一种双天线uwb地下轨道定位基站

专利摘要:
本实用新型公开了一种双天线UWB地下轨道定位基站，包括：基站机壳底部设置有电源数据端子；中央处理器，位于基站机壳内中部靠下位置，通过连接的通信模块与中央控制系统通信；UWB处理模块，位于基站机壳内中上部，桥接射频天线模块和中央处理器；射频天线模块，位于基站机壳顶部，与UWB处理模块连接；射频天线模块具体包括：第一天线、第二天线、第一放大电路和第二放大电路；存储模块，位于基站机壳内右下侧位置，与中央处理器连接；通信模块，位于基站机壳内左下侧，与中央处理器连接；电源模块，位于基站机壳内右下侧，与基站机壳内部所有模块连接。本实用新型降低了施工成本，提高了定位精度和覆盖距离，减少了安全风险。
公开号:CN214336899U
申请号:CN202023078421.6U
申请日:2020-12-20
公开日:2021-10-01
发明作者:刘忠良；陈真涛
申请人:Beijing Infrastructure Investment Co ltd Formerly Beijing Metro Group Co ltd；Beijing Investment Rail Transit Technology Holding Co ltd；Yiyajie Transportation System Beijing Co ltd；
IPC主号:H01Q1-22

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种双天线UWB地下轨道定位基站。
[n0002] 在大数据和人工智能高速发展形势下，轨道交通行业开始加速向智慧型转变，在城市地下管廊和地铁隧道作业方面，往往由于隧道、地下轨道交通、矿井的建筑施工环境艰苦恶劣、事故多发、管理复杂，隧道施工、运营企业面临很大的管理难题，迫切需要一种能够高效、准确的人员安全定位管理系统。
[n0003] 目前在线应用的人员定位管理系统普遍存在定位精度低、基站覆盖距离近，部署施工复杂等缺点，例如大部分地下隧道采用蓝牙信标级联的方式进行定位。其中，大量级联铺设的信标基数尤为庞大，在恶劣的环境下施工相当复杂；另外基于蓝牙技术实现定位往往受环境干扰影响大，系统无法准确判断人员位置，精度也无法达到厘米级。在基站覆盖距离方面，传统蓝牙定位基站覆盖的距离一般在几十米以内，而对于一般的轨道交通隧道，往往长度都在几十公里甚至更长，这无疑大大增加了基站的铺设成本。
[n0004] 尤其对于正在施工隧道的撑子面，需要根据施工进度不断的向前覆盖基站信号，随着挖掘进度就需要不断的移动基站以达到超前定位的效果，而传统基于蓝牙的技术最多向前覆盖20-30米，如果按每天挖掘3米，大约每隔10天就会向前移动一次基站，给运营管理带来不便。
[n0005] 为了解决背景技术中存在的技术问题，本实用新型提出了一种双天线UWB 地下轨道定位基站，以降低施工成本，提高定位精度和覆盖距离，减少安全风险。
[n0006] 本实用新型提出的一种双天线UWB地下轨道定位基站，包括：
[n0007] 基站机壳底部设置有电源数据端子；
[n0008] 中央处理器，位于基站机壳内中部靠下位置，通过连接的通信模块与中央控制系统通信；
[n0009] UWB处理模块，位于基站机壳内中上部，桥接射频天线模块和中央处理器；
[n0010] 射频天线模块，位于基站机壳顶部，与UWB处理模块连接；射频天线模块具体包括：第一天线、第二天线、第一放大电路和第二放大电路；
[n0011] 存储模块，位于基站机壳内右下侧位置，与中央处理器连接；
[n0012] 通信模块，位于基站机壳内左下侧，与中央处理器连接；
[n0013] 电源模块，位于基站机壳内右下侧，与基站机壳内部所有模块连接。
[n0014] 优选地，基站机壳底部设置有万向轮及锁止机构。
[n0015] 优选地，基站机壳四周设置有波纹状缓冲保护层。
[n0016] 优选地，中央处理器是微控制单元MCU，通过电路板安装在基站机壳内中部靠下位置。
[n0017] 优选地，通信模块为W5500芯片。
[n0018] 优选地，两天线安装在基站机壳顶端中央，彼此的位置间距10cm。
[n0019] 优选地，放大电路采用的BGB707L7ESD芯片级联。
[n0020] 优选地，UWB处理模块采用DWM1000芯片。
[n0021] 本实用新型中，采用UWB(Ultra Wide Band，超宽带)加放大增益方式，可极大的提高人员定位的精度，达到厘米级以内，大大提高了单个基站的信号的覆盖范围，减少运营的设备成本，也提高了定位的实时性；另外，采用双天线，解决了掌子面向前推进挪动频繁的问题，准确的判断人员的定位方向，到底处于基站的左侧还是右侧，实现了隧道长距离覆盖，覆盖间隔大于400米，人员的定位精度小于10厘米。
[n0022] 图1为本实用新型实施例提出的一种双天线UWB地下轨道定位基站结构图。
[n0023] 本实用新型实施例提出了一种双天线UWB地下轨道定位基站，其结构图如图1所示，具体包括：
[n0024] 基站机壳180，作为基站的外框，起到保护和电磁屏蔽作用，底部设置有电源数据端子140等常规设计部件，采用内螺紧固防水端子，连接稳定可靠，适合隧道现场环境；基站机壳180底部设置有万向轮及锁止机构，以便基站移动和转向；基站机壳180四周设置有波纹状缓冲保护层，以在基站移动时避免外界碰撞造成的损伤。
[n0025] 中央处理器150，位于基站机壳180内中部靠下位置，通过连接的W5500芯片通信模块160与轨道中央控制系统通信，实现UWB定位数据的收发、参数存储，网络服务等功能，并向基站内相关模块发出相应操作指令，中央处理器可以是MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)等处理设备，通过电路板安装在基站机壳180内中部靠下位置。通信模块160可以采用W5500芯片。
[n0026] 射频天线模块100，位于基站机壳180顶部，与UWB处理模块120连接，采用PA和LAN放大增益设计，用于收发UWB的射频基带数据，并将相关信息提报 UWB处理模块120；其中，射频天线模块100具体包括：第一天线101；第二天线102；两个天线安装在基站顶端中央，彼此的位置间距10cm，采用天线半径覆盖算法，根据经典雷达成像理论，距离分辨率δx与信号宽度T m有如下关系：δx＝vT m/2，其中v是信号在传播介质中的传播速度。由此宽带特性可知，超宽带定位技术有极高的测距精度。其采用的脉冲宽度为纳秒或亚纳秒级，理论上可以获得厘米甚至毫米级的测距精度。由于UWB系统发射的是持续时间极短且占空比很低的窄脉冲，因此其多径信号在时间上可分离。此外， UWB采用跳时扩频信号，系统具有较宽阔的频带，根据香农公式，信道容量C一定的情况下，高带宽可以降低信噪比。因此，UWB具有很强的抗干扰性，双个天线接收信号能够准确的判断人员位置方位；PA、LNA第一放大电路103；PA、 LNA第二放大电路104；采用双天线进行数据覆盖，可以准确的判断人员的定位方向，到底处于基站的左侧还是右侧。采用PA和LNA的放大电路，其采用的 HMC326MS8G芯片级联放大可以增强发射信号，采用的BGB707L7ESD芯片级联可以有效的增加信号的接收灵敏度，整个放大电路可以大大的提高基站射频的覆盖距离，降低设备的部署成本。
[n0027] UWB处理模块(DWM1000芯片)120，位于基站机壳180内中上部，与中央处理器150连接并与射频天线模块100桥接，用于处理射频天线模块100所接收的UWB基带数据，计算时间差以及实现相关的UWB距离计算算法，并接受中央处理器的控制指令。
[n0028] 存储模块130，位于基站机壳180内部右侧，与中央处理器150连接，用于存储基站终端的参数配置数据，如IP、模式等。
[n0029] 通信模块170，位于基站机壳180内部左下侧，与中央处理器150连接，用于建立基站终端的网络数据通道，接收中央处理器的数据收发指令，可通过此向后台服务器上传定位标签数据。
[n0030] 电源模块160，位于基站机壳180内部右下侧，用于整个系统的电源管理，为各个模块提供不同电压规格的电源，保证设备正常工作。电源模块160设置在下部，使得基站整体重心下移，提高稳定性。
[n0031] 以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

权利要求:
Claims (8)
[0001] 1.一种双天线UWB地下轨道定位基站，其特征在于，包括：
基站机壳(180)底部设置有电源数据端子(140)；
中央处理器(150)，位于基站机壳(180)内中部靠下位置，通过连接的通信模块(160)与中央控制系统通信；
UWB处理模块(120)，位于基站机壳(180)内中上部，桥接射频天线模块(100)和中央处理器(150)；
射频天线模块(100)，位于基站机壳(180)顶部，与UWB处理模块(120)连接；射频天线模块(100)具体包括：第一天线(101)、第二天线(102)、第一放大电路(103)和第二放大电路(104)；
存储模块(130)，位于基站机壳(180)内右下侧位置，与中央处理器(150)连接；
通信模块(160)，位于基站机壳(180)内左下侧，与中央处理器(150)连接；
电源模块(170)，位于基站机壳(180)内右下侧，与基站机壳(180)内部所有模块连接。
[0002] 2.根据权利要求1所述的双天线UWB地下轨道定位基站，其特征在于，基站机壳(180)底部设置有万向轮及锁止机构。
[0003] 3.根据权利要求1所述的双天线UWB地下轨道定位基站，其特征在于，基站机壳(180)四周设置有波纹状缓冲保护层。
[0004] 4.根据权利要求1所述的双天线UWB地下轨道定位基站，其特征在于，中央处理器(150)是微控制单元MCU，通过电路板安装在基站机壳(180)内中部靠下位置。
[0005] 5.根据权利要求1所述的双天线UWB地下轨道定位基站，其特征在于，通信模块(160)为W5500芯片。
[0006] 6.根据权利要求1所述的双天线UWB地下轨道定位基站，其特征在于，第一天线(101)和第二天线(102)安装在基站机壳(180)顶端中央，彼此的位置间距10cm。
[0007] 7.根据权利要求1所述的双天线UWB地下轨道定位基站，其特征在于，第一放大电路(103)和第二放大电路(104)采用的BGB707L7ESD芯片级联。
[0008] 8.根据权利要求1所述的双天线UWB地下轨道定位基站，其特征在于，UWB处理模块(120)采用DWM1000芯片。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202023078421.6U|CN214336899U|2020-12-20|2020-12-20|一种双天线uwb地下轨道定位基站|CN202023078421.6U| CN214336899U|2020-12-20|2020-12-20|一种双天线uwb地下轨道定位基站|