地，所述前方列车的车尾终端根据所述车尾天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，还包括：

根据接收的信号的接收角度信息，排除直道情况下非正前方接收的信号的数据；

相应地，所述目标列车的车首终端根据所述车首天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，还包括：

根据接收的信号的接收角度信息，排除直道情况下非正前方接收的信号的数据。

可选地，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正的方法，包括：经验值法和平均值法。

第二方面，本发明实施例还提出一种城轨列车防碰撞预警系统，包括：

目标列车位于行驶方向的车首终端、与所述车首终端连接的车首天线、位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端、与所述车尾终端连接的车尾天线和列车车载控制器；

所述车首天线和所述车尾天线均为基于dbf技术的智能天线；

其中，所述目标列车的车首终端利用改进的sds-twr的测距方法，获取所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离，所述改进的sds-twr的测距方法中基于将目标列车的车首天线和所述前方列车的车尾天线设置为基于dbf技术的智能天线，在第一次测量和第二次测量中对弯道引起的时间误差进行了修正；判断所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离是否大于等于预设预警阈值；若所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离大于等于预设预警阈值，则向本列车的列车车载控制器发送预警信息。

可选地，在第一次测量时：

所述目标列车的车首终端，用于通过车首天线调制后发送第一微波信号给行驶方向的前方列车，所述第一微波信号中包含从本车的列车车载控制器获得的行驶方向信息；

所述前方列车的车尾天线，用于接收所述目标列车的车首终端通过车首天线调制后发送的不同入射角度的第一微波信号，获取第一微波信号的接收角度信息并根据所述第一微波信号的接收角度信息对第一微波信号进行调解，将所述第一微波信号的接收角度信息、调解的数据和接收的不同入射角度的第一微波信号的先后时间差信息发送给所述前方列车的车尾终端；

所述前方列车的车尾终端，用于根据所述车尾天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正；按照sds-twr的测距方法，通过所述前方列车的车尾天线向所述目标列车回传第二微波信号，所述第二微波信号中带有所述前方列车的方向信息和时间修正信息；

所述目标列车的车首天线，用于接收所述前方列车的车尾天线回传的第二微波信号，获取第二微波信号的接收角度信息并根据所述第二微波信号的接收角度信息对第二微波信号进行调解，将所述第二微波信号的接收角度信息、调解的数据和接收的不同入射角度的第二微波信号的先后时间差信息发送给所述目标列车的车首终端；

所述目标列车的车首终端，还用于根据所述车首天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正，获取所述目标列车的车首天线发出第一微波信号到收到回传的第二微波信号的时间间隔t1和所述前方列车的车尾天线从收到第一微波信号到发出回传的第二微波信号的时间间隔t2；

在第二次测量时：

所述前方列车的车尾终端，用于通过车尾天线调制后发送第三微波信号给所述目标列车，所述第三微波信号中包含从本车的列车车载控制器获得的行驶方向信息；

所述目标列车的车首天线，用于接收所述前方列车的车尾终端通过车尾天线调制后发送的不同入射角度的第三微波信号，获取第三微波信号的接收角度信息并根据所述第三微波信号的接收角度信息对第三微波信号进行调解，将所述第三微波信号的接收角度信息、调解的数据和接收的不同入射角度的第三微波信号的先后时间差信息发送给所述目标列车的车首终端；

所述目标列车的车首终端，用于根据所述车首天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正；按照sds-twr的测距方法，通过所述目标列车的车首天线向所述前方列车回传第四微波信号，所述第四微波信号中带有所述目标列车的方向信息和时间修正信息；

所述前方列车的车尾天线，用于接收所述目标列车的车首天线回传的第四微波信号，获取第四微波信号的接收角度信息并根据所述第四微波信号的接收角度信息对第四微波信号进行调解，将所述第四微波信号的接收角度信息、调解的数据和接收的不同入射角度的第四微波信号的先后时间差信息发送给所述前方列车的车尾首终端；

所述前方列车的车尾首终端，还用于根据所述车尾天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正，获取前方列车的车尾天线发出第三微波信号到收到回传的第四微波信号的时间间隔t4和所述目标列车的车首天线从收到第三微波信号到发出回传的第四微波信号的时间间隔t3，将t3和t4发送给所述目标列车的车首终端；

所述目标列车的车首终端，还用于根据t1、t2、t3和t4，获取所述目标列车的车首终端与所述前方列车的车尾终端之间的距离；

其中，所述车首天线和所述车尾天线均为基于dbf技术的智能天线。

可选地，所述目标列车的车首终端，还用于

根据t1、t2、t3和t4，通过第一公式，获取所述目标列车的车首终端与所述前方列车的车尾终端之间的距离d；

其中，所述第一公式为：

其中，c为光速，所述车首天线和所述车尾天线均为基于dbf技术的智能天线。

可选地，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正的方法，包括：经验值法和平均值法。

由上述技术方案可知，本发明实施例提供的一种城轨列车防碰撞预警方法及系统，通过目标列车的车首终端利用改进的sds-twr的测距方法，获取所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离，判断所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离是否大于等于预设预警阈值，若是，则向本列车的列车车载控制器发送预警信息，其中所述改进的sds-twr的测距方法中基于将目标列车的车首天线和所述前方列车的车尾天线设置为基于dbf技术的智能天线，在第一次测量和第二次测量中对弯道引起的时间误差进行了修正，由此，能够更加精确的获取目标列车的车首终端与位于目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离并根据该距离向列车车载控制器进行防碰撞预警，可有效提高城轨列车运行的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为sds-twr的测距方法的测距过程示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种城轨列车防碰撞预警方法的流程示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种城轨列车防碰撞预警系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图2示出了本发明一实施例提供的一种城轨列车防碰撞预警方法的流程示意图，如图2所示，本实施例的城轨列车防碰撞预警方法，包括：

s1、目标列车的车首终端利用改进的sds-twr的测距方法，获取所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离，所述改进的sds-twr的测距方法中基于将目标列车的车首天线和所述前方列车的车尾天线设置为基于dbf技术的智能天线，在第一次测量和第二次测量中对弯道引起的时间误差进行了修正。

s2、所述车首终端判断所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离是否大于等于预设预警阈值。

s3、若所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离大于等于预设预警阈值，则向本列车的列车车载控制器发送预警信息。

可以理解的是，列车车载控制器接收到所述目标列车的车首终端发送的预警信息后，可根据所述预警信息采取处理相应措施，例如，一般可以向司机发出声、光警报，进一步进行紧急制动。

可以理解的是，目标列车的车首终端可以每间隔预设时间段利用本实施例所述方法进行一次测距防碰撞预警。

本实施例提供的一种城轨列车防碰撞预警方法，通过目标列车的车首终端利用改进的sds-twr的测距方法，获取所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离，判断所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离是否大于等于预设预警阈值，若是，则向本列车的列车车载控制器发送预警信息，其中所述改进的sds-twr的测距方法中基于将目标列车的车首天线和所述前方列车的车尾天线设置为基于dbf技术的智能天线，在第一次测量和第二次测量中对弯道引起的时间误差进行了修正，由此，能够更加精确的获取目标列车的车首终端与位于目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离并根据该距离向列车车载控制器进行防碰撞预警，可有效提高城轨列车运行的安全性。本实施例所述方法可以降低基于sds-twr的测距方法在城轨列车上应用时由于存在隧道内多径效应问题引起的误差，提高测距的准确度，可以降低基于sds-twr的测距方法由于外部干扰而引起的判断错误概率和误差，提高测距的准确度，可以解决基于sds-twr的测距方法由于上下行会车造成的误判断。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述步骤s1，可以包括：

第一次测量：

目标列车的车首终端通过车首天线调制后发送第一微波信号给行驶方向的前方列车，所述第一微波信号中包含从本车的列车车载控制器获得的行驶方向信息；

所述前方列车的车尾天线接收所述目标列车的车首终端通过车首天线调制后发送的不同入射角度的第一微波信号，获取第一微波信号的接收角度信息并根据所述第一微波信号的接收角度信息对第一微波信号进行调解，将所述第一微波信号的接收角度信息、调解的数据和接收的不同入射角度的第一微波信号的先后时间差信息发送给所述前方列车的车尾终端；

所述前方列车的车尾终端根据所述车尾天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正；按照sds-twr的测距方法，通过所述前方列车的车尾天线向所述目标列车回传第二微波信号，所述第二微波信号中带有所述前方列车的方向信息和时间修正信息；

所述目标列车的车首天线接收所述前方列车的车尾天线回传的第二微波信号，获取第二微波信号的接收角度信息并根据所述第二微波信号的接收角度信息对第二微波信号进行调解，将所述第二微波信号的接收角度信息、调解的数据和接收的不同入射角度的第二微波信号的先后时间差信息发送给所述目标列车的车首终端；

所述目标列车的车首终端根据所述车首天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正，获取所述目标列车的车首天线发出第一微波信号到收到回传的第二微波信号的时间间隔t1和所述前方列车的车尾天线从收到第一微波信号到发出回传的第二微波信号的时间间隔t2；

第二次测量：

所述前方列车的车尾终端通过车尾天线调制后发送第三微波信号给所述目标列车，所述第三微波信号中包含从本车的列车车载控制器获得的行驶方向信息；

所述目标列车的车首天线接收所述前方列车的车尾终端通过车尾天线调制后发送的不同入射角度的第三微波信号，获取第三微波信号的接收角度信息并根据所述第三微波信号的接收角度信息对第三微波信号进行调解，将所述第三微波信号的接收角度信息、调解的数据和接收的不同入射角度的第三微波信号的先后时间差信息发送给所述目标列车的车首终端；

所述目标列车的车首终端根据所述车首天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正；按照sds-twr的测距方法，通过所述目标列车的车首天线向所述前方列车回传第四微波信号，所述第四微波信号中带有所述目标列车的方向信息和时间修正信息；

所述前方列车的车尾天线接收所述目标列车的车首天线回传的第四微波信号，获取第四微波信号的接收角度信息并根据所述第四微波信号的接收角度信息对第四微波信号进行调解，将所述第四微波信号的接收角度信息、调解的数据和接收的不同入射角度的第四微波信号的先后时间差信息发送给所述前方列车的车尾首终端；

所述前方列车的车尾首终端根据所述车尾天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正，获取前方列车的车尾天线发出第三微波信号到收到回传的第四微波信号的时间间隔t4和所述目标列车的车首天线从收到第三微波信号到发出回传的第四微波信号的时间间隔t3，将t3和t4发送给所述目标列车的车首终端；

所述目标列车的车首终端根据t1、t2、t3和t4，获取所述目标列车的车首终端与所述前方列车的车尾终端之间的距离；

其中，所述车首天线和所述车尾天线均为基于dbf技术的智能天线。

进一步地，所述目标列车的车首终端根据t1、t2、t3和t4，获取所述目标列车的车首终端与所述前方列车的车尾终端之间的距离，可具体包括：

所述目标列车的车首终端根据t1、t2、t3和t4，通过第一公式，获取所述目标列车的车首终端与所述前方列车的车尾终端之间的距离d；

其中，所述第一公式为：

其中，c为光速，所述车首天线和所述车尾天线均为基于dbf技术的智能天线。

可以理解的是，本实施例利用dbf技术可以得到天线不同入射角度、同时接收的微波信号，并根据角度信息解调这些信号，而现有的基于sds-twr测距方法使用的普通天线无法获得角度信息，从而不能解调不同入射角度、同时接收的微波信号。本实施例利用dbf技术可以得到在信号多径的情况下，不同入射角度微波信号到达同一个天线的先后顺序，可以计算出这些信号到达的时间差。本实施例在信号多径及有干扰的情况下，可以判断出所需信号到达的时间。

进一步地，所述获取第一微波信号的接收角度信息，可以包括：利用dbf(digitalbeamforming，数字波形成形或数字波束合成)技术，获取第一微波信号的接收角度信息；

相应地，所述获取第二微波信号的接收角度信息，可以包括：利用dbf技术，获取第二微波信号的接收角度信息；

相应地，所述获取第三微波信号的接收角度信息，可以包括：利用dbf技术，获取第三微波信号的接收角度信息；

相应地，所述获取第四微波信号的接收角度信息，可以包括：利用dbf技术，获取第四微波信号的接收角度信息。

可以理解的是，dbf技术是天线波束形成原理与数字信号处理技术相结合的产物，主要利用doa(directionofarrival，来波方向)估计和波束形成方法，其中通过doa估计方法可以确定信号的方向。

可以理解的是，本实施例中，基于dbf技术的智能天线作为接收信号波束方向的主要判断依据。根据波束的方向，不仅可以发送和解调单个信号，而且可以同时解调多个不同方向的来波信号。

基于dbf技术的智能天线一般主要包括：阵列天线、射频处理单元及信号处理单元、供电单元及通信接口五大部分，其中，射频处理单元、供电单元和通信接口均与信号处理单元相连接，阵列天线与射频处理单元相连接。

其中，阵列天线是由许多相同的单个天线按一定规律排列组成的天线系统，有效地辐射和接收无线电波；

其中，射频处理单元，用于将阵列天线的每个天线接收到的高频电信号分别进行滤波、放大、混频等功能，得到每一个天线的中频信号发送给信号处理单元；同时也用于将信号处理单元发送的中频信号混频、滤波、放大，得到高频电信号发送给阵列天线的每个天线；

信号处理单元，用于采集和处理射频处理单元接收到的中频信号，主要通过doa估计方法计算信号的方向，对接收的信号进行解调，然后将方向信息和解调得到的数据通过通信接口发送出去；另外信号处理单元也将通信接口收到的数据调制并转换成中频信号发送给射频处理单元；

供电单元为射频处理单元、信号处理单元和通信接口提供电源。

由此，本实施例利用dbf技术，可以准确获取第一、二、三或四微波信号的接收角度信息。

在具体应用中，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正的方法，可以包括：经验值法和平均值法等，本实施例并不对其进行限制。

可以理解的是，通常传输时间最短的信号的信号路径最短，考虑到列车前后间隔的安全应以最短路径作为参考。

可以理解的是，本实施例对由于弯道引起的时间误差进行修正后，可以使本实施例获取所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离的计算结果更加准确。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述前方列车的车尾终端根据所述车尾天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，还可以包括：

根据接收的信号的接收角度信息，排除直道情况下非正前方接收的信号的数据；

相应地，所述目标列车的车首终端根据所述车首天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，还可以包括：

根据接收的信号的接收角度信息，排除直道情况下非正前方接收的信号的数据。

这样，可以使本实施例获取所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离的计算结果更加准确。

本发明实施例提供的一种城轨列车防碰撞预警方法，能够更加精确的获取目标列车的车首终端与位于目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离并根据该距离向列车车载控制器进行防碰撞预警，可有效提高城轨列车运行的安全性。本实施例所述方法可以降低基于sds-twr的测距方法在城轨列车上应用时由于存在隧道内多径效应问题引起的误差，提高测距的准确度，可以降低基于sds-twr的测距方法由于外部干扰而引起的判断错误概率和误差，提高测距的准确度，可以解决基于sds-twr的测距方法由于上下行会车造成的误判断。

图3示出了本发明一实施例提供的一种城轨列车防碰撞预警系统的结构示意图，如图3所示，本实施例的城轨列车防碰撞预警系统，包括：目标列车位于行驶方向的车首终端2、与所述车首终端2连接的车首天线1、位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端5、与所述车尾终端5连接的车尾天线4和列车车载控制器3；

所述车首天线1和所述车尾天线4均为基于dbf技术的智能天线；

其中，所述目标列车的车首终端2利用改进的sds-twr的测距方法，获取所述车首终端2与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端5之间的距离，所述改进的sds-twr的测距方法中基于将目标列车的车首天线1和所述前方列车的车尾天线4设置为基于dbf技术的智能天线，在第一次测量和第二次测量中对弯道引起的时间误差进行了修正；判断所述车首终端2与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端5之间的距离是否大于等于预设预警阈值；若所述车首终端2与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端5之间的距离大于等于预设预警阈值，则向本列车的列车车载控制器发送预警信息。

可以理解的是，列车车载控制器接收到所述目标列车的车首终端发送的预警信息后，可根据所述预警信息采取处理相应措施，例如，一般可以向司机发出声、光警报，进一步进行紧急制动。

可以理解的是，目标列车的车首终端可以每间隔预设时间段利用本实施例所述方法进行一次测距防碰撞预警。

本发明实施例提供的一种城轨列车防碰撞预警系统，通过目标列车的车首终端利用改进的sds-twr的测距方法，获取所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离，判断所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离是否大于等于预设预警阈值，若是，则向本列车的列车车载控制器发送预警信息，其中所述改进的sds-twr的测距方法中基于将目标列车的车首天线和所述前方列车的车尾天线设置为基于dbf技术的智能天线，在第一次测量和第二次测量中对弯道引起的时间误差进行了修正，由此，能够更加精确的获取目标列车的车首终端与位于目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离并根据该距离向列车车载控制器进行防碰撞预警，可有效提高城轨列车运行的安全性。本实施例所述系统可以降低基于sds-twr的测距方法在城轨列车上应用时由于存在隧道内多径效应问题引起的误差，提高测距的准确度，可以降低基于sds-twr的测距方法由于外部干扰而引起的判断错误概率和误差，提高测距的准确度，可以解决基于sds-twr的测距方法由于上下行会车造成的误判断。

进一步地，在上述实施例的基础上，在第一次测量时：

所述目标列车的车首终端2，用于通过车首天线1调制后发送第一微波信号给行驶方向的前方列车，所述第一微波信号中包含从本车的列车车载控制器3获得的行驶方向信息；

所述前方列车的车尾天线4，用于接收所述目标列车的车首终端2通过车首天线1调制后发送的不同入射角度的第一微波信号，获取第一微波信号的接收角度信息并根据所述第一微波信号的接收角度信息对第一微波信号进行调解，将所述第一微波信号的接收角度信息、调解的数据和接收的不同入射角度的第一微波信号的先后时间差信息发送给所述前方列车的车尾终端5；

所述前方列车的车尾终端5，用于根据所述车尾天线4发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器3获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正；按照sds-twr的测距方法，通过所述前方列车的车尾天线4向所述目标列车回传第二微波信号，所述第二微波信号中带有所述前方列车的方向信息和时间修正信息；

所述目标列车的车首天线1，用于接收所述前方列车的车尾天线4回传的第二微波信号，获取第二微波信号的接收角度信息并根据所述第二微波信号的接收角度信息对第二微波信号进行调解，将所述第二微波信号的接收角度信息、调解的数据和接收的不同入射角度的第二微波信号的先后时间差信息发送给所述目标列车的车首终端2；

所述目标列车的车首终端2，还用于根据所述车首天线1发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器3获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正，获取所述目标列车的车首天线1发出第一微波信号到收到回传的第二微波信号的时间间隔t1和所述前方列车的车尾天线4从收到第一微波信号到发出回传的第二微波信号的时间间隔t2；

在第二次测量时：

所述前方列车的车尾终端5，用于通过车尾天线4调制后发送第三微波信号给所述目标列车，所述第三微波信号中包含从本车的列车车载控制器3获得的行驶方向信息；

所述目标列车的车首天线1，用于接收所述前方列车的车尾终端5通过车尾天线4调制后发送的不同入射角度的第三微波信号，获取第三微波信号的接收角度信息并根据所述第三微波信号的接收角度信息对第三微波信号进行调解，将所述第三微波信号的接收角度信息、调解的数据和接收的不同入射角度的第三微波信号的先后时间差信息发送给所述目标列车的车首终端2；

所述目标列车的车首终端2，用于根据所述车首天线1发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器3获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正；按照sds-twr的测距方法，通过所述目标列车的车首天线1向所述前方列车回传第四微波信号，所述第四微波信号中带有所述目标列车的方向信息和时间修正信息；

所述前方列车的车尾天线4，用于接收所述目标列车的车首天线1回传的第四微波信号，获取第四微波信号的接收角度信息并根据所述第四微波信号的接收角度信息对第四微波信号进行调解，将所述第四微波信号的接收角度信息、调解的数据和接收的不同入射角度的第四微波信号的先后时间差信息发送给所述前方列车的车尾首终端5；

所述前方列车的车尾首终端5，还用于根据所述车尾天线4发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器3获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正，获取前方列车的车尾天线4发出第三微波信号到收到回传的第四微波信号的时间间隔t4和所述目标列车的车首天线1从收到第三微波信号到发出回传的第四微波信号的时间间隔t3，将t3和t4发送给所述目标列车的车首终端2；

所述目标列车的车首终端2，还用于根据t1、t2、t3和t4，获取所述目标列车的车首终端2与所述前方列车的车尾终端5之间的距离；

其中，所述车首天线1和所述车尾天线4均为基于dbf技术的智能天线。

进一步地，所述目标列车的车首终端，还用于

根据t1、t2、t3和t4，通过第一公式，获取所述目标列车的车首终端与所述前方列车的车尾终端之间的距离d；

其中，所述第一公式为：

其中，c为光速，所述车首天线和所述车尾天线均为基于dbf技术的智能天线。

可以理解的是，本实施例利用dbf技术可以得到天线不同入射角度、同时接收的微波信号，并根据角度信息解调这些信号，而现有的基于sds-twr测距方法使用的普通天线无法获得角度信息，从而不能解调不同入射角度、同时接收的微波信号。本实施例利用dbf技术可以得到在信号多径的情况下，不同入射角度微波信号到达同一个天线的先后顺序，可以计算出这些信号到达的时间差。本实施例在信号多径及有干扰的情况下，可以判断出所需信号到达的时间。

进一步地，所述获取第一微波信号的接收角度信息，可以包括：利用dbf(digitalbeamforming，数字波形成形或数字波束合成)技术，获取第一微波信号的接收角度信息；

相应地，所述获取第二微波信号的接收角度信息，可以包括：利用dbf技术，获取第二微波信号的接收角度信息；

相应地，所述获取第三微波信号的接收角度信息，可以包括：利用dbf技术，获取第三微波信号的接收角度信息；

相应地，所述获取第四微波信号的接收角度信息，可以包括：利用dbf技术，获取第四微波信号的接收角度信息。

可以理解的是，dbf技术是天线波束形成原理与数字信号处理技术相结合的产物，主要利用doa(directionofarrival，来波方向)估计和波束形成方法，其中通过doa估计方法可以确定信号的方向。

可以理解的是，本实施例中，基于dbf技术的智能天线作为接收信号波束方向的主要判断依据。根据波束的方向，不仅可以发送和解调单个信号，而且可以同时解调多个不同方向的来波信号。

基于dbf技术的智能天线的具体结构可参考上述方法实施例中的说明，此处不再赘述。

由此，本实施例利用dbf技术，可以准确获取第一、二、三或四微波信号的接收角度信息。

在具体应用中，根据由于多径问题影响收到的多个信号先后顺序，以第一个收到的信号作为时间参考，根据从本列车的列车车载控制器获取的列车位置信息和电子地图信息对由于弯道引起的时间误差进行修正的方法，包括：经验值法和平均值法等，本实施例并不对其进行限制。

可以理解的是，通常传输时间最短的信号的信号路径最短，考虑到列车前后间隔的安全应以最短路径作为参考。

可以理解的是，本实施例对由于弯道引起的时间误差进行修正后，可以使本实施例获取所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离的计算结果更加准确。

进一步地，，在上述实施例的基础上，所述前方列车的车尾终端根据所述车尾天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，还可以包括：

根据接收的信号的接收角度信息，排除直道情况下非正前方接收的信号的数据；

相应地，所述目标列车的车首终端根据所述车首天线发送过来的数据中的行驶方向信息筛选出同向行驶列车发送的数据，还可以包括：

根据接收的信号的接收角度信息，排除直道情况下非正前方接收的信号的数据。

这样，可以使本实施例获取所述车首终端与位于所述目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离的计算结果更加准确。

本发明实施例提供的一种城轨列车防碰撞预警系统，能够更加精确的获取目标列车的车首终端与位于目标列车行驶方向前方列车的车尾终端之间的距离并根据该距离向列车车载控制器进行防碰撞预警，可有效提高城轨列车运行的安全性。本实施例所述系统可以降低基于sds-twr的测距方法在城轨列车上应用时由于存在隧道内多径效应问题引起的误差，提高测距的准确度，可以降低基于sds-twr的测距方法由于外部干扰而引起的判断错误概率和误差，提高测距的准确度，可以解决基于sds-twr的测距方法由于上下行会车造成的误判断。

本实施例的城轨列车防碰撞预警系统，可以用于执行实现前述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统/装置、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、系统/装置、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置/系统。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。