基于地面無線技術(shù)的鐵路精準(zhǔn)定位系統(tǒng)研究

馮本勇

摘要：采用地面無線定位系統(tǒng)，將多個地面無線定位基站成網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建地面的無線定位網(wǎng)絡(luò)，提供高精度的測距信號，定位終端使用這些信號可以直接定位解算出精確的位置信息。設(shè)計的地面無線定位系統(tǒng)由地面無線定位基站、無線定位終端，數(shù)據(jù)處理中心、無線傳輸鏈路組成，由此組成的系統(tǒng)具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，精度可達(dá)到分米級，信號覆蓋面積廣，較好解決了人員和機(jī)車定位問題。

關(guān)鍵詞：無線定位系統(tǒng)；基站；位置信息

中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0118-01

地面無線定位基站是一種建立在地面的信號發(fā)生器，發(fā)射自定義的導(dǎo)航定位信號，機(jī)理與GPS相似，只不過是全部系統(tǒng)布設(shè)在地面，信號發(fā)射頻率選在2.4GHz自由頻段。無線定位終端進(jìn)行定位解算，獲得終端所處的準(zhǔn)確位置，并將位置上報。數(shù)據(jù)處理中心，選用PC平臺，通過無線數(shù)據(jù)傳輸鏈路接收無線定位終端上報的位置。

在本系統(tǒng)中，多個地面無線定位基站可進(jìn)行自主同步組網(wǎng)，在地面建立一個類似于GPS星座的定位網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的空間擴(kuò)展性和環(huán)境適應(yīng)性。系統(tǒng)示意見圖1。

各地面無線定位基站（A、B、C、D）在啟動后會首先通過相互通信完成網(wǎng)絡(luò)時間同步。建立好時間同步網(wǎng)絡(luò)后，地面無線定位基站向外播發(fā)導(dǎo)航定位信號，無線定位終端接收來自各個地面無線定位基站播發(fā)的導(dǎo)航定位信號，并進(jìn)行定位解算。無線定位系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)時鐘精確同步，減少了無線定位基站之間的時鐘誤差，且由于收發(fā)機(jī)安裝在地面，不存在大氣電離層誤差和對流層傳播誤差等影響。

在場站建立多部地面無線定位基站組成地面無線定位網(wǎng)絡(luò)，機(jī)車、人員和鐵鞋使用定位接收機(jī)即可獲得準(zhǔn)確的位置信息，并將位置信息通過無線數(shù)據(jù)傳輸鏈路傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。

1 系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成

無線定位系統(tǒng)由地面無線定位基站、定位終端、無線傳輸鏈路、數(shù)據(jù)處理中組成。

1.1 地面無線定位基站

多部地面無線定位基站組成網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建地面星座，提供高精度的測距信號。具有三個顯著特點(diǎn)：

采用時間同步技術(shù)，整個網(wǎng)絡(luò)自主地完成時間同步。自主同步使無線定位系統(tǒng)具有自主位置解算能力，用戶僅需一部可以接收單向測距信號的接收機(jī)即可完成。

發(fā)射的信號強(qiáng)度優(yōu)于GNSS衛(wèi)星信號。最弱的信號也比衛(wèi)星信號強(qiáng)30dB以上，可以提高定位終端接收信號的信噪比，從而提高定位精度。

發(fā)射的信號和GNSS衛(wèi)星信號類似，可直接用于位置解算。

地面無線定位基站可分為兩個模塊：第一個為發(fā)射模塊，負(fù)責(zé)產(chǎn)生導(dǎo)航定位信號并將其發(fā)射到定位網(wǎng)絡(luò)中；第二個模塊為接收模塊，負(fù)責(zé)接收來自其他定位基站發(fā)射的信號，并計算接收信號與本地發(fā)射信號的頻率差異，調(diào)整發(fā)射模塊輸出信號的頻率。發(fā)射模塊主要提供信號產(chǎn)生功能。

1.2 無線定位終端

無線定位終端用來捕獲和跟蹤無線定位基站播發(fā)的導(dǎo)航定位信號，并進(jìn)行行位置解算。定位解算可采用偽距和載波相位測距。該接收機(jī)設(shè)計簡單、能夠提供精確的測距和位置解。無線定位終端除了定位以外，還具有數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽瑢⒌玫降母呔榷ㄎ唤Y(jié)果傳輸給數(shù)據(jù)處理中心。機(jī)車、人員和鐵鞋使用無線定位終端即可獲得準(zhǔn)確的位置信息。

1.3 無線數(shù)據(jù)鏈路

數(shù)據(jù)傳輸采用LoRaWAN組網(wǎng)，組網(wǎng)方式與之前RTK方案中的組網(wǎng)一致。

1.4 數(shù)據(jù)處理中心

選用PC平臺，通過無線數(shù)據(jù)鏈路接收無線定位終端的位置信息。

2 結(jié)語

地面無線定位系統(tǒng)方案，地面無線定位基站和定位終端成本相對較高（半定制、非芯片化、市場保有量小），但具有以下優(yōu)勢：適應(yīng)能力強(qiáng)，可適用于所有環(huán)境、高可靠性、分米級精度，可以完全獨(dú)立使用。地面無線定位基站的建立具有靈活性，可以覆蓋場站全部區(qū)域，沒有信號盲區(qū)，不存在信號遮擋引起的定位效果不佳的情況，可以很好的解決鐵鞋、人員和機(jī)車定位問題。

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