軌道交通輔助追蹤預(yù)警防撞系統(tǒng)及其追蹤預(yù)警方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種軌道交通輔助追蹤預(yù)警防撞系統(tǒng)及其追蹤預(yù)警方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，城市軌道交通安全保障主要依靠列車自動控制（ATC)系統(tǒng)，ATC系統(tǒng)采用 車、地通信技術(shù)對列車運行進行定位及車速控制，以保障列車運行安全，但ATC系統(tǒng)通信網(wǎng) 絡(luò)龐大、操作復(fù)雜，受外部環(huán)境惡劣及突發(fā)干擾等影響，仍可能出現(xiàn)安全事故。為此，出現(xiàn) 了一些獨立于ATC系統(tǒng)的列車安全保障方法，如基于聲波（公布號CN 102765409 A，公布 號CN 102756748 A，公布號CN 102756747 A的發(fā)明專利)、激光（公布號CN 103847765 A 的發(fā)明專利)、紅外、視頻、GPS (公布號CN 103101558 A的發(fā)明專利)、橋隧結(jié)構(gòu)導(dǎo)波（公布 號CN 104149818 A的發(fā)明專利)、RFID標(biāo)簽與慣導(dǎo)聯(lián)合定位(公布號CN 103192852 A的發(fā) 明專利)、隧道活塞風(fēng)(公告號CN 102745211 B的發(fā)明專利）及雷達的列車防撞方法(授權(quán) 公告號CN 103235310 B、公布號CN 103171596 A的發(fā)明專利)。但聲波探測方法具有聲污 染且傳播速度受限；激光、紅外、視頻在雨霧天氣性能受影響；GPS在隧道環(huán)境下無法直接 與衛(wèi)星建立穩(wěn)定通信；橋隧結(jié)構(gòu)導(dǎo)波的列車防撞系統(tǒng)需要預(yù)先儲存本車行進聲相應(yīng)特征， 與預(yù)存特征對比才能得出探測結(jié)論，且遠距探測上可靠性差；RFID標(biāo)簽與慣導(dǎo)聯(lián)合定位的 方法，需在軌道上間隔布置RFID標(biāo)簽，并預(yù)先利用衛(wèi)星定位和精密地圖確定每個軌旁RFID 標(biāo)簽的精確位置信息，工作量大，若要達到較高的測距精度，需布置標(biāo)簽數(shù)量龐大；基于隧 道活塞風(fēng)的列車預(yù)警方法只適用于隧道環(huán)境；雷達探測系統(tǒng)具備全天候、全天時工作能力 成為理想選擇。
[0003] 2014年11月授權(quán)的專利（CN 103235310 B) "一種車載毫米波列車防撞雷達系 統(tǒng)"，采用相控陣?yán)走_技術(shù)，對列車前方障礙物進行檢測，但在隧道環(huán)境下高頻電磁波衰減 較大，探測距離受限，且軌旁環(huán)境復(fù)雜情況下虛警率很高，不適用于城市軌道交通環(huán)境。
[0004] 2013年6月申請公布的專利（CN 103171596 A) "一種軌道交通列車的防撞預(yù)警 方法"，上下行采用不同的頻段進行測距，只能對上下行不同的列車進行區(qū)分，適用的工況 受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種軌道交通輔助追蹤預(yù)警防撞系統(tǒng)及其追蹤預(yù)警方法，獨立于現(xiàn)有 ATC系統(tǒng)并能夠提高軌道交通運行安全性，具有預(yù)警、應(yīng)答、靜默工作模式，通過RFID標(biāo)簽 自動識別或手動設(shè)置列車的出庫、入庫等運行狀態(tài)，采用二次雷達技術(shù)在列車高速運行時 實時測量本車與相鄰有潛在碰撞風(fēng)險列車間距離，示警終端系統(tǒng)提供多級聲、光及顯示預(yù) 警，為列車運行提供輔助安全保障。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種軌道交通輔助追蹤預(yù)警防撞系統(tǒng)，包含分別 設(shè)置在列車頭部和列車尾部的兩套完全相同的軌道交通輔助追蹤預(yù)警設(shè)備，每個軌道交通 輔助追蹤預(yù)警設(shè)備包含車載設(shè)備和地面設(shè)備； 所述的地面設(shè)備是兩個以上設(shè)置在列車狀態(tài)可能發(fā)生變化的軌道位置處的RFID標(biāo) 簽； 所述的車載設(shè)備包含： 主控模塊； 二次雷達探測模塊，其電性連接所述的主控模塊； RFID信息讀寫模塊，其電性連接所述的主控模塊； 顯示示警終端，其電性連接所述的主控模塊； 電源模塊，其電性連接所述的主控模塊和列車電源； 所述的二次雷達探測模塊包含： 數(shù)字信號處理模塊； 通信模塊，其電性連接數(shù)字信號處理模塊和主控模塊； 頻綜信號源，其電性連接數(shù)字信號處理模塊； 信號發(fā)送處理模塊，其電性連接數(shù)字信號處理模塊和頻綜信號源； 信號接收處理模塊，其電性連接數(shù)字信號處理模塊和頻綜信號源； 收發(fā)模塊，其電性連接信號發(fā)送處理模塊和信號接收處理模塊； 所述的信號發(fā)送處理模塊包含： DDS調(diào)頻源，其電性連接數(shù)字信號處理模塊和頻綜信號源； 第一帶通濾波器，其電性連接DDS調(diào)頻源； 上變頻混頻器，其電性連接第一帶通濾波器和頻綜信號源； 第一 AGC放大器，其電性連接上變頻混頻器和數(shù)字信號處理模塊； 功率放大器，其電性連接第一 AGC放大器； 所述的信號接收處理模塊包含： 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其電性連接數(shù)字信號處理模塊； 第二AGC放大器，其電性連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號處理模塊； 第二帶通濾波器，其電性連接第二AGC放大器； 下變頻混頻器，其電性連接第二帶通濾波器和頻綜信號源； LNA放大器，其電性連接下變頻混頻器； 所述的收發(fā)模塊包含： 收發(fā)開關(guān)，其電性連接功率放大器和LNA放大器； 第三帶通濾波器，其電性連接收發(fā)開關(guān)； 射頻天線，其電性連接第三帶通濾波器。
[0007] 所述的RFID信息讀寫模塊包含電性連接的RFID讀寫器和RFID天線，該RFID天 線安裝在列車底部； 所述的顯示示警終端包含電性連接的顯示屏、發(fā)聲裝置、發(fā)光裝置、旋鈕和按鈕。
[0008] 本發(fā)明還提供一種基于軌道交通輔助追蹤預(yù)警防撞系統(tǒng)的追蹤預(yù)警方法，包含以 下步驟： 手動設(shè)置軌道交通輔助追蹤預(yù)警設(shè)備的工作狀態(tài)，或自動識別列車運行狀態(tài)為入庫狀 態(tài)、或者出庫上行狀態(tài)、或者出庫下行狀態(tài)，如果列車運行狀態(tài)為出庫上行狀態(tài)，則將設(shè)置 在列車頭部的軌道交通輔助追蹤預(yù)警設(shè)備的工作狀態(tài)設(shè)置為問詢狀態(tài)，則此狀態(tài)下該軌道 交通輔助追蹤預(yù)警設(shè)備作為問詢設(shè)備，將設(shè)置在列車尾部的軌道交通輔助追蹤預(yù)警設(shè)備的 工作狀態(tài)設(shè)置為應(yīng)答狀態(tài)，則此狀態(tài)下該軌道交通輔助追蹤預(yù)警設(shè)備作為應(yīng)答設(shè)備，如果 列車運行狀態(tài)為出庫下行狀態(tài)，則將設(shè)置在列車頭部的軌道交通輔助追蹤預(yù)警設(shè)備的工作 狀態(tài)設(shè)置為應(yīng)答狀態(tài)，則此狀態(tài)下該軌道交通輔助追蹤預(yù)警設(shè)備作為應(yīng)答設(shè)備，將設(shè)置在 列車尾部的軌道交通輔助追蹤預(yù)警設(shè)備的工作狀態(tài)設(shè)置為問詢狀態(tài)，則此狀態(tài)下該軌道交 通輔助追蹤預(yù)警設(shè)備作為問詢設(shè)備，出庫上行或出庫下行時，軌道交通輔助追蹤預(yù)警防撞 系統(tǒng)進行列車車輛之間的距離解算追蹤預(yù)警，作為問詢設(shè)備的軌道交通輔助追蹤預(yù)警設(shè)備 發(fā)送問詢信號，當(dāng)問詢設(shè)備接收到位于應(yīng)答地址范圍內(nèi)的作為應(yīng)答設(shè)備的軌道交通輔助追 蹤預(yù)警設(shè)備發(fā)送的應(yīng)答信號后，進行問詢設(shè)備和應(yīng)答設(shè)備之間的距離解算，并將測算出的 距離信息發(fā)送給主控模塊，由主控模塊進行距離跟蹤，如果距離值超過報警門限，則主控模 塊控制顯示示警終端進行預(yù)警。
[0009] 手動設(shè)置的優(yōu)先級高于自動識別，自動識別列車運行狀態(tài)包含：通過軌道交通輔 助追蹤預(yù)警設(shè)備中的RFID信息讀寫模塊讀取設(shè)置在軌道位置上的RFID標(biāo)簽，根據(jù)RFID標(biāo) 簽的讀取順序來識別列車的運行狀態(tài)。
[0010] 如果列車運行狀態(tài)為入庫狀態(tài)，則將設(shè)置在列車頭部和列車尾部的軌道交通輔助 追蹤預(yù)警設(shè)備的工作狀態(tài)都設(shè)置為靜默狀態(tài)。
[0011] 軌道交通輔助追蹤預(yù)警設(shè)備中的二次雷達探測模塊中的數(shù)字信號處理模塊對發(fā) 送信號進行二進制編碼，所述的二進制編碼信號的信號編碼格式包含：幀頭、同步碼、幀類 型、源地址、目的地址、數(shù)據(jù)、幀長度、CRC校驗、幀尾。
[0012] 所述的信號發(fā)送過程包含：軌道交通輔助追蹤預(yù)警設(shè)備中的二次雷達探測模塊 中的數(shù)字信號處理模塊控制頻綜信號源和DDS調(diào)頻源將編碼信號調(diào)制為帶寬為22MHz的 Chirp信號，該Chirp信號經(jīng)過第一帶通濾波器的帶通濾波、上變頻混頻器的上變頻、以及 第一 AGC放大器和功率放大器的放大后，通過收發(fā)開關(guān)，經(jīng)過第三帶通濾波器的帶通濾波 后，由射頻天線輻射出去； 所述的信號接收過程包含：軌道交通輔助追蹤預(yù)警設(shè)備中的二次雷達探測模塊中的射 頻天線接收到接收信號，經(jīng)過第三帶通濾波器的帶通濾波后，通過收發(fā)開關(guān)進入LNA放大 器，放大后經(jīng)過下變頻混頻器的下變頻、第二帶通濾波器的帶通濾波、第二AGC放大器的放 大和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換之后，由數(shù)字信號處理模塊對該接收信號進行脈沖壓縮及解 碼操作，并進行目標(biāo)距離解算。
[0013] 所述的脈沖壓縮包含：將接收信號經(jīng)過匹配濾波技術(shù)加以壓縮，使它的等效帶寬 B滿足B = Af >> l/τ，距離分辨率Ar=c/2B，其中c為電磁波傳播速度。
[0014] 所述的主控模塊進行距離跟蹤的步驟包含：主控模塊采用跟蹤濾波方法對距離值 進行濾波，對目標(biāo)距離跟蹤曲線進行平滑處理，去除測距過程中的野值，建立穩(wěn)定的距離跟 足示。
[0015] 所述的軌道交通輔助追蹤預(yù)警防撞系統(tǒng)進行列車車輛之間的距離解算追蹤預(yù)警 包含以下步驟： 步驟S701、問詢設(shè)備中的二次雷達探測模塊對問詢信號進行編碼，生成編碼信號，并將 編碼信號發(fā)送出去。
[0016] 問詢信號的編碼信號中的目的地址為廣播地址； 步驟S702、問詢設(shè)備進行目標(biāo)搜索，判斷在目標(biāo)搜索周期內(nèi)是否收到應(yīng)答設(shè)備發(fā)送的 應(yīng)答信號，若是，則進行步驟S703,若否，則說明在應(yīng)答地址范圍內(nèi)沒有搜索到應(yīng)答設(shè)備，進 行下一個周期的目標(biāo)搜索； 步驟S703、對應(yīng)答信號進行脈沖壓縮和解碼操作，對應(yīng)答信號中的目標(biāo)地址進行提取 和記錄； 步驟S704、問詢設(shè)備將目標(biāo)搜索過程中搜索到的各目標(biāo)應(yīng)答設(shè)備地址作為目的地址發(fā) 送問詢信號，問詢設(shè)備接收到目標(biāo)應(yīng)答設(shè)備的應(yīng)答信號后進行問詢設(shè)備和目標(biāo)應(yīng)答設(shè)備之 間的測距； 步驟S705、問詢設(shè)備判斷目標(biāo)應(yīng)答設(shè)備的個數(shù)，如果目標(biāo)個數(shù)為1，進行步驟S706,如 果目標(biāo)個數(shù)