一种用于轨道交通车地无线系统的车载天线系统的制作方法

本发明属于列车无线通讯领域，特别涉及一种用于轨道交通车地无线系统的车载天线系统。
背景技术：
在轨道交通中，运行过程中的列车需要与地面传输数据，包括：列车控制信号业务、紧急文本、列车状态信息、视频监控、乘客信息系统以及车载火警信息等。通过车地无线系统来实现上述列车与地面的数据传输。在2016年前，一般采用wlan技术建设车地无线系统，随着td-lte无线移动通信技术在行业市场的应用和专网频率的分配，2016后新建的轨交线路都采用td-lte技术建设车地无线系统。在轨道交通中，有些线路是全地下线，有些线路由地下段和地面段构成。因为轨道的特点，车地无线系统不适宜采用天线进行沿线的覆盖，一般采用漏缆覆盖轨道沿线，漏缆有损耗小、适合线状部署等特点。地下隧道一般将漏缆安装在隧道顶部与车顶高度一致的地方，地面高架段漏缆一般安装在靠近车底的位置。当地下隧道和地面高架段的漏缆安装位置不一致时，就需要在列车的车顶和车两侧同时安装天线。如果列车只安装车顶天线，则在高架段需要将漏缆架高到距轨面3.8米以上，实施困难，因此在高架段则使用车侧天线。另外，列车运行过程中还要折返，所以在列车的左右侧都得安装天线。一般在车顶安装鲨鱼鳍天线（两副）、车两侧安装双极化平板天线，然后经过一个车载合路器，将三处天线信号合路后再连接到车载接入单元（tau）上。但是，上述天线设计方式存在以下问题：一、车载天线合路器是无源器件，现有方案需要设计2层合路（如图1所示），损耗大，整个车载天线合路器的衰减达到7-8db，也就是说有80%的无线信号通过车载天线合路器后会被浪费，有用信号仅为20%。二、列车在地下时，车顶天线靠近漏缆，主要通过车顶天线来接收和发射信号；车两侧的天线发射的信号浪费，而且还会接收到干扰信号。三、列车在地面时，车一侧的天线靠近漏缆，主要通过某一侧的天线接收和发射信号，另一侧天线和车顶天线发射的信号浪费，而且还会接收到干扰信号。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种用于轨道交通车地无线系统的车载天线系统，从而克服列车与漏缆相对位置不确定及多面天线同时发射或接收时造成信号功率损失的缺陷。为实现上述目的，本发明提供了一种用于轨道交通车地无线系统的车载天线系统，包括：车载天线模块，其具有若干副设于列车上的车载天线；信号检测模块，其与所述车载天线模块连接，用于周期性获取所述车载天线模块中的各副所述车载天线的接收信号强度；列车定位系统，其用于根据预先设定的地理坐标点，当列车经所设定的所述地理坐标点时获取对应的地理坐标信号发送至所述天线选择模块；设定模块，其用于配置信号检测模式、地理坐标检测模式、综合检测模式中的一种；天线选择模块，其分别与所述设定模块、信号检测模块和列车定位系统连接，根据所述设定模块配置的检测模式选择当前特定的车载天线；车载合路器，其分别与若干副所述车载天线和车载接入单元连接，用于分别控制若干副所述车载天线的通断；以及连接控制模块，其分别与所述天线选择模块和所述车载合路器连接，用于根据所述天线选择模块选择的车载天线，控制所述车载合路器切换选择的车载天线接入所述车载接入单元。优选的，上述技术方案中，所述模块设置能够设定所述信号检测模块测量的周期间隔。优选的，上述技术方案中，根据列车轨道沿线的地理位置特点设定天线切换触发点，当列车经过列车轨道的所述天线切换触发点时，所述列车定位系统将对应的地理坐标信号发送至天线选择模块。优选的，上述技术方案中，当所述设定模块配置信号检测模式时，所述天线选择模块选择所述信号检测模块检测信号最强的车载天线。优选的，上述技术方案中，当所述设定模块配置地理坐标检测模式时，所述天线选择模块根据所述地理坐标信号获取对应的车载天线。优选的，上述技术方案中，当所述设定模块配置综合检测模式时，所述天线选择模块将所述信号检测模块检测信号最强的车载天线与根据所述地理坐标信号获取的车载天线作比较，当两者一致时选择所述信号检测模块检测信号最强的车载天线，不一致时选择所述地理坐标信号对应的车载天线。优选的，上述技术方案中，所述天线选择模块选择信号最强的一副车载天线作为当时的工作天线。优选的，上述技术方案中，当配置信号检测模式或综合检测模式时，所述天线选择模块根据所述信号检测模块发送的多副所述车载天线的接收信号强度进行选择的步骤为：设sn为编号n的所述车载天线的接收信号强度；∆为多副所述车载天线选择时的信号强度差值；设一次信号检测执行后若干副所述车载天线的接收信号强度顺序为：s2>s1>s3；当s2-s1>∆，选择所述车载天线s2作为工作天线；当s2-s1<∆、s2-s3>∆时，选择所述车载天线s2和车载天线s1作为工作天线；当s2-s1<∆、s2-s3<∆时，选择所述车载天线s1、车载天线s2和车载s3作为工作天线。优选的，上述技术方案中，所述信号强度差值∆由所述设定模块进行设定。与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：1.本发明中用于轨道交通车地无线系统的车载天线系统，于列车在运行过程中，结合列车定位系统对列车位置的精确测量所选择的车载天线与信号检测模块所选择的信号最优的车载天线进行综合判断或者独立判断，触发车载天线系统自动采用预设好的最佳车载天线或者信号最佳的车载天线用于无线信号的收发，其他未被选择的车站天线将被车载合路器旁路，即不会被连接到车载接入单元。本发明的车载天线系统提高了接收有用信号强度，避免损失发射功率以及接收到干扰信号，使得耗损功率降到最低，并提高了整个车地无线系统数据传输速率和性能。2.本发明根据需要能够选择信号最佳的一副或多副车载天线用于无线信号的收发，不仅降低了耗损功率，而且提高了接收有用信号的强度。附图说明图1是现有车载合路器的结构图。图2是根据本发明的车载天线系统的布置结构图。图3是根据本发明的用于轨道交通车地无线系统的车载天线系统的结构图。图4是根据本发明的车载合路器的结构图。主要附图标记说明：1-车载天线，2-漏缆。具体实施方式下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。图3显示了根据本发明优选实施方式的用于轨道交通车地无线系统的车载天线系统的结构图。如图3所示，用于轨道交通车地无线系统的车载天线系统包括：车载天线模块10、信号检测模块20、列车定位系统30、天线选择模块40、设定模块80、连接控制模块60、车载合路器50。车载天线模块10具有若干副设于列车上的车载天线，若干副车载天线分别与车载合路器50连接。具体的，针对均在地面高架段的列车的漏缆的位置，车载天线可为两副，两副车载天线分别设于列车的两侧；进一步的，针对地下隧道和地面高架段相结合的轨道，车载天线为四副，两副车载天线分别设于列车的两侧，两副车载天线设于列车的顶部。各车载天线可以独立工作，进行无线信号的接收和发射。各天线也可以通过车载合路器连接起来，将各自接收到的信号进行叠加，或者将发射信号分路到各车载天线进行发射。信号检测模块20与车载天线模块10连接，用于周期性获取车载天线模块10中的各车载天线的信号强度；具体的，在系统运行期间，各车载天线都要保持正常的信号接收，通过信号检测模块20测量各车载天线接收到的有用信号的强度进行测量和记录。该测量过程优选为周期性执行，周期可配置，如5-7秒检测一次；进一步的，还可以对多次测量的测量结果执行算术平均处理。列车定位系统30用于根据预先设定的列车在轨道上的地理位置的地理坐标点，当列车经所设定的地理坐标点时获取对应的地理坐标信号发送至天线选择模块；具体的，根据列车轨道沿线的地理位置特点设定天线切换触发点，当列车经过列车轨道的天线切换触发点时，列车定位系统能够自动将当前的地理坐标信号发送至天线选择模块。由于列车线路建设后都会保持长期不变，比如隧道入口、列车折返线都是固定不变的，因此可根据列车线路的地理位置设定所使用的车载天线，比如列车在地面运行时，使用靠近地面漏缆的右侧车载天线工作性能最佳，当列车从地面进入隧道，漏缆安装在隧道顶部，此时使用车顶车载天线工作性能最佳。地铁运行中，列车定位系统30可以获得列车所在轨道的精确位置的地理坐标信号。因此基于列车定位系统30给出的地理坐标信号，在上述方法中，可以替换信号检测模块20，为天线选择模块40提供输入。设定模块80用于配置信号检测模式、地理坐标检测模式、综合检测模式中的一种，该设定模块80优选为人工设定模式，可根据铁路的类型，人工设定该轨道线路上列车的天线接收方式。天线选择模块40分别与设定模块80、信号检测模块20和列车定位系统30连接，用于当配置信号检测模式时，选择信号检测模块20检测信号最强的车载天线；当配置地理坐标检测模式时，根据地理坐标信号获取对应的车载天线；当配置综合检测模式时，将信号检测模块20检测信号最强的车载天线与根据地理坐标信号获取的车载天线作比较，当两者一致时选择信号检测模块20检测信号最强的车载天线，不一致时选择地理坐标信号对应的车载天线。其中，天线选择模块40基于以下逻辑执行选择过程：1.选择接收信号最强的一副车载天线；2.如多根车载天线的有用信号相当时，也可以同时选择多副车载天线；比如在停车场，基站信号通过定向天线发射，则3面车载天线同时工作使得效果最佳。进一步的，当配置信号检测模式或综合检测模式时，此时涉及到判断信号检测模式接收的多副车载天线的信号强度，即天线选择模块根据信号检测模块发送的多副车载天线的接收信号强度进行比较选择的算法的步骤为：假设sn为编号n的天线的接收信号强度；∆为多天线选择时的信号强度差值，由使用者在设定模块80提前设置。某一次信号检测执行后3副车载天线的信号强度顺序为：s2>s1>s3；当s2-s1>∆，选择车载天线s2作为工作天线；当s2-s1<∆、s2-s3>∆时，选择车载天线s2和车载天线s1作为工作天线；当s2-s1<∆、s2-s3<∆时，选择车载天线s2、车载天线s1和车载天线s3作为工作天线。3.当配置为地理坐标检测模式时，如列车从地面运行到隧道口时，列车定位系统30感应到预设地理坐标的天线切换触发点，列车定位系统30触发一个地理坐标信号（如线路坐标信息）给天线选择模块40，天线选择模块40基于此信息，获知列车将由地面进入地下的车载天线，本来在使用的车侧天线因为隧道中漏缆位置变高而不再匹配，因此天线选择模块40选择列车定位系统30获取地理坐标信号对应的车载天线作为工作天线，触发连接控制模块60选择列车的车顶车载天线工作。4.当配置为综合检测模式时，如列车从地面运行到隧道口时，列车定位系统30感应到预设地理坐标触发点，列车定位系统30触发一个地理坐标信号（如线路坐标信息）给天线选择模块40，天线选择模块40基于此信息，获知列车将由地面进入地下的车载天线，本来在使用的车侧天线因为隧道中漏缆位置变高而不再匹配，而此时若信号检测模块20因周期性未能及时获取正确信号最强的车载天线，则造成信号检测模块20所检测信号最强的车载天线和列车定位系统30获取地理坐标信号对应的车载天线不一致，因此天线选择模块40选择列车定位系统30获取地理坐标信号对应的车载天线作为通信天线，触发连接控制模块60选择列车的车顶车载天线工作。之后列车在隧道稳定行驶时，列车定位系统和信号检测模块检测到的车载天线一致，则按照信号检测模块20所获取车载天线进行通信即可。连接控制模块60分别与车载合路器50和天线选择模块40连接，用于根据天线选择模块40选择的车载天线，控制车载合路器50切换至选择的车载天线。车载合路器50可根据连接控制模块60给出的关断信息，连接当前选择的工作天线、断开其他天线的连接。车载接入单元70（车载终端）与车载合路器50连接以接入选择的车载天线。执行完连接控制后，可以提供当前最优的车载天线系统，为车载接入单元进行信号的收发，整个车载天线系统损坏最小、并且达到最佳的信号强度。因天线系统中的天线都独立工作，能够控制每副车载天线的通断，工作时一部分车载天线不工作，因此能够降低信号的耗损。下面，对该实施例中的车载天线系统的应用实施进行详细的介绍，以使本领域技术人员更清楚本发明的构思。如图2所示，选择的地铁线路存在地下段和地面段，受限于漏缆的部署限制，在地下段漏缆2部署在隧道顶部3.8米的位置，在地面段漏缆2只能安装在轨道两旁高1米的支架上。因为列车本身体积较大，如果仅安装车顶天线，在地面段漏缆的信号会被车体遮挡，大大影响车顶天线的接收效果。因此必须在车侧面也安装天线。最终确定车载天线模块10。车载天线1由车顶车载天线、车左侧车载天线、车右侧车载天线构成。通过设定模块人工设定以综合检测模式作为天线的检测模式，列车开始运行，车载天线系统上电，三面车载天线都连接到信号检测模块20，信号检测模块20同时对三面车载天线接收到的有用信号进行测量，并分别记录三面车载天线的信号强度。进行信号测量的周期可以基于列车运行速度设定，如设计时速为100km/h的线路可以5秒进行一次测量、设计时速为80km/h的线路可以6秒进行一次测量。为了避免单次测量不准引起的误差，信号检测模块20可以对多次测量的测量结果执行算术平均处理。信号检测模块20将每个车载天线测量结果发送给天线选择模块40。同时预先测量好列车轨道需要进行天线切换的具体位置点，比如由地面进入地下隧道的位置、从地下隧道进入地面的位置、列车从左线折返到右线的位置、列车从右线折返到左线的位置等，具体如表1所示。该位置信息将保存在列车定位系统30，一旦列车定位系统判定列车运行到该位置点，即会发指令至天线选择模块40进行天线切换。表1：本实施例中特殊位置和相应的最佳天线选择线路坐标位置描述最佳天线选择dk00.100左线折返到右线右侧车载天线dk10.234地面进入地下隧道顶部车载天线dk16.432地下隧道进入地面右侧车载天线dk22.789右线折返到左线左侧车载天线本实施例中，列车先在地面行驶，漏缆安装在列车行驶方向的右侧轨道旁边。信号检测模块设置了5秒的测量周期，对10次测量结果进行算术平均后得到各子天线的信号强度分别：车顶天线-100dbm，车右侧天线-60dbm，车左侧天线-105dbm。因列车经过天线切换的具体地理位置点dk00.100后很长一段路线均未到达下一个天线切换的具体地理位置点，因此列车定位系统30与信号检测模块20所选择的车载天线一致，基于信号检测模块20测量的各车载天线的信号强弱（车顶车载天线-100dbm，车右侧车载天线-60dbm，车左侧车载天线-105dbm），天线选择模块40根据有用信号的强弱，选择信号最佳的车右侧车载天线作为工作天线。天线选择模块40将选择结果（车右侧车载天线）发送给连接控制模块60，连接控制模块60控制车载合路器50中多个车载天线的连接关系，仅保持所选的车右侧车载天线与车载接入单元连接，旁路没有被选中的车顶车载天线和车左侧车载天线。如图4所示，车载合路器50内部连接线路上设置多个通断开关，本实施中，天线选择模块40选择了车右侧天线作为工作天线，此时，连接控制模块60控制车载合路器50内部1/2/3/4号开关断开，5/6号开关闭合。随着列车的运行，开始进入地下隧道，地下隧道漏缆安装在隧道顶部旁边。而此时信号检测模块20按所设置的6秒测量周期，但刚进入隧道时若6秒的测量周期未过，也不会马上进行天线信号的检测，此时，列车已运行到dk10.234，列车定位系统30判定列车位置与所设置的触发点相同，就将该位置信息（dk10.234）发送给车载天线系统中的天线选择模块40，而此时信号检测模块20因未到达下一个6秒测量周期，所检测的信号最强的车载天线与列车定位系统30不一致，因此天线选择模块40选择列车定位系统30所选择的车载天线。天线选择模块40同样保存了上述表格，基于此位置信息（dk10.234），获知列车将由地面进入地下隧道，此时的最佳天线为顶部车载天线。天线选择模块40将选择结果（顶部车载天线）发送给连接控制模块60，连接控制模块60控制车载合路器50中多个子天线的连接关系，仅保持所选的顶部车载天线与车载接入单元连接，旁路没有被选中的左侧车载天线和右侧车载天线。当信号检测模块达到下一个6秒测量周期，即执行各车载天线的信号强度测量，对10测量结果进行算术平均后得到各车载天线的信号强度分别：车顶天线-50dbm，车右侧天线-102dbm，车左侧天线-104dbm。基于信号检测模块测量的各车载天线的信号强弱（车顶车载天线-50dbm，车右侧车载天线-102dbm，车左侧车载天线-104dbm），天线选择模块40根据有用信号的强弱，选择信号最佳的车顶车载天线作为工作天线，此时与车载控制系统所选择的车载天线相同，因此天线选择模块40将选择结果（车顶车载天线）发送给连接控制模块60，连接控制模块60控制车载合路器50中多个车载天线的连接关系，仅保持所选的车顶车载天线与车载接入单元连接，旁路没有被选中的车右侧车载天线和车左侧车载天线。同理，随着列车的继续运行，运行到dk16.432，列车定位系统30判定列车位置与所设置的触发点相同，就将该位置信息（dk16.432）发送给车载天线系统中的天线选择模块，天线选择模块基于此位置信息（dk16.432），获知列车将由地下隧道进入地面，并与信号检测模块20所选择的最强信号作对比，将最佳天线为车右侧车载天线。天线选择模块40将选择结果（车右侧车载天线）发送给连接控制模块60，连接控制模块60控制车载合路器50中多个车载天线的连接关系，仅保持所选的车右侧车载天线与车载接入单元连接，旁路没有被选中的车右侧车载天线和车左侧车载天线。待列车行驶完全处于地面段行驶时，则此时列车定位系统30与信号检测模块20所选择的车载天线相同，因此，根据信号检测模块20的检测结果选择车载天线即可。值得说明的是，当通过设定模块80选择信号检测模式，则列车定位系统30不工作，完全由信号检测模式20进行工作，天线选择模块40选择信号检测模式20检测的信号最强的车载天线作为通信天线，方法如上述信号检测模式20与天线选择模块40之间配合的方式一致；当通过设定模块80选择地理坐标检测模式，则信号检测模式20不工作，完全由列车定位系统30进行工作，天线选择模块40从列车定位系统30发出的地理坐标信号获取对应的车载天线作为通信天线，方法如上述列车定位系统30与天线选择模块40之间配合的方式一致。综上所述，列车在运行过程中，结合列车定位系统对列车位置的精确测量所选择的车载天线与信号检测模块所选择的信号最优的车载天线进行综合判断，触发车载天线系统自动采用预设好的最佳的车载天线用于无线信号的收发，提高了车载天线的信号强度，避免其他车载天线损失发射功率以及接收到干扰信号，使得耗损功率降到最低，并提高了整个车地无线系统数据传输速率和性能。前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。当前第1页12