CN111220940A - 基于超宽带的列车定位系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于超宽带的列车定位系统和方法，应用于列车，该方法包括：发送第一超宽带脉冲信号给基站，使基站给第一超宽带脉冲信号分配时隙，根据分配时隙对第一超宽带脉冲信号进行处理得到第二超宽带脉冲信号；接收第二超宽带脉冲信号，根据第二超宽带脉冲信号中的信号传输时间差、以及第一超宽带脉冲信号或第二超宽带脉冲信号的传输速率，计算车载天线与基站天线之间的距离；根据车载天线和基站天线之间的距离以及基站的高度，计算出列车与基站之间的距离；发送第三超宽带脉冲信号给控制中心，使控制中心根据第三超宽带脉冲信号，计算出列车的当前位置。所述列车定位方法定位精准，误差小，且采用分时复用方法解决了信号冲突问题。

Description

基于超宽带的列车定位系统和方法

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，尤其涉及一种基于超宽带的列车定位系统和方法。

背景技术

基站定位在市面上已经是很成熟的技术，比如各大手机运营商，如电信移动等都是通过基站定位实现手机定位的，又称为移动位置服务，即LBS(Location Based Service)它是通过电信移动运营商的网络获取移动终端用户的位置信息（经纬度坐标）。

其原理是移动电话测量不同基站的下行导频信号，得到不同基站下行导频的TOA（Time of Arrival，到达时刻）或TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)，根据该测量结果并结合基站的坐标，一般采用三角公式估计算法，就能够计算出移动电话的位置。

但是上面所述基站定位，其传播技术依赖于电信移动等运营网络，定位精度低，易受环境等外界因素干扰；

同时一个基站内部配有多个信号收发信道来处理大量手机用户同时向基站发送定位请求时造成的冲突，一是基站内部要管理多个信道有序的实现功能也是一个很大的工程量，再者发射和接收均在不同的时隙，需要进行同步控制，费用很高。

发明内容

本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种基于超宽带的列车定位方法，采用UWB(Ultra Wideband，超宽带)作为车地距离测量的传播技术，同时采用分时复用的方法解决了基站定位过程中当多个车辆请求脉冲信号同时发给同一个基站，基站不能同时处理时，造成信号冲突，基站处理器紊乱崩溃造成定位不准的问题。

本发明的第二个目的在于提出一种基于超宽带的列车定位系统。

本发明第一方面实施例提出了一种基于超宽带的列车定位方法，应用于列车，包括：

发送第一超宽带脉冲信号给基站，使基站给所述第一超宽带脉冲信号分配时隙，并根据分配时隙对所述第一超宽带脉冲信号进行处理得到第二超宽带脉冲信号；

接收所述第二超宽带脉冲信号，并根据所述第二超宽带脉冲信号中的信号传输时间差、以及所述第一超宽带脉冲信号或所述第二超宽带脉冲信号的传输速率，计算所述列车的车载天线与所述基站的基站天线之间的距离；

根据所述车载天线和所述基站天线之间的距离以及所述基站的高度，计算出所述列车与所述基站之间的距离；

发送第三超宽带脉冲信号给控制中心，使所述控制中心根据所述第三超宽带脉冲信号，计算出所述列车的当前位置，所述第三超宽带脉冲信号包括所述列车与所述基站之间的距离。

在一些实施例中，所述第三超宽带脉冲信号还包括车站编号和基站编号。

在一些实施例中，所述使基站给所述第一超宽带脉冲信号分配时隙，具体包括：

将一秒时间分为多个片段，一个片段为一个时隙；

所述基站接收所述第一超宽带脉冲信号，并为所述第一超宽带脉冲信号分配一个时隙。

在一些实施例中，所述信号传输时间差，包括：

所述列车发送所述第一超宽带脉冲信号时的时间点为第一时间点；

所述基站接收到所述第一超宽带脉冲信号时的时间点为第二时间点；

所述基站处理完毕所述第一超宽带脉冲信号，向所述列车返回所述第二超宽带脉冲信号时的时间点为第三时间点；

所述列车接收到所述第二超宽带脉冲信号时的时间点为第四时间点；

根据所述第一时间点、所述第二时间点、所述第三时间点和所述第四时间点计算所述信号传输时间差。

在一些实施例中，所述根据所述第一时间点、所述第二时间点、所述第三时间点和所述第四时间点计算所述信号传输时间差，包括：

计算所述第二时间点和所述第三时间点之间的第一时间差；

计算所述第一时间点和所述第四时间点之间的第二时间差；

计算所述第一时间差和所述第二时间差之间的差值，所述差值即为所述信号传输时间差。

在一些实施例中，所述根据所述第二超宽带脉冲信号中的信号传输时间差、以及所述第一超宽带脉冲信号或所述第二超宽带脉冲信号的传输速率，计算所述列车的车载天线与所述基站的基站天线之间的距离，包括：

计算所述第一超宽带脉冲信号或所述第二超宽带脉冲信号传输速率与所述信号传输时间差的一半的乘积，所述乘积即为所述车载天线和所述基站天线之间的距离。

在一些实施例中，所述列车根据所述车载天线和所述基站天线之间的距离以及所述基站的高度，计算出所述列车与所述基站之间的距离，包括：

获取所述基站天线和所述车载天线之间的距离；

获取所述基站的高度；

根据勾股定理计算出所述列车与所述基站之间的距离。

本发明第二方面实施例提出了一种基于超宽带的列车定位方法，包括：

列车发送第一超宽带脉冲信号给基站；

基站给所述第一超宽带脉冲信号分配时隙，并根据分配时隙对所述第一超宽带脉冲信号进行处理得到第二超宽带脉冲信号，并将所述第二超宽带脉冲信号发送给列车；

列车接收所述第二超宽带脉冲信号，并根据所述第二超宽带脉冲信号中的信号传输时间差、以及所述第一超宽带脉冲信号或所述第二超宽带脉冲信号的传输速率，计算所述列车的车载天线与所述基站的基站天线之间的距离；

列车根据所述车载天线和所述基站天线之间的距离以及所述基站的高度，计算出所述列车与所述基站之间的距离；

列车发送第三超宽带脉冲信号，所述第三超宽带脉冲信号包括所述列车与所述基站之间的距离；

控制中心接收所述第三超宽带脉冲信号，并根据所述第三超宽带脉冲信号，计算出列车的当前位置。

本发明第三方面实施例提出了一种基于超宽带的列车定位系统，包括：

列车，所述列车发送所述第一超宽带脉冲信号给基站；所述列车接收所述第二超宽带脉冲信号，并根据所述第二超宽带脉冲信号中的信号传输时间差、以及所述第一超宽带脉冲信号或所述第二超宽带脉冲信号的传输速率，计算所述列车的车载天线与所述基站的基站天线之间的距离；所述列车根据所述车载天线和所述基站天线之间的距离以及所述基站的高度，计算出所述列车与所述基站之间的距离；所述列车发送第三超宽带脉冲信号，所述第三超宽带脉冲信号包括所述列车与所述基站之间的距离；

基站，所述基站给所述第一超宽带脉冲信号分配时隙，并根据分配时隙对所述第一超宽带脉冲信号进行处理得到所述第二超宽带脉冲信号，并将所述第二超宽带脉冲信号发送给列车；

控制中心，所述控制中心接收所述第三超宽带脉冲信号，并根据所述第三超宽带脉冲信号，计算出列车的实时位置。

在一些实施例中，所述列车包括：

车载天线，所述车载天线用于接收所述第二超宽带脉冲信号，发送所述第一和第三超宽带脉冲信号；

第一信号模块，所述第一信号模块用于计算所述列车的车载天线与所述基站的基站天线之间的距离，以及计算所述车辆与所述基站之间的距离。

在一些实施例中，所述基站包括：

基站天线，所述基站天线用于接收所述第一超宽带脉冲信号，发送所述第二超宽带脉冲信号；

第二信号模块，所述第二信号处理模块用于处理所述第一超宽带脉冲信号。

在一些实施例中，所述控制中心包括：

时钟源，所述时钟源用于校准各个基站的时钟，保证定位的高精准性；

上位机，所述上位机用于接收所述第三超宽带脉冲信号，并根据所述第三超宽带脉冲信号，计算出所述列车的当前位置。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明一实施例提出的基于超宽带的列车定位方法的流程图。

图2是本发明另一实施例提出的基于超宽带的列车定位方法的流程图。

图3是本发明一实施例提出的基于超宽带的列车定位系统的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的基于超宽带的列车定位系统及方法。

本发明提出了一种基于超宽带的列车定位方法，所述基于超宽带的列车定位方法应用于列车。

图1为本发明一实施例提出的基于超宽带的列车定位方法的流程图。

如图1所示，基于超宽带的列车定位方法，包括：

S101，发送第一超宽带脉冲信号给基站，使基站给所述第一超宽带脉冲信号分配时隙，并根据分配时隙对所述第一超宽带脉冲信号进行处理得到第二超宽带脉冲信号。

在一些实施例中，将一秒时间分为多个片段，一个片段即为一个时隙。列车发送第一超宽带脉冲信号给基站，第一超宽带脉冲信号包括车辆ID、基站ID以及所述列车发送第一超宽带脉冲信号时的时间点等信息，这个时间点为第一时间点。使基站接收第一超宽带脉冲信号，并为所述第一超宽带脉冲信号分配一个时隙。基站处理第一超宽带脉冲信号后，得到第二超宽带脉冲信号。

S102，接收所述第二超宽带脉冲信号，并根据第二超宽带脉冲信号中的信号传输时间差、以及第一超宽带脉冲信号或第二超宽带脉冲信号的传输速率，计算所述列车的车载天线与所述基站的基站天线之间的距离。

在一些实施例中，列车接收第二超宽带脉冲信号，第二超宽带脉冲信号包括基站ID、车辆ID、第一时间点、第二时间点、第三时间点以及第四时间点等信息。列车发送第一超宽带脉冲信号时的时间点为第一时间点；基站接收到所述第一超宽带脉冲信号时的时间点为第二时间点；基站处理完毕所述第一超宽带脉冲信号，向所述列车返回第二超宽带脉冲信号时的时间点为第三时间点；列车接收到所述第二超宽带脉冲信号时的时间点为第四时间点。

列车计算所述第二时间点和所述第三时间点之间的第一时间差，以及计算所述第一时间点和所述第四时间点之间的第二时间差，再计算所述第一时间差和所述第二时间差之间的差值，所述差值即为所述信号传输时间差。

列车计算出第一超宽带脉冲信号或第二超宽带脉冲信号传输速率和所述信号传输时间差的一半的乘积，这个乘积即为所述车载天线和所述基站天线之间的距离。

S103，根据所述车载天线和所述基站天线之间的距离以及所述基站的高度，计算出所述列车与所述基站之间的距离。

在一些实施例中，基站高度固定，列车通过计算已经得出所述车载天线和所述基站天线之间的距离，列车根据勾股定理计算得出列车与基站之间的距离。

S104，发送第三超宽带脉冲信号给控制中心，使所述控制中心根据所述第三超宽带脉冲信号，计算出列车的当前位置，所述第三超宽带脉冲信号包括所述列车与所述基站之间的距离。

在一些实施例中，列车发送第三超宽带脉冲信号给控制中心，第三超宽带脉冲信号包括车辆ID、基站ID以及列车与基站之间的距离等信息，由基站ID得到基站坐标，通过基站坐标和所述列车与基站之间的距离，计算出列车的当前位置。

本发明实施例的基于超宽带的列车定位方法，采用UWB(Ultra Wideband，超宽带)作为车地距离测量的传播技术，同时采用分时复用的方法解决了基站定位过程中当多个车辆请求脉冲信号同时发给同一个基站，基站不能同时处理时，造成信号冲突，基站处理器紊乱崩溃造成定位不准的问题。

在本发明另一个实施例中，如图2所示，基于超宽带的列车定位方法，还包括：

S201，列车发送第一超宽带脉冲信号给基站。

在一些实施例中，所述第一超宽带脉冲信号包括车辆ID、基站ID以及所述列车发送第一超宽带脉冲信号时的时间点等信息。

S202，基站给所述第一超宽带脉冲信号分配时隙，并根据分配时隙对所述第一超宽带脉冲信号进行处理得到第二超宽带脉冲信号，并将所述第二超宽带脉冲信号发送给列车。

在一些实施例中，将一秒时间分为多个片段，一个片段即为一个时隙。基站接收第一超宽带脉冲信号，并为所述第一超宽带脉冲信号分配一个时隙。基站处理第一超宽带脉冲信号后，得到第二超宽带脉冲信号。第二超宽带脉冲信号包括基站ID、车辆ID、第一时间点、第二时间点、第三时间点以及第四时间点等信息。列车发送第一超宽带脉冲信号时的时间点为第一时间点；基站接收到所述第一超宽带脉冲信号时的时间点为第二时间点；基站处理完毕所述第一超宽带脉冲信号，向所述列车返回第二超宽带脉冲信号时的时间点为第三时间点；列车接收到所述第二超宽带脉冲信号时的时间点为第四时间点。

S203，列车接收所述第二超宽带脉冲信号，并根据所述第二超宽带脉冲信号中的信号传输时间差、以及第一超宽带脉冲信号或第二超宽带脉冲信号的传输速率，计算所述列车的车载天线与所述基站的基站天线之间的距离。

在一些实施例中，列车计算所述第二时间点和所述第三时间点之间的第一时间差，以及计算所述第一时间点和所述第四时间点之间的第二时间差，再计算所述第一时间差和所述第二时间差之间的差值，所述差值即为所述信号传输时间差。

列车计算出第一超宽带脉冲信号或第二超宽带脉冲信号传输速率和所述信号传输时间差的一半的乘积，这个乘积即为所述车载天线和所述基站天线之间的距离。

S204，列车根据所述车载天线和所述基站天线之间的距离以及所述基站的高度，计算出所述列车与所述基站之间的距离。

在一些实施例中，基站高度固定，列车通过计算已经得出所述车载天线和所述基站天线之间的距离，列车根据勾股定理计算得出列车与基站之间的距离。

S205，列车发送第三超宽带脉冲信号，所述第三超宽带脉冲信号包括所述列车与所述基站之间的距离。

在一些实施例中，第三超宽带脉冲信号包括车辆ID、基站ID以及列车与基站之间的距离等信息。

S206，控制中心接收所述第三超宽带脉冲信号，并根据所述第三超宽带脉冲信号，计算出列车的当前位置。

在一些实施例中，控制中心接收第三超宽带脉冲信号，由基站ID得到基站坐标，通过基站坐标和所述列车与基站之间的距离，计算出列车的当前位置。

为实现上述方法，本发明还提出一种基于超宽带的列车定位系统。

图3为本发明一实施例提出的基于超宽带的列车定位系统的示意图。

如图3所示，基于超宽带的列车定位系统，包括列车1、基站2以及控制中心3。

在本发明的一个实施例中，列车1包括车载天线11和第一信号模块12。车载天线11用于接收第二超宽带脉冲信号，发送第一超宽带脉冲信号和第一超宽带脉冲信号。第一信号模块12用于计算所述列车的车载天线与所述基站的基站天线之间的距离，以及计算所述车辆与所述基站之间的距离。

在本发明的一个实施例中，基站2包括基站天线21和第二信号模块22。基站天线21用于接收第一超宽带脉冲信号，发送第二超宽带脉冲信号。第二信号模块22用于处理第一超宽带脉冲信号。

在本发明的一个实施例中，控制中心3包括时钟源31和上位机32。时钟源31用于校准各个基站的时钟，保证定位的高准确性。上位机32用于接收第三超宽带脉冲信号，并根据第三超宽带脉冲信号，计算出列车1的当前位置。

在本发明的一个实施例中，列车1发送第一超宽带脉冲信号给基站，第一超宽带脉冲信号包括车辆ID、基站ID以及列车1发送第一超宽带脉冲信号时的时间点等信息。

将一秒时间分为多个片段，一个片段即为一个时隙。基站2接收第一超宽带脉冲信号，并为第一超宽带脉冲信号分配一个时隙。基站2处理第一超宽带脉冲信号后，得到第二超宽带脉冲信号。第二超宽带脉冲信号包括基站ID、车辆ID、第一时间点、第二时间点、第三时间点以及第四时间点等信息。列车1发送第一超宽带脉冲信号时的时间点为第一时间点；基站2接收到所述第一超宽带脉冲信号时的时间点为第二时间点；基站2处理完毕所述第一超宽带脉冲信号，向列车1返回第二超宽带脉冲信号时的时间点为第三时间点；列车1接收到所述第二超宽带脉冲信号时的时间点为第四时间点。

列车1计算所述第二时间点和所述第三时间点之间的第一时间差，以及计算所述第一时间点和所述第四时间点之间的第二时间差，再计算所述第一时间差和所述第二时间差之间的差值，所述差值即为所述信号传输时间差。

列车1计算出第一超宽带脉冲信号或第二超宽带脉冲信号传输速率和所述信号传输时间差的一半的乘积，这个乘积即为车载天线11和基站天线21之间的距离。

基站2高度固定，列车1通过计算已经得出车载天线11和基站天线21之间的距离，列车1根据勾股定理计算得出列车1与基站2之间的距离。

列车1发送第三超宽带脉冲信号，第三超宽带脉冲信号包括车辆ID、基站ID以及列车1与基站2之间的距离等信息。

控制中心3接收第三超宽带脉冲信号，由基站ID得到基站2坐标，通过基站2坐标和列车1与基站2之间的距离，计算出列车1的当前位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于超宽带的列车定位方法，应用于列车，其特征在于，包括：

发送第一超宽带脉冲信号给基站，使基站给所述第一超宽带脉冲信号分配时隙，并根据分配时隙对所述第一超宽带脉冲信号进行处理得到第二超宽带脉冲信号；

接收所述第二超宽带脉冲信号，并根据所述第二超宽带脉冲信号中的信号传输时间差、以及所述第一超宽带脉冲信号或所述第二超宽带脉冲信号的传输速率，计算所述列车的车载天线与所述基站的基站天线之间的距离；

根据所述车载天线和所述基站天线之间的距离以及所述基站的高度，计算出所述列车与所述基站之间的距离；

发送第三超宽带脉冲信号给控制中心，使所述控制中心根据所述第三超宽带脉冲信号，计算出所述列车的当前位置，所述第三超宽带脉冲信号包括所述列车与所述基站之间的距离。

2.根据权利要求1所述的基于超宽带的列车定位方法，其特征在于，所述第三超宽带脉冲信号还包括车站编号和基站编号。

3.根据权利要求1所述的基于超宽带的列车定位方法，其特征在于，所述使基站给所述第一超宽带脉冲信号分配时隙，具体包括：

将一秒时间分为多个片段，一个片段为一个时隙；

所述基站接收所述第一超宽带脉冲信号，并为所述第一超宽带脉冲信号分配一个时隙。

4.根据权利要求1所述的基于超宽带的列车定位方法，其特征在于，所述信号传输时间差，包括：

所述列车发送所述第一超宽带脉冲信号时的时间点为第一时间点；

所述基站接收到所述第一超宽带脉冲信号时的时间点为第二时间点；

所述基站处理完毕所述第一超宽带脉冲信号，向所述列车返回所述第二超宽带脉冲信号时的时间点为第三时间点；

所述列车接收到所述第二超宽带脉冲信号时的时间点为第四时间点；

根据所述第一时间点、所述第二时间点、所述第三时间点和所述第四时间点计算所述信号传输时间差。

5.根据权利要求4所述的基于超宽带的列车定位方法，其特征在于，所述根据所述第一时间点、所述第二时间点、所述第三时间点和所述第四时间点计算所述信号传输时间差，包括：

计算所述第二时间点和所述第三时间点之间的第一时间差；

计算所述第一时间点和所述第四时间点之间的第二时间差；

计算所述第一时间差和所述第二时间差之间的差值，所述差值即为所述信号传输时间差。

6.根据权利要求1所述的基于超宽带的列车定位方法，其特征在于，所述根据所述第二超宽带脉冲信号中的信号传输时间差、以及所述第一超宽带脉冲信号或所述第二超宽带脉冲信号的传输速率，计算所述列车的车载天线与所述基站的基站天线之间的距离，包括：

计算所述第一超宽带脉冲信号或所述第二超宽带脉冲信号传输速率与所述信号传输时间差的一半的乘积，所述乘积即为所述车载天线和所述基站天线之间的距离。

7.根据权利要求1所述的基于超宽带的列车定位方法，其特征在于，所述列车根据所述车载天线和所述基站天线之间的距离以及所述基站的高度，计算出所述列车与所述基站之间的距离，包括：

获取所述基站天线和所述车载天线之间的距离；

获取所述基站的高度；

根据勾股定理计算出所述列车与所述基站之间的距离。

8.一种基于超宽带的列车定位方法，其特征在于，包括：

列车发送第一超宽带脉冲信号给基站；

基站给所述第一超宽带脉冲信号分配时隙，并根据分配时隙对所述第一超宽带脉冲信号进行处理得到第二超宽带脉冲信号，并将所述第二超宽带脉冲信号发送给列车；

列车接收所述第二超宽带脉冲信号，并根据所述第二超宽带脉冲信号中的信号传输时间差、以及所述第一超宽带脉冲信号或所述第二超宽带脉冲信号的传输速率，计算所述列车的车载天线与所述基站的基站天线之间的距离；

列车根据所述车载天线和所述基站天线之间的距离以及所述基站的高度，计算出所述列车与所述基站之间的距离；

列车发送第三超宽带脉冲信号，所述第三超宽带脉冲信号包括所述列车与所述基站之间的距离；

控制中心接收所述第三超宽带脉冲信号，并根据所述第三超宽带脉冲信号，计算出列车的当前位置。

9.一种基于超宽带的列车定位系统，其特征在于，包括：

列车，所述列车发送所述第一超宽带脉冲信号给基站；所述列车接收所述第二超宽带脉冲信号，并根据所述第二超宽带脉冲信号中的信号传输时间差、以及所述第一超宽带脉冲信号或所述第二超宽带脉冲信号的传输速率，计算所述列车的车载天线与所述基站的基站天线之间的距离；所述列车根据所述车载天线和所述基站天线之间的距离以及所述基站的高度，计算出所述列车与所述基站之间的距离；所述列车发送第三超宽带脉冲信号，所述第三超宽带脉冲信号包括所述列车与所述基站之间的距离；

基站，所述基站给所述第一超宽带脉冲信号分配时隙，并根据分配时隙对所述第一超宽带脉冲信号进行处理得到所述第二超宽带脉冲信号，并将所述第二超宽带脉冲信号发送给列车；

控制中心，所述控制中心接收所述第三超宽带脉冲信号，并根据所述第三超宽带脉冲信号，计算出列车的实时位置。

10.根据权利要求9所述的基于超宽带的列车定位系统，其特征在于，所述列车包括：

车载天线，所述车载天线用于接收所述第二超宽带脉冲信号，发送所述第一和第三超宽带脉冲信号；

第一信号模块，所述第一信号模块用于计算所述列车的车载天线与所述基站的基站天线之间的距离，以及计算所述车辆与所述基站之间的距离。

11.根据权利要求9所述的基于超宽带的列车定位系统，其特征在于，所述基站包括：

基站天线，所述基站天线用于接收所述第一超宽带脉冲信号，发送所述第二超宽带脉冲信号；

第二信号模块，所述第二信号处理模块用于处理所述第一超宽带脉冲信号。

12.根据权利要求9所述的基于超宽带的列车定位系统，其特征在于，所述控制中心包括：

时钟源，所述时钟源用于校准各个基站的时钟，保证定位的高精准性；

上位机，所述上位机用于接收所述第三超宽带脉冲信号，并根据所述第三超宽带脉冲信号，计算出所述列车的当前位置。

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