基于地面無線技術的鐵路精準定位系統研究

馮本勇

摘要：采用地面無線定位系統，將多個地面無線定位基站成網絡，構建地面的無線定位網絡，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。設計的地面無線定位系統由地面無線定位基站、無線定位終端，數據處理中心、無線傳輸鏈路組成，由此組成的系統具有環境適應性強，精度可達到分米級，信號覆蓋面積廣，較好解決了人員和機車定位問題。

關鍵詞：無線定位系統；基站；位置信息

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：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生器，發射自定義的導航定位信號，機理與GPS相似，只不過是全部系統布設在地面，信號發射頻率選在2.4GHz自由頻段。無線定位終端進行定位解算，獲得終端所處的準確位置，并將位置上報。數據處理中心，選用PC平臺，通過無線數據傳輸鏈路接收無線定位終端上報的位置。

在本系統中，多個地面無線定位基站可進行自主同步組網，在地面建立一個類似于GPS星座的定位網絡，該網絡具有很強的空間擴展性和環境適應性。系統示意見圖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絡時間同步。建立好時間同步網絡后，地面無線定位基站向外播發導航定位信號，無線定位終端接收來自各個地面無線定位基站播發的導航定位信號，并進行定位解算。無線定位系統中，由于系統時鐘精確同步，減少了無線定位基站之間的時鐘誤差，且由于收發機安裝在地面，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絡，機車、人員和鐵鞋使用定位接收機即可獲得準確的位置信息，并將位置信息通過無線數據傳輸鏈路傳輸到數據處理中心。

1 系統設備構成

無線定位系統由地面無線定位基站、定位終端、無線傳輸鏈路、數據處理中組成。

1.1 地面無線定位基站

多部地面無線定位基站組成網絡，構建地面星座，提供高精度的測距信號。具有三個顯著特點：

采用時間同步技術，整個網絡自主地完成時間同步。自主同步使無線定位系統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即可完成。

發射的信號強度優于GNSS衛星信號。最弱的信號也比衛星信號強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。

發射的信號和GNSS衛星信號類似，可直接用于位置解算。

地面無線定位基站可分為兩個模塊：第一個為發射模塊，負責產生導航定位信號并將其發射到定位網絡中；第二個模塊為接收模塊，負責接收來自其他定位基站發射的信號，并計算接收信號與本地發射信號的頻率差異，調整發射模塊輸出信號的頻率。發射模塊主要提供信號產生功能。

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的導航定位信號，并進行行位置解算。定位解算可采用偽距和載波相位測距。該接收機設計簡單、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，還具有數據傳輸的功能，將得到的高精度定位結果傳輸給數據處理中心。機車、人員和鐵鞋使用無線定位終端即可獲得準確的位置信息。

1.3 無線數據鏈路

數據傳輸采用LoRaWAN組網，組網方式與之前RTK方案中的組網一致。

1.4 數據處理中心

選用PC平臺，通過無線數據鏈路接收無線定位終端的位置信息。

2 結語

地面無線定位系統方案，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），但具有以下優勢：適應能力強，可適用于所有環境、高可靠性、分米級精度，可以完全獨立使用。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域，沒有信號盲區，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、人員和機車定位問題。

參考文獻

[1]王珂.基于WLAN的移動終端無線定位技術研究[D].鄭州大學，2007.

[2]徐曉忻.無線定位技術及位置服務應用的研究[D].浙江大學，2012.

[3]王思詩.高速列車用戶無線網絡定位技術研究[D].北京交通大學，2012.

[4]趙冠男.OFDM通信網絡中的無線定位技術的研究[D].大連理工大學，2011.endprint