基于卫星导航、无线指纹及北斗短报文通信的列车定位系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种基于卫星导航、无线指纹及北斗短报文通信的列车定位系统，包括：列车车头定位单元和列车车尾定位单元；所述列车车头定位单元包括：第一短报文装置、第一CPU、第一卫星导航装置、第一惯性导航装置和第一无线电装置；所述第一CPU分别与所述第一短报文装置、所述第一卫星导航装置、所述第一惯性导航装置、所述第一无线电装置进行通信连接；所述列车车尾定位单元包括：第二短报文装置、第二CPU、第二卫星导航装置、第二惯性导航装置和第二无线电装置；所述第二CPU分别与所述第二短报文装置、所述第二卫星导航装置、所述第二惯性导航装置、所述第二无线电装置进行通信连接；所述第一无线电装置和所述第二无线电装置采集列车两端当前位置的无线电信号特征。

Train positioning system based on satellite navigation, wireless fingerprint and Beidou short message communication

The utility model provides a satellite based navigation, wireless fingerprint and Beidou short message communication train positioning system, including: the front of the train positioning unit and train rear positioning unit; the front of the train positioning unit includes a first short message device, the first CPU, the first satellite navigation device, the first inertial navigation device and the first radio device; the first CPU respectively with the first short message device, the first satellite navigation device, the first inertial navigation device, the first radio communication connection; the train tail positioning unit includes second short message device, second CPU, second satellite navigation device, second inertial navigation equipment and the second radio; the second CPU respectively and the second short message device, the second satellite navigation device, the second used The sexual navigation device and the second radio device communicate and connect, and the first radio device and the second radio device collect the characteristics of the radio signal at the two ends of the train.

【技术实现步骤摘要】
基于卫星导航、无线指纹及北斗短报文通信的列车定位系统
本技术属于铁路信号
，特别涉及一种基于卫星导航、无线指纹及北斗短报文通信的列车定位系统。
技术介绍
铁路信号系统负责控制列车在线路上的运行，通常采用时间分隔或者空间分隔等方法来确保列车彼此之间保持固定或者可变的间隔，实现列车的追踪运行。在上述控制中，需要获取每列列车的当前位置并实时给出相应的授权指令，以确保列车不产生追尾碰撞等情况。目前，我国铁路列车定位主要有如下几种方式：1、基于轨旁安装的轨道电路或者计轴设备与地面控制系统连接，通过轨道占用空闲检查来实现列车定位；2、通过车载转速计或转速计加雷达构成车载测速测距单元，配合地面应答器校准，通过GSM-R/LTR-R/LTE-M/WiFi/漏缆/波导管传送到地面控制系统实现列车定位；3、结合上述第1种和第2种方式，在采用第2种方式的同时，利用车载轨道电路读取器获得第1种方式地面上铺设的轨道电路信息(如长度、分隔点等)，进行数据融合修正，进一步提高定位精度。对于上述方式1，需要在轨旁安装大量设备，建设成本较高，安装维护困难，且无论是轨道电路还是计轴，都不可避免存在易受干扰的问题。特别是目前国内大量采用的轨道电路方式，存在红光带和压不死的问题。对于上述方式2，一方面，雷达容易受雨水、金属物体等干扰，转速计无法有效应对空转和打滑；即便两者组合，也无法避免轮径磨耗带来的误差，需要定期修正轮径数据；另一方面，轨旁需要部署大量的地面应答器，安装维护工作量大，一旦线路变化，需要重新配置应答器，更改麻烦，且容易出错；另外，暴露在线路中央的应答器，也容易被列车遗洒物覆盖或者砸坏，或者失窃。因为应答器是单向通信，定位信息传递到轨旁时，要么部署大量的地面通信基站或者无线接入点，要么需要沿轨道部署漏泄电缆或者漏泄波导管，导致系统建设成本较高，而且易受干扰。对于上述方式3，通过结合方式1和方式2，虽然提高了定位精度，但是系统复杂度提高了，引入的设备和系统更多更复杂了，而且，由于轨道电路分隔区并不是物理上的一个点，而是边界模糊的一个区段，对绝对精度的提升有限，一旦轨道参数变化，还容易引入新的干扰。同时，方式3的轨旁设备数量并没有减少，同时也没有摆脱对轨旁通信基础设施的依赖。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术提出了一种新型的基于卫星导航、无线指纹及卫星短报文通信的列车定位系统，通过引入卫星短报文通信，结合卫星导航、无线信号监测、惯性导航和转速计等技术，在不依赖轨旁通信基础设施的同时，降低了对应答器的依赖，同时提升了定位精度。同时，根据需要，可以与既有的列车定位系统并存和兼容。本技术通过以下技术方案实现。一方面，本技术提供一种基于卫星导航、无线指纹及卫星短报文通信的列车定位系统，包括：列车车头定位单元和列车车尾定位单元；所述列车车头定位单元包括：第一短报文装置、第一CPU、第一卫星导航装置、第一惯性导航装置和第一无线电装置；所述第一CPU分别与所述第一短报文装置、所述第一卫星导航装置、所述第一惯性导航装置、所述第一无线电装置进行通信连接；所述列车车尾定位单元包括：第二短报文装置、第二CPU、第二卫星导航装置、第二惯性导航装置和第二无线电装置；所述第二CPU分别与所述第二短报文装置、所述第二卫星导航装置、所述第二惯性导航装置、所述第二无线电装置进行通信连接；所述第一无线电装置和所述第二无线电装置采集列车两端当前位置的无线电信号特征。其中，所述无线电信号特征可以是频率、场强和/或基站的识别号等。其中，所述第一CPU和所述第二CPU可以分别包括多个CPU单元，相应的，所述第一卫星导航装置和所述第二卫星导航装置可以分别包括多个卫星导航单元，所述第一惯性导航装置和所述第二惯性导航装置可以分别包括多个惯性导航单元。所述卫星导航装置可以具有相应的卫星天线。所述第一短报文装置和所述第二短报文装置可以分别具有相应的卫星短报文天线，所述第一无线电装置和所述第二无线电装置可以分别具有相应的无线侦听天线。其中，所述列车车头定位单元和所述列车车尾定位单元还可以具有电源装置、防雷装置及外壳。进一步地，所述第一卫星导航装置和所述第二卫星导航装置采集列车两端的位置数据。进一步地，所述第一惯性导航装置和所述第二惯性导航装置采集列车两端的惯导数据。进一步地，所述第一CPU和所述第二CPU根据所述列车两端的位置数据实时解算出列车位置。其中，所述惯导数据(如加速度、加速度、磁偏角等)用来提高列车定位系统的定位精度。进一步地，所述第一CPU和所述第二CPU提取所述列车两端当前位置的无线电信号特征，形成区域的无线电信号指纹，存入列车地面控制系统的铁路沿线无线电指纹数据库。进一步地，在将区域的无线电信号指纹存入列车地面控制系统的铁路沿线无线电指纹数据库时，同时存入该指纹的时间戳。其中，可通过列车多次反复运行，不断扩大和更新所述无线电指纹数据库。进一步地，第一CPU发送控制指令到第一卫星导航装置和/或第一惯性导航装置，接收第一卫星导航装置和/或第一惯性导航装置的数据(经纬度、速度、航向和/或加速度、角速度等)；第二CPU发送控制指令到第二卫星导航装置和/或第二惯性导航装置，接收第二卫星导航装置和/或第二惯性导航装置的数据(经纬度、速度、航向和/或加速度、角速度等)；第一CPU和第二CPU还分别控制第一无线电装置和第二无线电装置，实时收集铁路沿线的所述无线电信号特征。第一CPU和第二CPU还分别控制第一短报文装置和第二短报文装置，接收和发送卫星短报文。另一方面，本技术还提供一种基于上述列车定位系统进行列车定位的方法，包括以下步骤：1)所述第一卫星导航装置和所述第二卫星导航装置实时采集列车两端的位置数据；所述第一无线电装置和所述第二无线电装置采集列车两端当前位置的无线电信号特征；2)所述第一CPU和所述第二CPU根据所述列车两端的位置数据实时解算出列车位置；所述第一CPU和所述第二CPU提取所述列车两端当前位置的无线电信号特征，形成区域的无线电信号指纹，存入列车地面控制系统的铁路沿线无线电指纹数据库；3)根据卫星信号获取列车位置；根据实时采集到的无线电信号特征，向所述无线电指纹数据库进行索引，获得对应的列车位置。进一步地，还包括以下步骤，4)通过卫星短报文通信，将步骤3)获取的列车位置信息传送给所述列车地面控制系统；5)如果根据卫星信号解算的列车位置与实时采集到的无线电信号索引的列车位置不同，在鉴别后选择是否丢弃。其中，上述“第一”、“第二”仅是为了标识，并不意图限定部件的结构。上述“列车”的类型可以例如是普通列车、动车、高铁、城市轨道车辆等轨道编组车辆。上述“卫星”可以是具有定位和短报文通信功能的各种卫星系统。本技术的有益效果：1、同时收集卫星定位信号和铁路沿线无线电信号，并通过持续收集和特征采集，建立铁路沿线的无线电指纹特征数据库，并持续更新该数据库；2、首先采用卫星导航作为列车定位手段，在卫星信号不可用(如隧道、山区、峡谷等)的情况下，仍然可以铁路沿线无线电指纹特征数据库，获得较为精准的列车定位；3、采用卫星短报文通信传递列车定位信息，避免了沿线大量建设通信基站或者无线接入点、敷设露缆或者波导管等工作，可以有效节约建设成本；本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于卫星导航、无线指纹及北斗短报文通信的列车定位系统，包括：列车车头定位单元和列车车尾定位单元；所述列车车头定位单元包括：第一短报文装置(70)、第一CPU(10)、第一卫星导航装置(30)、第一惯性导航装置(20)和第一无线电装置(50)；所述第一CPU(10)分别与所述第一短报文装置(70)、所述第一卫星导航装置(30)、所述第一惯性导航装置(20)、所述第一无线电装置(50)进行通信连接；所述列车车尾定位单元包括：第二短报文装置(70)、第二CPU(10)、第二卫星导航装置(30)、第二惯性导航装置(20)和第二无线电装置(50)；所述第二CPU(10)分别与所述第二短报文装置(70)、所述第二卫星导航装置(30)、所述第二惯性导航装置(20)、所述第二无线电装置(50)进行通信连接；所述第一无线电装置(50)和所述第二无线电装置(50)采集列车两端当前位置的无线电信号特征。

【技术特征摘要】
1.基于卫星导航、无线指纹及北斗短报文通信的列车定位系统，包括：列车车头定位单元和列车车尾定位单元；所述列车车头定位单元包括：第一短报文装置(70)、第一CPU(10)、第一卫星导航装置(30)、第一惯性导航装置(20)和第一无线电装置(50)；所述第一CPU(10)分别与所述第一短报文装置(70)、所述第一卫星导航装置(30)、所述第一惯性导航装置(20)、所述第一无线电装置(50)进行通信连接；所述列车车尾定位单元包括：第二短报文装置(70)、第二CPU(10)、第二卫星导航装置(30)、第二惯性导航装置(20)和第二无线...

【专利技术属性】
技术研发人员：施卫忠，朱少彤，杨志杰，开祥宝，李克，欧阳籽勃，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院通信信号研究所，中国铁道科学研究院，北京市华铁信息技术开发总公司，北京锐驰国铁智能运输系统工程技术有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11