[發明專利]基于雙模式導航系統的動車組關鍵數據無線傳輸保障方法

有效

• 申請號: 201510229091.0
• 申請日: 2015-05-07
• 公開（公告）號: CN104933845B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 王金田;呂龍;單正輝;關吉瑞;劉國梁;牛亞男;王文勇;許杰;聶東研;李強;劉長遠;孫正陽;董維金
• 申請（專利權）人: 長春軌道客車股份有限公司
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;H04W4/02
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙)22210
• 代理人: 田春梅

技術領域

本發明屬于高速動車組無線通訊保障方法領域，具體涉及一種基于雙模式導航系統的動車組關鍵數據無線傳輸保障方法。

背景技術

基于衛星導航定位的列車方位動態信息是保障動車組安全運行的重要信息之一，除了向動車組提供精準定位、速度計算和列車授時等服務以外，通過衛星定位并獲取頭車和尾車的即時位置信息，還可以判斷出頭車和尾車的速度以及二者間距是否變化、運行方向和速度是否一致，藉此確認列車運行中的完整性情況。在綜合考慮列車速度和制動距離之后，還可以通過計算確定在頭車之前和尾車之后分別設定合理的安全距離范圍，從而使得列車形成一個移動的閉塞區間，其它車輛或設施需保證禁止進入此閉塞區間，以確保行車安全。再者，通過將列車方位動態信息與鐵路沿線的電子地圖進行整合，還能向列車提供智能化控制車速的依據，使列車途經平交道口及彎道等位置時主動進行預先降速或提速，避免事故及交通堵塞的發生。此外，列車方位動態信息所包含的車速信息是判定列車當前時速的重要依據，車載智能控制系統可以依據該車速信息對列車當前是否超速以及可能超速的狀態進行診斷和預判，向駕駛員發出不同程度的報警或智能化地及時調整列車牽引和制動控制策略。

然而，國內現有獲取列車方位動態信息所依賴的衛星導航定位的系統均為美國全球定位系統(Global Positioning System，GPS)，而我國自主研發的中國北斗衛星導航系統(BeiDouNavigation Satellite System，BDS)則尚未在高鐵動車組的實時定位和相關服務領域展開應用。

除了受到GPS全球定位系統潛在的使用費用和諸多服務條款約束外，GPS全球定位系統與BDS北斗導航系統相比還存在以下明顯劣勢：

首先，GPS全球定位系統是被動式偽碼單向測距的三維導航系統，其實質是一個單向接收型的定位系統，天基衛星只向地面用戶發送定位信號，而地面用戶在接收該定位信號之后，還需由地面用戶通過匹配設備獨立解算自己當前的三維定位坐標數據。其天基衛星自身并不能確定該地面用戶的三維定位坐標，更無法將該用戶的三維定位坐標傳送給其它地面用戶或地面運營調度指揮中心，因此，這種偽碼單向測距的定位模式只能使配備解碼設備的動車組及時求得自身的位置和速度信息，卻無法使地面運營調度指揮中心或其它列車實時地獲取該動車組的位置和速度信息，這不利于運營調度管理和保障行車安全。

其次，從衛星發射導航信號到達接收機天線輸入口時的信號強度水平來看，GPS全球定位系統的最小保證電平值為-130dBm，而BDS北斗衛星導航系統的最小保證電平值為-133dBm。根據導航定位及解算的原理可知，BDS北斗衛星導航系統采用雙星定位方式即可滿足精確定位需求，而GPS全球定位系統則需要至少四顆GPS衛星才能保證其定位的精度，如果GPS衛星數目不足則不能進行精確的導航定位。目前美國GPS全球定位系統的現有空間星座體系僅包括21顆工作衛星和3顆備用衛星，北斗導航系統的在軌衛星數達到了17顆，二者所能提供的服務品質已相差無幾，而根據中國北斗導航系統空間星座規劃，到2020年項目完成時，北斗導航系統將實現包括5顆靜止軌道衛星、27顆中地球軌道衛星和3顆傾斜同步軌道衛星在內的共計35顆衛星全部入軌。從理論上來說，地面終端導航設備所能搜索到的衛星數量越多則定位越精準，這意味著未來，進一步完善后的中國北斗導航在軌衛星數量將超過并多于美國GPS定位系統，因此BDS北斗衛星導航系統屆時的定位信號將更強，精度也將更高。

此外，GPS全球定位系統僅向用戶提供坐標定位服務，卻不提供任何通訊服務。而我國自主研發的北斗衛星導航系統還具有美國GPS全球定位系統所不具備的雙向短報文通信功能，是全球首個在定位、授時之外具備雙向短報文通信為一體的衛星導航系統。北斗衛星導航系統的雙向短報文通信功能不僅可點對點雙向通信，其還支持一點對多點的廣播傳輸，該基于雙向短報文通信的北斗衛星導航系統信息群發功能，將在定位服務的基礎上給定位用戶的超遠距離通訊提供額外的便利。北斗短報文功能還提供了通訊緊急通道，此通道無時間限制，可以按照設定的時間間隔，不斷發出求救信息。當出現緊急情況，用戶可觸發北斗衛星導航系統的雙向短報文通信功能中的緊急救援功能，通過衛星導航終端設備及時向救援單位傳遞所處位置和受災情況等信息，有效提高救援搜索效率。

另一方面，根據所需通訊的數據類型，可將動車組關鍵數據分為二大類：

第一類、對通訊實時性要求高但單次傳送的數據量較少的數據，除了包括前述列車方位動態信息以外，該類信息還包括重大事故救援請求、車載設備狀態信息、鐵路沿線設施狀況信息、平交路口路況信息、調度信息、載客載貨量信息等；