UWB列车导航系统

位度科技超宽带（UWB）技术

助力发展基于通信的新一代列车控制系统

UWB技术与产品介绍

超宽带（Ultra Wide Band，UWB）技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽，所以叫做超宽带。

我公司UWB模块的主要特点如下：

1、 可在-40℃~85℃的温度下，以2cm的测距精度在至少300m的范围内稳定运行。可通过更改参数和硬件配置来调整测距范围。

2、 具有一流的抗干扰能力，即使在电磁噪音复杂的环境中仍可保持卓越的性能。

3、 提供多种实时性能指标，如信噪比、回波信号等，可利于多智能传感器融合并创建高鲁棒性的导航解决方案。

4、 经过30多年来对UWB技术的深耕和创新，目前UWB芯片已进入第6代，性能在业界处于领先地位。

 我公司UWB设备的主要功能包含：测距、组网、定位、数据通信、雷达等。

UWB技术是当前主流实时定位技术中较为优秀的一个

UWB列车导航系统

基于UWB技术的列车定位方案，可作为辅助系统参与到列车控制系统中。如下图所示，该方案无需在轨道之间架设底架，在脱离接触或非接触式的滑动装置的情况下仍能完成实时定位。方案特点有：1、车载UWB节点可持续与路旁UWB节点测距，在增加路旁节点的情况可将定位范围扩大至全程；2、带有IMU等传感器，是一种多传感器融合的方案；3、可计算并传递列车位置、速度、加速度等。

主要优势

基于UWB的列车里程测量相比于传统里程测量技术，主要优势有：

1、 具备更高的可用性：应答器传输模块无单点故障，无底架设备；

2、 使列车立即重新定位：不再需要通过受限于应答器的手动驾驶模式来控制列车；

3、 加速和制动时不受器件打滑/滑动的影响；

4、 以更高的定位精度完成精准停靠；

5、 允许远距离传输列车控制信息（无线电方式）

6、 设备部署在轨道外侧：不需要活动梯和盖板，更容易编程和维护；

7、 实现对道路工人的保护：通过路边设备来定位工人，并直接完成“列车-工人”的间距测量；

8、 更轻和更小的车载里程计，使配备CBTC的维修车辆成为可能；

9、 与应答器传输单元和车轮传感器相比，更容易促进棕色地带运输车辆的升级；

提供的服务

在我们的方案中，UWB技术为列车控制系统提供的多种服务，具体如下：

案例分享（一）：纽约交通局地铁上的“UWB领航员”

系统架构

地面设备

项目情况：在Canarsie线和Jamaica线上共安装了242个地面信标，平均间距为96米，最大间距为286米。非侵入式安装方式，只在路旁距离地面1.5m处部署信标，无需在列车行驶的轨道上安装部件，这确保了安装施工的灵活性。对于设备，只需供电即可，不需要额外的网络连接。系统的鲁棒性高，故障发生间隔超过100万小时，可在雨雪天气、常温以及高温下正常运行。

车载设备

系统运行情况

车载导航系统利用率：99.992%

静态定位精度：±5cm

案例分享（二）：日立数字铁路——UWB技术推进列车导航技术的发展

方案名称：The Humatics Rail Navigation System (HRNS)

项目地点：那不勒斯，意大利

测试场地：当地CBTC测试跑道

测试指标：1、需满足CBTC对列车位置和速度的精确测量；2、演示并检测UWB设备与RTK和IMU器件的融合情况；3、与日立铁路现有系统集成后具备一定成本优势；4、具有远程培训、安装、调整和维护练习的能力。

应对情况：1、部署迅速，只花10天时间在1.5公里轨道上完成对测试车辆的设备部署；2、与日立数字铁路团队就技术集成方面快速达成一致，在应对CBTC标准时完成测试设备的初始化工作；3、对HRNS进行严格评估，然后进行为期2天的正式绩效评估；4、在正式评估期结束前，日立铁路公司认为技术性能和协作项目执行（其中90%是远程执行的）都是巨大的成功。

测试结果：1、满足自主CBTC操作的所有性能要求；2、以最小的开发工作量轻松与CBTC系统和模拟器集成；3、自主开发的传感器融合算法（UWB、GNSS、IMU）已经过多个项目考验，在该项目中能够提供精确的车辆位置和速度；4、经过调研，认为该系统对于信号供应商和公交运营商来说具有成本效益；5、维护简单，部署便捷，操作方便。

虚拟耦合列车技术中的UWB测距与通信功能

传统铁路系统的一大特征是：随着网络容量以及列车数量的增加，列车与机组的分离解耦、分流调度、耦合等行为会极大增加信号处理系统的复杂度，并逐渐超出系统的处理限制。而近年来发展的“虚拟耦合列车技术”可一定程度解决该问题，让系统处理多车耦合等行为时速度更快，更不容易发生机械故障和电器故障。虚拟耦合列车技术将通勤线路进行划分，分别是包含待耦合列车的高容量区段和低频次列车区段。

在虚拟耦合思路中，通过UWB技术完成列车与列车的相对定位，并进行编组。这个过程的实现甚至不需要地面设备，仅靠车载设备即可完成。无论是远距离还是极近距离（10cm以内），UWB设备都能处理虚拟耦合的相关需求，其测距和数据通信功能可实现列车间的同步牵引和制动。

UWB技术对卫星定位系统的补充

目前列车的主动控制系统主要依靠卫星定位来完成，而对于地下隧道环境以及城市高楼、峡谷等场景，无卫星或少卫星的情况会让卫星定位失效。UWB技术具有高精度、覆盖范围广、可无限扩展等特点，可以很好地补充卫星定位系统。UWB设备可以为列车定位系统带来更高的定位精度，让列车在关键轨道转换区域进行轨道识别、在站台完成精准停靠、在卫星定位失效区域进行里程校准。