CN112429043A - 用于有轨列车的应答器系统和应答器 - Google Patents

用于有轨列车的应答器系统和应答器 Download PDF

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CN112429043A CN202011347403.5A CN202011347403A CN112429043A CN 112429043 A CN112429043 A CN 112429043A CN 202011347403 A CN202011347403 A CN 202011347403A CN 112429043 A CN112429043 A CN 112429043A
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Abstract

本申请公开了一种用于有轨列车的应答器系统和应答器。所述应答器系统由沿着用于行驶有轨列车的轨道旁相间隔布设的多个应答器组成，每个应答器包括：用于提供电能的电源单元；用于产生控制指令的指示单元；用于产生超宽带信号的超宽带通信单元；用于发射超宽带信号的至少一天线单元；以及，用于处理超宽带通信数据的数据处理单元。这样，基于超宽带技术的应答器可以在更短的时间内传输更多的信息，作用范围更大，以减少所述应答器系统的安装密度。

Description

用于有轨列车的应答器系统和应答器
技术领域
本申请涉及用于有轨列车的辅助设备领域，尤其涉及用于有轨列车的应答器系统和应答器。
背景技术
有轨列车，包括地上有轨列车(例如，高铁、轻轨)和地下有轨列车(例如，地铁、用于矿井环境的有轨运煤车等)是重要的轨道交通形式。应答器是有轨列车的安全保护设备，有轨列车的列车自动驾驶系统利用应答器(也成为信标)实现精确定位。
应答器(Balise)：一种用于地面向列车传输信息的点式设备，分为固定应答器和可变应答器，主要用途在于向有轨列车的自动驾驶系统提供可靠的地面固定信息和可变信息。
现有多种用于有轨列车的应答器设备，但这些应答器设备或多或少具有一定的缺陷，例如，安装密度高、部署难度大、成本高等。
因此，需要一种优化的用于有轨列车的应答器设备。
发明内容
为了解决上述技术问题，提出了本申请。本申请的实施例提供了一种用于有轨列车的应答器系统和应答器，其中，所述应答器基于超宽带技术进行构建，其可以在更短的时间内传输更多的信息，作用范围更大，以减少所述应答器系统的安装密度。
根据本申请的一方面，提供了一种用于有轨列车的应答器系统，其包括：沿着用于行驶有轨列车的轨道旁相间隔布设的多个应答器；其中，每个所述应答器包括：
用于提供电能的电源单元；
用于产生控制指令的指示单元；
用于产生超宽带信号的超宽带通信单元；
用于发射超宽带信号的至少一天线单元；以及
用于处理超宽带通信数据的数据处理单元。
在上述用于有轨列车的应答器系统中，所述多个应答器在用于停靠所述有轨列车的车站区间的部署密度为每50米至100米部署一个。
在上述用于有轨列车的应答器系统中，所述多个应答器在所述有轨列车的非车站区间的部署密度为每200米至250米部署一个。
在上述用于有轨列车的应答器系统中，所述应答器进一步用于基于超宽带通信技术与所述有轨列车的车载设备进行通信以对所述有轨列车进行定位。
在上述用于有轨列车的应答器系统中，所述至少一天线单元进一步用于接收来自所述有轨列车的车载设备的超宽带通信数据；所述数据处理单元进一步用于处理所述超宽带通信数据以对所述有轨列车进行定位。
在上述用于有轨列车的应答器系统中，所述应答器对所述有轨列车的定位精度小于等于20cm。
在上述用于有轨列车的应答器系统中，所述至少一天线单元发射至所述有轨列车的超宽带通信信号，包括：固定信息和可变信息。
在上述用于有轨列车的应答器系统中，所述固定信息包括线路固定参数；所述可变信息包括进路信息和临时限速信息。
在上述用于有轨列车的应答器系统中，所述有轨列车包括地下有轨列车和地上有轨列车。
根据本申请的另一方面，提供了一种用于有轨列车的应答器，其包括：
用于提供电能的电源单元；
用于产生控制指令的指示单元；
用于产生超宽带信号的超宽带通信单元；
用于发射超宽带信号的至少一天线单元；以及
用于处理超宽带通信数据的数据处理单元。
在上述用于有轨列车的应答器中，所述应答器进一步用于基于超宽带通信技术与所述有轨列车的车载设备进行通信以对所述有轨列车进行定位。
在上述用于有轨列车的应答器中，所述至少一天线单元进一步用于接收来自所述有轨列车的车载设备的超宽带通信数据；所述数据处理单元进一步用于处理所述超宽带通信数据以对所述有轨列车进行定位。
在上述用于有轨列车的应答器中，所述应答器对所述有轨列车的定位精度小于等于20cm。
在上述用于有轨列车的应答器中，所述至少一天线单元发射至所述有轨列车的超宽带通信信号，包括：固定信息和可变信息。
在上述用于有轨列车的应答器中，所述固定信息包括线路固定参数；所述可变信息包括进路信息和临时限速信息。
根据本申请实施例的用于有轨列车的应答器系统和应答器，其中，所述应答器基于超宽带技术进行构建，其可以在更短的时间内传输更多的信息，作用范围更大，以减少所述应答器系统的安装密度。
附图说明
通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
图1图示了现有的用于有轨列车的应答器系统的架构示意图。
图2图示了根据本申请实施例的应答器系统的架构示意图。
图3图示了根据本申请实施例的所述应答器系统中各应答器的框图示意图。
具体实施方式
下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。
申请概述
如前所述，应答器是有轨列车的安全保护设备，有轨列车的列车自动驾驶系统利用应答器(也成为信标)实现精确定位。
应答器(Balise)：一种用于地面向列车传输信息的点式设备，分为无源应答器和有源应答器，主要用途在于向有轨列车的自动驾驶系统提供可靠的地面固定信息和可变信息。
应答器是一种能向用于有轨列车的自动驾驶系统提供报文信息的传输设备既可以传送固定信息，也可连接轨旁电子单元(Lineside Electronic unit：LEU)传送可变信息。应答器向列控车载设备传送以下信息：(1)线路基本参数：如线路坡度、轨道区段等参数；(2)线路速度信息：如线路最大允许速度、列车最大允许速度等；(3)临时限速信息：当由于施工等原因引起的对列车运行速度进行限制时，向列车提供临时限速信息；(4)车站进路信息：根据车站接发车进路，向列车提供“线路坡度”、“线路速度”、“轨道区段”、等参数；(5)道岔信息：给出前方道岔侧向允许列车运行的速度；(6)特殊定位信息：如升降弓、进出隧道、鸣笛、列车定位等；(7)其他信息：固定障碍物信息、列车运行目标数据、链接数据等。
无源应答器(组)，用于发送固定不变的数据，用于提供线路固定参数，如线路坡度、线路允许速度、轨道电路参数、链接信息、列控等级切换等。有源应答器：传输可变信息。必须通过专用的应答器电缆与LEU设备连接，可以根据LEU设备所发送的报文，变化地向列车传送应答器报文信息。也就是，有源应答器与LEU(地面电子单元)连接，用于发送来自于LEU的报文，在既有限提速区段，有源应答器设置在车站进站端和出站段，主要发送进路信息和临时限速信息。
无论是无源应答器还是有源应答器，其工作原理是一样的。当列车经过地面应答器上方时，应答器接收到列控车载设备点式信息接收天线发送的电磁能量后，应答器将能量转换为工作电源，启动电子电路工作，把预先存储或LEU传送的1023位应答器传输报文循环发送出去，直至电磁能量消失。每个应答器(组)都有一个编号，并且该编号在全国铁路范围是唯一的。
无源应答器设于闭塞分区入口和车站进、出站端处，用于向列控车载设备传输闭塞分区长度、线路速度、线路坡度、列车定位等信息。有源应答器设置于车站进、出站端，当列车通过应答器时，应答器向列车提供接车进路参数、临时限速等信息。
应答器可以简单地理解为一个数据存储器和发送器，当车载天线激活该应答器时，应答器发送自身存储的应答器报文或地面电子单元(LEU)传送的应答器报文。
更具体地，如图1所示，用于有轨列车的应答器系统包括地面设备和车载设备两部分组成。地面设备由无源应答器、有源应答器及轨旁电子单元LEU组成。车载设备由查询主机、车载天线及天线电缆等组成。
无源应答器存储固定信息，当列车经过无源应答器上方时，无源应答器接收到车载天线发射的电磁能量后，将其转换成电能，使地面应答器中的电子电路工作，把存储在地面应答器中的数据循环发送出去，直至电能消失(即车载天线已经离去)。平常处于休眠状态。
有源应答器通过电缆与地面电子单元(LEU)连接，可实时发送LEU传送的数据报文。当列车经过有源应答器上方时，有源应答器接收到车载天线发射的电磁能量后，将其转换成电能，使地面应答器中发射电路工作，将LEU传输给有源应答器的数据循环实时发送出去。直至电能消失(即车载天线已经离去)。平常处于休眠状态。
地面电子单元(简称LEU)是一种数据采集与处理单元，根据外界变化的条件，选择存储在LEU中的其中一条报文传送给地面有源应答器进行发送，或将外部发送的应答器报文直接向有源应答器传送。
现有多种应答器，例如，Y·TB型有源应答器、Y·FB型无源应答器。其中，Y·TB型有源应答器是应答器系统中传输报文信息(包括可变信息和固定信息)的关键高速数据传输设备；用于接收来自地面电子单元的可变信号数据，并将其循环无缝正确地传输至车载接收设备的设备；当接口“C”无效时，将有源应答器自身存储的固定报文信息循环无缝地正确传输至车载接收设备。
该产品的特征，包括：
1.有源应答器所有技术指标符合欧洲应答器规范SUBSET-036的规定；
2.采用射频能量发射接收技术，满足铁路地面与车载设备可靠高速数据传输的需求；
3.采用非易失存储技术，保证报文的存储安全；
4.采用透明传输技术，保证报文的传输安全；
5.长距离信息传输技术，最大可接收3.5km的能量及数据信号；
6.产品外形精心设计，并采用特殊的封装工艺技术，保证安装和使用的高可靠性、安全性，满足铁路地面复杂环境的特殊需求
Y·FB型无源应答器是应答器系统中传输固定报文信息的关键高速数据传输设备；用于将无源应答器自身存储的固定报文信息循环无缝地正确传输至车载接收设备。
该产品的特征，包括：
1.无源应答器所有技术指标符合欧洲应答器规范SUBSET-036的规定；
2.采用射频能量发射接收技术，满足铁路地面与车载设备可靠高速数据传输的需求；
3.采用非易失存储技术，保证报文的存储安全；
4.采用透明传输技术，保证报文的传输安全；
5.产品外形精心设计，并采用特殊的封装工艺技术，保证安装和使用的高可靠性、安全性，满足铁路地面复杂环境的特殊需求。
然而，现有的应答器设备在实际应用中却存在诸多缺陷。
首先，安装密度大、成本高。具体地，现有的应答器(组)的设置位置需满足下述原则：
(1)组内相邻应答器间的距离为5m+0.50m；
(2)闭塞分区入口处的应答器组距离调谐单元(BA)或机械绝缘节为200m±0.5m(从靠近绝缘节的应答器计算，下同)；
(3)进站信号机和正线出站信号机处的应答器组距离调谐单元或机械绝缘节的距离为30m±0.5m；
(4)侧线出站信号机处的应答器组距离出站信号机机械绝缘节的距离为20m±0.5m；
(5)其他正线应答器组内应答器距调谐单元或机械绝缘节的最小距离为30m±0.5m；
(6)设置在车站的应答器组中的有源应答器靠近信号机侧；
(7)多有的应答器组都应写入DW信息(定位信息)。
其次，应答器多以应答器组的方式安装，识别列车方向就需要两个应答器，所需安装数量多，增加设备和施工成本。更具体地，在现有技术中，应答器的设置满足如下原则：
1、下列应答器组应至少包括两个应答器；
(1)发送线路参数的应答器组；
(2)发送等级转换信号的应答器组；
(3)用于识别列车方向的应答器组；
(4)位于发车进路始端的应答器组。
2、仅用于定位的应答器组为单个应答器。
3、应答器组内应答器数量应满足报文容量要求，不满足时应增加应答器组内应答器数量。
针对上述技术问题，本申请的基本构思在于提供一种基于超宽带通信技术的具有新型结构的应答器设备，其中，基于超宽带技术的应答器具有自动定位功能、作用范围更大以使得应答器的安装密度可得以缩减，并且，可以在更短的时间内传输更多的信息。
基于此，本申请提出了一种用于有轨列车的应答器系统，其包括：沿着用于行驶有轨列车的轨道旁相间隔布设的多个应答器；其中，每个所述应答器包括：用于提供电能的电源单元；用于产生控制指令的指示单元；用于产生超宽带信号的超宽带通信单元；用于发射超宽带信号的至少一天线单元；以及，用于处理超宽带通信数据的数据处理单元。
在介绍了本申请的基本原理之后，下面将参考附图来具体介绍本申请的各种非限制性实施例。
示例性用于有轨列车的应答器系统和应答器
如图3所示，基于本申请实施例的用于有轨列车的应答器10被阐明，其中，所述应答器10基于超宽带通信技术进行构建。相较于现有的应答器10，基于超宽带技术构建的所述应答器10，可以在更短的时间内传输更多的信息、具有主动定位功能、作用范围更大，减少所述应答器10的安装密度、并且，能够智能地收集有轨列车的信息，进行智能分析。
更具体地，图3图示了根据本申请实施例的所述应答器系统中各应答器10的框图示意图，如图3所示，根据本申请实施例的所述应答器10，包括：用于提供电能的电源单元11；用于产生控制指令的指示单元12；用于产生超宽带信号的超宽带通信单元13；用于发射超宽带信号的至少一天线单元14；以及，用于处理超宽带通信数据的数据处理单元15。
应可以看出，相较于现有的应答器10，本申请实施例的所述应答器10具有自带的所述电源单元11，为所述应答器10的其他功能模块提供工作所需的能量。相应地，基于超宽带的所述应答器10不区分有源和无源应答器10，其不再属于现有的应答器10范畴。在本申请一个具体的示例中，所述电源单元11为18V的直流电源，即，18VDC。
进一步地，在本申请实施例中，所述应答器10包括两个天线单元14，并且，所述天线单元14具有双向传输功能，即，所述天线单元14能够接收来自外界(例如，来自有轨列车)的超宽带通信信号，并且，能够发射由所述超宽带通信单元13生成的超宽带通信信号。
相应地，基于所述应答器10的特殊配置，在本申请实施例中，单一所述应答器10能够基于超宽带通信技术与所述有轨列车的车载设备进行通信以对所述有轨列车进行定位。更具体地，在对所述有轨列车进行定位的过程中，所述至少一天线单元14进一步用于接收来自所述有轨列车的车载设备的超宽带通信数据；所述数据处理单元15进一步用于处理所述超宽带通信数据以对所述有轨列车进行定位。
特别地，在本申请实施例中，所述应答器10对所述有轨列车的定位精度小于等于20cm，也就是，对进入所述应答器10范围内的有轨列车，其定位精度在20cm以内。
进一步地，超宽带(Ultra wide band)技术是一种新型的无线通信技术，它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽。超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点。
UWB是一种“特立独行”的无线通信技术，它将会为无线局域网LAN和个人局域网PAN的接口卡和接入技术带来低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术。UWB具有以下特点：
1.抗干扰性能
UWB信号，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。因此，与IEEE 802.11a、IEEE 802.11b和蓝牙相比，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。
2.传输速率高
UWB的数据速率可以达到几十兆比特每秒到几百兆比特每秒，有望高于蓝牙100倍，也可以高于IEEE 802.11a和IEEE 802.11b。
3.带宽极宽
UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几吉赫兹，并且可以和窄带通信系统同时工作而互不干扰。这在频率资源日益紧张时开辟了一种新的时域无线电资源。
4.系统容量大
因为不需要产生正弦载波信号，可以直接发射冲激序列，因而UWB系统具有很宽的频谱和很低的平均功率，有利于与其他系统共存，从而提高频谱利用率，带来了极大的系统容量。
5.发射功率低
在短距离的通信应用中，超宽带发射机的发射功率通常可做到低于1mW，从理论上而言，超宽带信号所产生的干扰仅仅相当于一宽带的白噪声。这样有助于超宽带与现有窄带通信之间的良好共存，对于提高无线频谱的利用率具有很大的意义，更好的缓解日益紧张的无线频谱资源问题。并且超宽带信号的隐蔽性较强，不容易被发现和拦截，具有较高的保密性。
6.保密性好
UWB保密性表现为两方面：一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；另一方面是系统的发射功率谱密度极低。用传统的接收机无法接收。
7.通信距离短
信号传输受到距离的影响和高频信号强度会衰减很快，因此超宽频带的使用更加适用于短距离之间的通信。
8.多径分辨率
因为其采用的是持续时间极短的窄脉冲，所以其时间上和空间上的分辨率都是很强的，方便进行测距、定位、跟踪等活动的开展，并且窄脉冲具有良好的穿透性，所遇超宽带在红外通信中也得到广泛的使用。
相应地，在本申请实施例中，所述超宽带通信单元13基于超宽带技术进行工作，其可以在更短的时间内传输更多的信息，从而不需要建立应答器10组。在本申请实施例中，所述应答器10能够同时向所述有轨列车传输固定信息和可变信息，其中，所述固定信息包括线路固定参数；所述可变信息包括进路信息和临时限速信息。从这一方面，也可以看出根据本申请实施例的所述应答器10不区分有源应答器10和无源应答器10的原因，因为其不对所传输的数据进行区分。
并且，基于所述超宽带技术所述应答器10的作用范围更宽，从而可以减少所述应答器10的安装密度。
图2图示了根据本申请实施例的应答器系统100的架构示意图。如图2所示，根据本申请实施例的用于有轨列车的应答器系统100，包括：沿着用于行驶有轨列车的轨道旁相间隔布设的多个如上所述应答器10。
具体地，在部署所述应答器10的过程中，在本申请实施例中，优选地，所述多个应答器10在用于停靠所述有轨列车的车站区间的部署密度为每50米至100米部署一个。所述多个应答器10在所述有轨列车的非车站区间的部署密度为每200米至250米部署一个，相应地，在现有技术中，基于RFID的应答器10安装距离需要在5米至20米之间。当然，在具体部署过程中，可根据实际物体环境和轨道分布情况，增布所述应答器10。
综上，基于本申请实施例的用于有轨列车的应答器系统100和应答器10被阐明，其中，所述应答器10基于超宽带技术进行构建，其可以在更短的时间内传输更多的信息，作用范围更大，以减少所述应答器系统100的安装密度。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (15)

1.一种用于有轨列车的应答器系统，其特征在于，包括：沿着用于行驶有轨列车的轨道旁相间隔布设的多个应答器；
其中，每个所述应答器包括：
用于提供电能的电源单元；
用于产生控制指令的指示单元；
用于产生超宽带信号的超宽带通信单元；
用于发射超宽带信号的至少一天线单元；以及
用于处理超宽带通信数据的数据处理单元。
2.根据权利要求1所述的用于有轨列车的应答器系统，其中，所述多个应答器在用于停靠所述有轨列车的车站区间的部署密度为每50米至100米部署一个。
3.根据权利要求2所述的用于有轨列车的应答器系统，其中，所述多个应答器在所述有轨列车的非车站区间的部署密度为每200米至250米部署一个。
4.根据权利要求1所述的用于有轨列车的应答器系统，其中，所述应答器进一步用于基于超宽带通信技术与所述有轨列车的车载设备进行通信以对所述有轨列车进行定位。
5.根据权利要求4所述的用于有轨列车的应答器系统，其中，所述至少一天线单元进一步用于接收来自所述有轨列车的车载设备的超宽带通信数据；所述数据处理单元进一步用于处理所述超宽带通信数据以对所述有轨列车进行定位。
6.根据权利要求5所述的用于有轨列车的应答器系统，其中，所述应答器对所述有轨列车的定位精度小于等于20cm。
7.根据权利要求1所述的用于有轨列车的应答器系统，其中，所述至少一天线单元发射至所述有轨列车的超宽带通信信号，包括：固定信息和可变信息。
8.根据权利要求7所述的用于有轨列车的应答器系统，其中，所述固定信息包括线路固定参数；所述可变信息包括进路信息和临时限速信息。
9.根据权利要求1至8任一所述的用于有轨列车的应答器系统，其中，所述有轨列车包括地下有轨列车和地上有轨列车。
10.一种用于有轨列车的应答器，其特征在于，包括：用于提供电能的电源单元；
用于提供电能的电源单元；
用于产生控制指令的指示单元；
用于产生超宽带信号的超宽带通信单元；
用于发射超宽带信号的至少一天线单元；以及
用于处理超宽带通信数据的数据处理单元。
11.根据权利要求10所述的用于有轨列车的应答器，所述应答器进一步用于基于超宽带通信技术与所述有轨列车的车载设备进行通信以对所述有轨列车进行定位。
12.根据权利要求11所述的用于有轨列车的应答器，其中，所述至少一天线单元进一步用于接收来自所述有轨列车的车载设备的超宽带通信数据；所述数据处理单元进一步用于处理所述超宽带通信数据以对所述有轨列车进行定位。
13.根据权利要求12所述的用于有轨列车的应答器，其中，所述应答器对所述有轨列车的定位精度小于等于20cm。
14.根据权利要求10所述的用于有轨列车的应答器，其中，所述至少一天线单元发射至所述有轨列车的超宽带通信信号，包括：固定信息和可变信息。
15.根据权利要求14所述的用于有轨列车的应答器，其中，所述固定信息包括线路固定参数；所述可变信息包括进路信息和临时限速信息。
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