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基于UWB测距定位的列车辅助防撞预警系统

王毅超  
【摘要】:通常列车由ATP(Automatic Train Protection)保障安全运行,该系统是ATC(Automatic Train Control)的子系统,也是确保列车安全运行,实现超速防护的关键设备。然而近几年在国内运行的城轨列车,由于ATP系统的失效发生多起列车追尾碰撞事故,造成了人员伤亡和经济损失。基于以上考虑,本文研究了一种适合城轨交通运行条件且独立于ATP系统的列车辅助防撞预警系统作为ATP防撞功能的备用,保障地铁列车的安全运行。论文完成的主要工作如下:(1)研究设计一种基于UWB(Ultra Wide Band)无线测距定位的列车辅助防撞预警系统,针对城市轨道交通运行线路情况,分析总结了几种无线测距定位技术的优缺点,给出一种适合城市轨道交通运行条件的UWB无线测距定位方法。在城轨列车的实际运营中,为保证列车运行安全,需要与相邻列车建立通信并且准确测出间隔距离。于是分别对外部功率放大器,天线增益,信号频率对距离的影响进行理论分析。对单边双向测距和双边双向测距的测距原理进行分析并比较了测距精度。(2)为实现系统的测距功能,对测距终端部分进行了硬件设计和软件设计。硬件设计包括电源单元,通信单元和主控单元。软件设计包括数据帧的发送和接收,基站模式和标签模式的工作原理等部分。(3)通过比较无线定位领域中常用的TOA(Time of Arrival)和TDOA(Time Difference of Arrival)定位算法,选择TDOA定位中的Chan算法对列车实际运行轨迹进行模拟仿真分析。为获得列车运行中的轨道位置,给出一种由UWB定位基站,定位服务器,中转服务器,后台管理终端和时间同步器组成的列车定轨系统。为实现系统对同一线路相邻列车的预警功能,对系统控制模块的工作原理进行分析,设计预警显示终端向列车司机提供必要的信息和报警提示。(4)设计了列车辅助防撞预警系统功能试验。功能试验包括静态试验和动态试验。静态试验测试测距终端的最远通信距离和测距精度,动态试验测试系统的安全预警功能和通信的稳定性。实验结果证明该系统满足了主要功能需求,并且对未来列车辅助防撞预警系统的发展提供了方向和思路。


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