1.本实用新型属于轨道交通技术领域，具体涉及列车测距技术。


背景技术：

2.在轨道交通领域，列车防撞是一个重大课题。目前的国铁和地铁都采用信号系统、轨道电路等方式保证列车之间的安全距离；但对于现有系统失效或异常的情况，需要有独立于现有系统的其他系统来防止列车相撞。通过相邻列车之间的直接测距，是防止相撞的有效方法。轨道交通的特点是刹车距离长，地铁一般在300米以上，高铁、重载机车在1000米以上，这对测距技术很有挑战。
3.无线信号测距技术现状：无线信号频率越高，信号衰减越快、传输距离越短、测距距离越短。传统的直接测距的协议有蓝牙、wifi、手机基站定位(信号频率从900mhz
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2.4ghz不等)等；uwb技术测距，精度可以达到厘米级，但受限于国内的可用频段(6ghz左右)，测距距离只有200米。低频无线信号，如433mhz无线模块，2.4g频段wifi信号，lora技术(典型的频率在137mhz
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1020mhz，使用扩频技术)，通信距离都可以做到1000米以上，特殊设计设备信号传输距离可以做到10km，理论上测距距离都可以做到1000米以上。间接测距技术如北斗、gps，在隧道中没有信号，不适合轨道交通。
4.传统的测距技术，主要有rssi、toa、tdoa、aoa几种：
5.1)rssi，即接收信号强度指示，英文为received signal strength indicator。rssi技术主要是根据节点接收到的信号强度值，通过传播信号的经验或理论模型公式，直接转换成其距离值。通常情况下，rssi技术的精确度并不会很高。
6.2)toa(time of arrival)，即到达时间技术主要是应用电磁波的传播时间来测量信号发射端与接收端之间的距离。由于电磁波的传播速度十分快，所以这种技术很容易产生误差。目前toa技术主要应用于有激光雷达、gps和uwb。
7.3)tdoa(时间到达差，time difference of arrival)，这种方法通过两个不同的无线信号到达信号接收端的时间差及已知的两个不同无线信号的传播速率，计算信号发射端到信号接收端之间的距离。
8.4)aoa(到达角度，angle of arrival)技术，主要是根据信号接收端接收到的各个发射信号端发射信号的到达角度不同，定位出信号接收端的绝对位置坐标。这种方法不适合轨道交通列车定位。


技术实现要素：

9.本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种轨道交通列车组合测距系统，提高测距的可靠性和准确度。
10.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种轨道交通列车组合测距系统，包括双频测距装置和双频定向天线，在列车的车头和车尾均设有双频测距装置，所述双频测距装置包括工作频率高于5.8ghz的高频测距模块、工作频率低于5.8ghz的低频测
距模块，所述双频定向天线包括安装于车头，与车头的双频测距装置对应设置的前向天线，以及安装于车尾，与车尾的双频测距装置对应设置的后向天线。
11.优选的，还包括轨旁无线测距基站以及对应轨旁无线测距基站设置的双频全向天线，所述轨旁无线测距基站与所述双频测距装置之间进行通讯和测距。
12.优选的，所述前向天线、后向天线和双频全向天线均采用mimo技术。
13.优选的，所述高频测距模块采用uwb模块。
14.优选的，所述低频测距模块采用433m模块或wifi模块或lora模块。
15.本实用新型采用的技术方案，具有如下有益效果：高、低频通信和测距链路是彼此独立工作的，通过高、低频组合的测距方法，可以有效地兼顾测距距离和精度；在dh距离内，高频和低频测距方式形成了相互备份，提高了测距电路的可靠性。
16.本实用新型的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。
附图说明
17.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述：
18.图1为双频测距模块的示意图；
19.图2为列车测距通信链路示意图；
20.图3为正常测距模式示意图；
21.图4为中继测距模式示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.实施例一
24.参考图1至图3所示，一种轨道交通列车高低频组合测距系统，包括双频测距装置和双频定向天线，所述双频测距装置包括工作频率高于5.8ghz的高频测距模块、工作频率低于5.8ghz的低频测距模块。
25.列车的列控系统，提供行车信息，如速度、行驶方向、上行下行股道等。
26.所述双频定向天线包括前向天线和后向天线，前向天线安装在车头顶部，后向天线安装在车尾顶部。相对于普通的全向天线，定向天线有更好的天线增益和系统性能。这里的前向天线和后向天线一般采用mimo技术，分别完成前向测距和后向测距。
27.其中，所述低频测距模块和高频测距模块均可以采用现有技术，例如，所述高频测距模块可以采用uwb模块，所述低频测距模块可以采用433m模块或wifi模块或lora模块。
28.如图2所示，所述低频测距模块和高频测距模块均可支持一主多从模式。
29.实施例二
30.如图4所示，在实施例的一的基础上，还包括轨旁无线测距基站以及对应轨旁无线
测距基站设置的双频全向天线。
31.其中，轨旁无线测距基站可以和车载双频测距模块通信、测距。功能和车载双频测距模块基本相同，差异在于除了和列车直接点对点通信、测距，还可以传送其他列车的测距信息。所述双频全向天线采用mimo技术。
32.实施例三
33.一种轨道交通列车组合测距方法，采用实施例一或二所述的组合测距系统，其中，低频测距模块的有效距离为dl，高频测距模块的有效距离为dh，dl大于dh。dh和dl的值，可以通过实际测试确定，dl一般大于1000米，dh一般小于200米。
34.所述组合测距方法包括如下步骤：
35.s1：在两列车距离靠近到dl之内后，两列车的低频测距模块首先建立测距和通信链路，两列车通过通信链路交换彼此行车信息(车号、速度、行驶方向、股道等)，通过低频测距链路启动测距过程，测距过程在完成一个周期后，持续周期进行，直到两列车之间的距离再次大于dl、低频测距链路失效；
36.s2：在两列车距离靠近到dh之内后，两列车的高频测距模块建立起测距和通信链路，两列车通过高频通信链路交换彼此行车信息(车号、速度、行驶方向、股道等)，通过高频测距链路启动测距过程，测距过程在完成一个周期后，持续周期进行，直到两列车之间的距离再次大于dh，高频测距链路失效；
37.s3：双频测距装置对外输出测距信息，在两列车距离大于dh时，以低频测距模块的输出为主，在小于dh时，以高频测距模块输出为主。
38.在dh与dl的过渡部分，采用算法平滑输出测距结果。本实用新型中的dh是个经验值，在这个距离，高频测距确定可以稳定工作了，系统输出可以直接切到高频测距结果；但在dh+过渡距离(如50米，经验值)，高频测距已经开始工作，但高频和低频的测距结果不可能完全吻合，需要通过滑窗的方式，将系统输出结果从低频测距结果缓慢地切换到高频测距结果上去。
39.高、低频通信和测距链路是彼此独立工作的，通过高、低频组合的测距方法，可以有效地兼顾测距距离和精度；在dh距离内，高频和低频测距方式形成了相互备份，提高了测距电路的可靠性。
40.在长隧道里，尤其是转弯半径较小的隧道里，受到信号传输距离的影响，会极大降低测距性能。如图4所示，为了保证整条线路的列车测距性能，在特殊地段可设置轨旁无线测距基站，在轨旁基站两侧的列车，可以通过轨旁无线测距基站进行中继测距。具体的，列车a和列车b分别先和轨旁无线测距基站通信、测距，然后轨旁无线测距基站将和列车a的测距信息转发给列车b，把和列车b的测距信息转发给列车a，从而达到列车a和列车b之间的非视距测距通信，中继测距的原理和具体计算方法可以参考现有技术。
41.进一步的，如果在轨道沿线按双频测距装置的有效测距距离均匀安装轨旁无线测距基站，然后在列车上提前存储轨旁无线测距基站静态电子地图(坐标信息)，可以完成列车在轨道上的精确定位，具体定位原理和方法可以参考现有技术，即通过列车上的定位模块和轨旁无线测距基站不停地测距，而轨旁无线基站的坐标位置是固定的，从而可以反推出列车的位置。
42.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限
于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本实用新型包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。