CN104925092B - 轨道交通辅助追踪预警防撞系统及其追踪预警方法 - Google Patents

Abstract

一种轨道交通辅助追踪预警防撞系统及其追踪预警方法，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设置在列车状态可能发生变化的轨道位置处的RFID标签，车载设备包含主控模块，以及分别电性连接主控模块的二次雷达探测模块、RFID信息读写模块、显示示警终端和电源模块，追踪预警方法采用线性调频脉冲压缩及信号编码取平均方法提高测距准确性；对各目标车辆距离信息分类、滤波建立稳定跟踪，提高了抗干扰性能；融合了列车运行状态自动识别和手动设置双重功能，以适应更多行车工况。

Description

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

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

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 CN102756748 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CN104149818 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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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 = Δf >> 1/τ，距离分辨率Δr=c/2B，其中c为电磁波传播速度。

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，建立稳定的距离跟踪。

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。

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，如果目标个数小于等于N，则进行步骤S707，如果目标个数大于N，则进行步骤S708；

步骤S706、问询设备进行目标跟踪，对目标应答设备进行连续M次测距，进行步骤S709；

步骤S707、问询设备进行目标跟踪，对所有进行目标跟踪的目标应答设备进行测距，测距总次数等于M次，进行步骤S709；

步骤S708、选择距离值最小的N个目标应答设备进行目标跟踪，进行步骤S707；

步骤S709、问询设备每隔时间T1向主控模块发送目标应答设备的地址和距离信息，进行步骤S702；

所述的应答设备的应答过程包含以下步骤：

步骤S711、应答设备中的二次雷达探测模块接收问询设备发送的问询信号，对问询信号进行脉冲压缩和解码操作，对问询信号中的源地址进行提取和记录；

步骤S712、判断问询信号的源地址是否在应答设备的应答地址范围内，如果是，进行步骤S713，如果否，则不响应；

步骤S713、应答设备对应答信号进行编码，生成编码信号，并将编码信号发送出去；

应答信号的编码信号中的源地址为本应答设备的地址，目的地址为所接收到的问询信号的问询设备的地址。

本发明具有以下优势：采用线性调频脉冲压缩及信号编码取平均方法提高测距准确性；信号处理部分对各目标车辆距离信息分类、滤波建立稳定跟踪，提高了抗干扰性能；融合了列车运行状态自动识别和手动设置双重功能，以适应更多行车工况；列车运行时在探测范围内可能会有多列车多台设备存在，为了进行设备识别，只在有潜在危险列车间建立二次雷达探测，对设备进行地址分配，并对发射信号进行编码。

附图说明

图1和图2是本发明提供的轨道交通辅助追踪预警防撞系统的地面设备的设置示意图。

图3是本发明提供的轨道交通辅助追踪预警防撞系统的车载设备的电路框图。

图4是轨道交通辅助追踪预警防撞系统中二次雷达探测模块的电路图。

图5是编码方法的示意图。

图6是编码格式。

图7是Chirp（啁啾）信号的示意图。

图8是问询设备的距离解算追踪预警过程的流程图。

图9是应答设备的应答过程的流程图。

具体实施方式

以下根据图1～图9，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，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。

如图1和图2所示，所述的地面设备是若干RFID标签，该RFID标签（标签A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、M和N）设置在列车状态可能发生变化的轨道位置（如出库线、入库线、渡线等），通过车载设备对RFID标签读取顺序的不同来识别列车运行状态，如读取顺序从标签A到标签B为出库，下行线路，读取顺序从标签B到标签A为入库。

如图3所示，所述的车载设备包含：

主控模块101（型号为STM32F10x）；

二次雷达探测模块102，其电性连接所述的主控模块101；

RFID信息读写模块103，其电性连接所述的主控模块101；

显示示警终端104，其电性连接所述的主控模块101；

电源模块105，其电性连接所述的主控模块101和列车电源。

所述的主控模块101与二次雷达探测模块102、RFID信息读写模块103、显示示警终端104建立通信，根据RFID标签识别情况及显示示警终端104手动设置情况的识别来切换系统工作模式，对各模块工作状态进行控制。

所述的二次雷达探测模块102采用应答、询问一体化设计，应答模式与询问模式间可以通过列车运行状态自动切换，由列车车头设备发射询问信号，前车尾部设备根据收到询问信号的种类对后车询问进行相应应答，从而实现列车间通信及测距功能。

如图4所示，所述的二次雷达探测模块102包含：

数字信号处理模块1（型号为xc6slx9+TMS320F281x）；

通信模块2（型号为max3221），其电性连接数字信号处理模块1和主控模块101；

频综信号源3，其电性连接数字信号处理模块1；

信号发送处理模块，其电性连接数字信号处理模块1和频综信号源3；

信号接收处理模块，其电性连接数字信号处理模块1和频综信号源3；

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。

如图4所示，所述的信号发送处理模块包含：

DDS（直接数字式频率合成器，Direct Digital Synthesizer）调频源4，其电性连接数字信号处理模块1和频综信号源3；

第一带通滤波器5，其电性连接DDS调频源4；

上变频混频器6，其电性连接第一带通滤波器5和频综信号源3；

第一AGC（自动增益控制，Automatic Gain Control）放大器7，其电性连接上变频混频器6和数字信号处理模块1；

功率放大器8，其电性连接第一AGC放大器7。

所述的信号接收处理模块包含：

模数转换模块16，其电性连接数字信号处理模块1；

第二AGC放大器15，其电性连接模数转换模块16和数字信号处理模块1；

第二带通滤波器14，其电性连接第二AGC放大器15；

下变频混频器13，其电性连接第二带通滤波器14和频综信号源3；

LNA（ 低噪音放大器，low-noise amplifier）放大器12，其电性连接下变频混频器13。

所述的收发模块包含：

收发开关9，其电性连接功率放大器8和LNA放大器12；

第三带通滤波器10，其电性连接收发开关9；

射频天线11，其电性连接第三带通滤波器10。

射频天线11为发送和接收共用，数字信号处理模块1对询问信号进行编码，并控制频综信号源3和DDS调频源4产生带宽为22MHz的Chirp（啁啾）信号，该Chirp信号经过第一带通滤波器5的带通滤波、上变频混频器6的上变频、以及第一AGC放大器和功率放大器8的放大后，通过收发开关9，经过第三带通滤波器10的带通滤波后，由射频天线11辐射出去，而射频天线11接收到的应答信号，经过第三带通滤波器10的带通滤波后，通过收发开关9进入LNA放大器12，放大后经过下变频混频器13的下变频、第二带通滤波器14的带通滤波、第二AGC放大器15的放大和模数转换模块16的模数转换之后，数字信号处理模块1对该应答信号进行脉冲压缩及解码操作，判断是否为干扰信号，并进行目标距离解算，通信模块2为二次雷达探测模块102与主控模块101之间提供通信接口。

所述的RFID信息读写模块103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，可通过对RFID标签识别顺序来确定列车运行状态，从而对设备工作模式进行切换。

所述的显示示警终端104包含电性连接的显示屏、发声装置、发光装置、旋钮和按钮，可通过显示屏显示情况，通过发声装置及发光装置的相应变化提供多级预警功能。

所述的电源模块105通过对列车电源进行转换，为设备供电。

所述的轨道交通辅助追踪预警防撞系统具有自检功能，包括开机时各模块自检及工作中自检，若系统出现故障则通过显示示警终端104进行声光提示，并自动停用，系统中的主控模块101还具有日志记录存储及查询功能，对故障信息、工作状态切换、人工操作、距离探测及报警情况进行记录，以及除此之外其他需要记录的信息。

本发明还提供一种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：

步骤S1、在列车状态可能发生变化的轨道位置设置两个以上的RFID标签。

步骤S2、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。

其中，手动设置的优先级高于自动识别，从而适应更多的行车工况。

列车的运行状态包含：入库、出库上行、出库下行。

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。

步骤S3、根据不同的列车运行状态设置轨道交通辅助追踪预警防撞系统中的轨道交通辅助追踪预警设备的工作状态。

在设置轨道交通辅助追踪预警防撞系统中的轨道交通辅助追踪预警设备的工作状态时，每列列车上的轨道交通辅助追踪预警防撞系统中的轨道交通辅助追踪预警设备被分配状态信息，所述的状态信息包含：列车车号、列车车次、列车上下行信息、设备工作模式（问询/应答）、以及设备地址等，但不局限于以上信息。

所述的列车车号和列车车次是在设备安装时被分配的，所述的设备地址是该轨道交通辅助追踪预警设备的唯一地址，在后续对发射信号进行二进制编码时，将该设备地址写入编码信号的源地址。

如列车运行状态为入库，则进行步骤S4，如列车运行状态为出库上行，则进行步骤S5，如列车运行状态为出库下行，则进行步骤S6。

步骤S4、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（低功耗），进行步骤S2。

步骤S5、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，进行步骤S7。

步骤S6、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，进行步骤S7。

步骤S7、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。

所述的列车车辆之间的距离解算追踪预警包含以下步骤：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。

列车运行时在探测范围内可能会有多列车多台轨道交通辅助追踪预警防撞系统同时存在，为保证设备间正常测距，需要对不同设备的发射信号进行识别，使得有潜在危险的列车间能有效的进行距离探测。

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（包含问询信号和应答信号）进行二进制编码，如图5所示，可以用上调频或下调频表示码元1，码元0时不发射信号，也可以用上调频、下调频分别来表示二进制的1和0，形成一串二进制编码信号。

如图6所示，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。

其中，帧头具有AGC预调节的功能；同步码采用自相关性较好的码元序列（例如自相关程度较高的巴克码或其他同样功能的码元），接收信号的同步码与预存的同步码的码元进行匹配滤波，滤波值最大的位置为接收的码元与预存码元完全匹配的位置，从而对编码信息进行同步；源地址为发送编码信号的设备的地址；目的地址为想要与之建立测距通信的设备地址；数据为想要传递的除地址外的其他信息；帧长度为编码长度；CRC为校验码；帧尾标示信号编码串结束。

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（啁啾）信号（如图7所示，带宽为22MHz的Chirp信号，有上调频（Upchirp）、和下调频（Downchirp）两种），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。

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 = Δf >> 1/τ ，距离分辨率Δr =c/2B，其中c为电磁波传播速度。

以上调频为例，雷达发射信号表达式为：

其中，T 为脉冲持续时间，f ₀为中心频率，t 是时间变量，K 是线性调频率。

带有时延的接收回波为：

匹配滤波为发射信号的复共轭：

经过匹配滤波后的时域输出为：

Chirp信号经匹配滤波的输出具有sinc函数的形状和特性，压缩后脉宽变窄，距离分辨率提高。

如图8所示，所述的问询设备的距离解算追踪预警过程包含以下步骤：

步骤S701、处于问询状态的轨道交通辅助追踪预警设备（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。

其他问询设备接收到该信号则不进行处理。

问询信号的编码信号中的目的地址为广播地址。

将一特定地址定义为广播地址，目的地址为广播地址时，实现的是一对多的问询，目标搜索需用广播地址，其他地址情况为一对一的测距问询。

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距离解算（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，如果目标个数小于等于N（N的范围根据实际应用情况来定），则进行步骤S707，如果目标个数大于N，则进行步骤S708。

步骤S706、问询设备进行目标跟踪，对目标应答设备进行连续M（M的范围根据系统处理速度、系统所需的目标搜索周期确定，与N没有关系）次测距，进行步骤S709。

步骤S707、问询设备进行目标跟踪，对所有进行目标跟踪的目标应答设备进行测距，测距总次数等于M次，进行步骤S709。

步骤S708、选择距离值最小的N个目标应答设备进行目标跟踪，进行步骤S707。

步骤S709、问询设备每隔时间T₁向主控模块发送目标应答设备的地址和距离信息，进行步骤S702。

如图9所示，所述的应答设备的应答过程包含以下步骤：

步骤S711、处于应答状态的轨道交通辅助追踪预警设备（应答设备）中的二次雷达探测模块接收问询设备发送的问询信号，对问询信号进行脉冲压缩和解码操作，对问询信号中的源地址进行提取和记录。

步骤S712、判断问询信号的源地址是否在应答设备的应答地址范围内，如果是，进行步骤S713，如果否，则不响应。

应答地址范围由实际车辆运行情况来确定，如：发出问询信号的列车与应答设备的列车共线运行，或者发出问询信号的列车与应答设备的列车的上行或下行方向相同、可能共线运行等情况下，应答设备才进行应答。

步骤S713、应答设备对应答信号进行编码，生成编码信号，并将编码信号发送出去。

应答信号的编码信号中的源地址为本应答设备的地址，目的地址为所接收到问询信号的问询设备的地址。

由于列车在运行过程中时快时慢，电磁波传输路径由于环境的不同也会存在一些差异，在对前车进行距离追踪时，距离值可能出现跳变，若距离值在报警门限处跳变，将会出现多次报警情况，为了建立列车的稳定跟踪，需要主控模块进行距离跟踪。

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（如kalman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，可以去除测距过程中的野值，建立稳定的距离跟踪。

本发明具有以下优势：采用线性调频脉冲压缩及信号编码取平均方法提高测距准确性；信号处理部分对各目标车辆距离信息分类、滤波建立稳定跟踪，提高了抗干扰性能；融合了列车运行状态自动识别和手动设置双重功能，以适应更多行车工况；列车运行时在探测范围内可能会有多列车多台设备存在，为了进行设备识别，只在有潜在危险列车间建立二次雷达探测，对设备进行地址分配，并对发射信号进行编码。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种轨道交通辅助追踪预警防撞系统，其特征在于，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（101）；

二次雷达探测模块（102），其电性连接所述的主控模块（101）；

RFID信息读写模块（103），其电性连接所述的主控模块（101）；

显示示警终端（104），其电性连接所述的主控模块（101）；

电源模块（105），其电性连接所述的主控模块（101）和列车电源；

所述的二次雷达探测模块（102）包含：

数字信号处理模块（1）；

通信模块（2），其电性连接数字信号处理模块（1）和主控模块（101）；

频综信号源（3），其电性连接数字信号处理模块（1）；

信号发送处理模块，其电性连接数字信号处理模块（1）和频综信号源（3）；

信号接收处理模块，其电性连接数字信号处理模块（1）和频综信号源（3）；

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（4），其电性连接数字信号处理模块（1）和频综信号源（3）；

第一带通滤波器（5），其电性连接DDS调频源（4）；

上变频混频器（6），其电性连接第一带通滤波器（5）和频综信号源（3）；

第一AGC放大器（7），其电性连接上变频混频器（6）和数字信号处理模块（1）；

功率放大器（8），其电性连接第一AGC放大器（7）；

所述的信号接收处理模块包含：

模数转换模块（16），其电性连接数字信号处理模块（1）；

第二AGC放大器（15），其电性连接模数转换模块（16）和数字信号处理模块（1）；

第二带通滤波器（14），其电性连接第二AGC放大器（15）；

下变频混频器（13），其电性连接第二带通滤波器（14）和频综信号源（3）；

LNA放大器（12），其电性连接下变频混频器（13）；

所述的收发模块包含：

收发开关（9），其电性连接功率放大器（8）和LNA放大器（12）；

第三带通滤波器（10），其电性连接收发开关（9）；

射频天线（11），其电性连接第三带通滤波器（10）；

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。

2.如权利要求1所述的轨道交通辅助追踪预警防撞系统，其特征在于，所述的RFID信息读写模块（103）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（104）包含电性连接的显示屏、发声装置、发光装置、旋钮和按钮。

3.一种基于轨道交通辅助追踪预警防撞系统的追踪预警方法，其特征在于，

所述的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（101）；

二次雷达探测模块（102），其电性连接所述的主控模块（101）；

RFID信息读写模块（103），其电性连接所述的主控模块（101）；

显示示警终端（104），其电性连接所述的主控模块（101）；

电源模块（105），其电性连接所述的主控模块（101）和列车电源；

所述的二次雷达探测模块（102）包含：

数字信号处理模块（1）；

通信模块（2），其电性连接数字信号处理模块（1）和主控模块（101）；

频综信号源（3），其电性连接数字信号处理模块（1）；

信号发送处理模块，其电性连接数字信号处理模块（1）和频综信号源（3）；

信号接收处理模块，其电性连接数字信号处理模块（1）和频综信号源（3）；

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（4），其电性连接数字信号处理模块（1）和频综信号源（3）；

第一带通滤波器（5），其电性连接DDS调频源（4）；

上变频混频器（6），其电性连接第一带通滤波器（5）和频综信号源（3）；

第一AGC放大器（7），其电性连接上变频混频器（6）和数字信号处理模块（1）；

功率放大器（8），其电性连接第一AGC放大器（7）；

所述的信号接收处理模块包含：

模数转换模块（16），其电性连接数字信号处理模块（1）；

第二AGC放大器（15），其电性连接模数转换模块（16）和数字信号处理模块（1）；

第二带通滤波器（14），其电性连接第二AGC放大器（15）；

下变频混频器（13），其电性连接第二带通滤波器（14）和频综信号源（3）；

LNA放大器（12），其电性连接下变频混频器（13）；

所述的收发模块包含：

收发开关（9），其电性连接功率放大器（8）和LNA放大器（12）；

第三带通滤波器（10），其电性连接收发开关（9）；

射频天线（11），其电性连接第三带通滤波器（10）；

所述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。

4.如权利要求3所述的轨道交通辅助追踪预警防撞系统的追踪预警方法，其特征在于，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。

5.如权利要求3所述的轨道交通辅助追踪预警防撞系统的追踪预警方法，其特征在于，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。

6.如权利要求3所述的轨道交通辅助追踪预警防撞系统的追踪预警方法，其特征在于，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，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。

7.如权利要求6所述的轨道交通辅助追踪预警防撞系统的追踪预警方法，其特征在于，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；

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。

8.如权利要求7所述的轨道交通辅助追踪预警防撞系统的追踪预警方法，其特征在于，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= Δf >> 1/τ，距离分辨率Δr=c/2B，其中c为电磁波传播速度，Δf 为chirp信号调制频偏，τ为脉冲宽度。

9.如权利要求8所述的轨道交通辅助追踪预警防撞系统的追踪预警方法，其特征在于，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，建立稳定的距离跟踪。

10.如权利要求4-9中任意一个所述的轨道交通辅助追踪预警防撞系统的追踪预警方法，其特征在于，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；

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，如果目标个数小于等于N，则进行步骤S707，如果目标个数大于N，则进行步骤S708；

步骤S706、问询设备进行目标跟踪，对目标应答设备进行连续M次测距，进行步骤S709；

步骤S707、问询设备进行目标跟踪，对所有进行目标跟踪的目标应答设备进行测距，测距总次数等于M次，进行步骤S709；

步骤S708、选择距离值最小的N个目标应答设备进行目标跟踪，进行步骤S707；

步骤S709、问询设备每隔时间T1向主控模块发送目标应答设备的地址和距离信息，进行步骤S702；

所述的应答设备的应答过程包含以下步骤：

步骤S711、应答设备中的二次雷达探测模块接收问询设备发送的问询信号，对问询信号进行脉冲压缩和解码操作，对问询信号中的源地址进行提取和记录；

步骤S712、判断问询信号的源地址是否在应答设备的应答地址范围内，如果是，进行步骤S713，如果否，则不响应；

步骤S713、应答设备对应答信号进行编码，生成编码信号，并将编码信号发送出去；

应答信号的编码信号中的源地址为本应答设备的地址，目的地址为所接收到的问询信号的问询设备的地址。