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CN115339485A - 一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统及方法 - Google Patents

一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统及方法 Download PDF

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CN115339485A
CN115339485A CN202210961365.5A CN202210961365A CN115339485A CN 115339485 A CN115339485 A CN 115339485A CN 202210961365 A CN202210961365 A CN 202210961365A CN 115339485 A CN115339485 A CN 115339485A
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CN
China
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signal
train
response
query
early warning
Prior art date
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Application number
CN202210961365.5A
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English (en)
Inventor
李中岭
李永翔
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Tianjin Jinhang Computing Technology Research Institute
Original Assignee
Tianjin Jinhang Computing Technology Research Institute
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Publication date
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Abstract

本申请公开了一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统及方法，包括：无线通信测控模块，利用数据处理单元发送查询信号，发射单元将查询信号转化为周期查询模拟信号，收发单元向测控列车周围发射周期查询模拟信号，同时向数据处理单元发送信号发射时刻，数据处理单元记录信号发射时刻；利用收发单元接收测控列车周围接收到周期查询模拟信号的列车发出的应答信号，接收单元将应答信号转化为应答数字信号，数据处理单元获取收发单元接收到应答信号的信号接收时刻与应答信息，计算两车之间距离，判断应答信息满足预警条件且实际距离大于门限值时发出声光预警信号；声光预警模块发出声光预警信息，采取相应制动措施。

Description

一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统及方法
技术领域
本公开一般涉及通信技术领域，具体涉及一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统及方法。
背景技术
地铁交通系统因其快速、安全、准点率高等特点，在现代城市交通中所扮演的角色越来越重。在通常的地铁运营系统中，列车行车安全由地铁信号系统中的ATP(AutomaticTrain Protection)子系统进行保障。
现代城市的飞速发展，对地铁运营效率提出了越来越高的要求。为了提高地铁运营效率，列车自动化驾驶程度越来越高，驾驶员参与越来越少。但由于地铁安全运营关系重大，驾驶员的重要作用仍然不可替代，尤其是训练或者自动驾驶系统部分故障的情况。当ATP子系统切除之后，需要驾驶员人工保障行车安全。但由于地铁隧道内弯道较多、高架线路易受恶劣天气影响，这些均对驾驶员人工保障提出挑战，容易产生安全隐患。通常的做法是采用闭塞分区调度，也即扩大发车间隔，每个区间单向允许一列车运行。完全闭塞分区调度虽然可以保障运营安全，却不能满足提高运营效率的要求。因此，我们提出一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统及方法，用以解决上述问题。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种辅助提高运营效率，保障地铁列车运行安全，通用性强，减轻驾驶员驾驶压力的适用于地铁列车的辅助防碰撞系统及方法。
第一方面，本申请提供一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统，包括：
无线通信测控模块，其安装在测控列车的预设位置；所述无线通信测控模块包括：
数据处理单元，配置用于发送包含周期查询信息的查询信号；
发射单元，配置用于接收查询信号，将查询信号转化为周期查询模拟信号并发射至收发单元；
收发单元，配置用于向测控列车周围发射周期查询模拟信号，同时向所述数据处理单元发送信号发射时刻；
数据处理单元，还配置用于记录信号发射时刻；
收发单元，还配置用于接收测控列车周围接收到周期查询模拟信号的列车发出的应答信号；
接收单元，配置用于接收应答信号，将应答信号转化为应答数字信号并发送至数据处理单元；
数据处理单元，还配置用于接收并解析应答数字信号，获取所述收发单元接收到应答信号的信号接收时刻与应答信息，根据信号发射时刻与信号接收时刻，计算两车之间的距离，记为实际距离；判断应答信息满足预警条件且实际距离大于门限值时，则发出声光预警信号；
声光预警模块，其安装在测控列车的驾驶室内，配置用于接收声光预警信号，并发出声光预警信息。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述周期查询信息包括：接收到周期查询信号的列车车号、列车行驶方向和列车行驶速度。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述应答信息包括：列车行驶路线和列车运行状态。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述数据处理单元，还配置用于根据以下方式判断预警级别：
所述数据处理单元配置用于计算实际距离与门限值的差值，记为实际差值；
判断实际差值大于等于设定差值时，发出第一声光预警信号；
判断实际差值小于设定差值时，发出第二声光预警信号；
声光预警模块，配置用于接收第一声光预警信号或第二声光预警信号，并发出相应的声光预警信息。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述发射单元包括：通信连接的调制模块、第一滤波模块和第一放大模块；
所述调制模块，配置用于接收查询信号，将查询信号转化为可传输的查询模拟信号；
所述第一滤波模块，配置用于接收查询模拟信号，并过滤出目标查询模拟信号；
所述第一放大模块，配置用于将目标模拟查询信号功率放大，得到周期查询模拟信号并发送至所述收发单元。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述接收单元包括：通信连接的第二滤波模块、第二放大模块和解调模块；
所述第二滤波模块，配置用于接收应答信号，并过滤出目标应答信号；
所述第二放大模块，配置用于将目标应答信号放大，得到放大后的目标应答信号；
所述解调模块，配置用于将放大后的目标应答信号转化为应答数字信号，并发送至所述数据处理单元。
根据本申请实施例提供的技术方案，还包括：供电模块，其与所述数据处理单元连接，用于为无线通信测控模块供电。
第二方面，本申请提供一种基于上述的一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统的方法，包括以下步骤：
获取包含周期查询信息的查询信号；所述查询信号由所述数据处理单元发出；
将查询信号转化为周期查询模拟信号；
向测控列车周围发射周期查询模拟信号，同时记录信号发射时刻；
接收测控列车周围接收到周期查询信号的列车发出的应答信号；
将应答信号转化为应答数字信号；
获取接收到应答信号的信号接收时刻与应答信息；根据信号发射时刻与信号接收时刻，计算两车之间的距离，记为实际距离；
判断应答信息满足预警条件且实际距离大于门限值时，则发出声光预警信号；
接收声光预警信号，并发出声光预警信息。
根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下步骤获知预警级别：
计算实际距离与门限值的差值，记为实际差值；
判断实际差值大于等于设定差值时，发出第一声光预警信号；
判断实际差值小于设定差值时，发出第二声光预警信号；
根据第一声光预警信号或第二声光预警信号，发出相应的声光预警信息。
根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下公式计算两车之间的距离：
S＝(Trx-Ttx)*c/2；
其中，Trx为信号发射时刻；Ttx为信号接收时刻；c为光速。
综上所述，本申请提供一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统，设计无线通信测控模块，安装在测控列车的预设位置，无线通信测控模块包括数据处理单元、发射单元、收发单元和接收单元；在测控列车的驾驶室内安装声光预警模块，利用数据处理单元发送包含周期查询信息的查询信号，发射单元接收查询信号，将查询信号转化为周期查询模拟信号并发射至收发单元，收发单元向测控列车周围发射周期查询模拟信号，同时向数据处理单元发送信号发射时刻，通过数据处理单元记录信号发射时刻；再利用收发单元接收测控列车周围接收到周期查询模拟信号的列车发出的应答信号，接收单元将应答信号转化为应答数字信号并发送至数据处理单元，数据处理单元接收应答数字信号，获取收发单元接收到应答信号的信号接收时刻与应答信息，根据信号发射时刻与信号接收时刻，计算两车之间的距离，记为实际距离；判断应答信息满足预警条件且实际距离大于门限值时，则发出声光预警信号；声光预警模块接收声光预警信号，并发出声光预警信息，根据声光预警信息采取相应的制动措施。
本申请在现有系统的的基础上，设计配合使用的无线通信测控模块与声光预警模块，通过对测控列车周围的列车的车距、运行状态进行实时监控，当满足预警条件且大于门限值时，发出声光预警信息，以提高列车的运营效率与运行安全性，同时减轻驾驶员的驾驶压力，对列车车辆硬件适应性强，更具有通用性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统的原理图。
图2为适用于地铁列车的辅助防碰撞系统的工作示意图。
图3为适用于地铁列车的辅助防碰撞系统的工作示意图。
图4为适用于地铁列车的辅助防碰撞系统的原理图。
图中标号：1、无线通信测控模块；2、数据处理单元；3、发射单元；4、收发单元；5、接收单元；6、声光预警模块；7、调制模块；8、第一滤波模块；9、第一放大模块；10、第二滤波模块；11、第二放大模块；12、解调模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1
请参考图1所示的本申请提供的一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统的第一种实施例的原理示意图，此辅助防碰撞系统可应用于地铁列车，此辅助防碰撞系统与现有的ATP子系统同时工作，但和ATP子系统互不影响。
设定需要检测周围车辆状况的车辆为测控列车，所述辅助防碰撞系统包括：
无线通信测控模块1，其安装在测控列车的预设位置；所述无线通信测控模块1包括：
数据处理单元2，配置用于发送包含周期查询信息的查询信号；
其中，数据处理单元2，可为FPGA芯片或者DSP芯片。
周期查询信息包括：接收到周期查询信号的列车车号、列车行驶方向和列车行驶速度。
发射单元3，配置用于查询信号，将查询信号转化为周期查询模拟信号并发射至收发单元4；
具体地，如图4所示，发射单元4包括：通信连接的调制模块7、第一滤波模块8和第一放大模块9；
所述调制模块7，配置用于接收查询信号，将查询信号转化为可传输的查询模拟信号；
其中，调制模块7可为CMX469AD3 SOIC-20。
所述第一滤波模块8，配置用于接收查询模拟信号，并过滤出目标查询模拟信号；
其中，第一滤波模块8可为滤波器，其型号例如为DOREXS DEB1-6A。
所述第一放大模块9，配置用于将目标模拟查询信号功率放大，得到周期查询模拟信号并发送至所述收发单元4。
其中，第一放大模块9可为放大器，其型号例如为冠为GW-GDW-LSZ。
收发单元4，配置用于向测控列车周围发射周期查询模拟信号，同时向所述数据处理单元2发送信号发射时刻；
其中，收发单元4可为收发天线。
数据处理单元2，还配置用于记录信号发射时刻；
收发单元4，还配置用于接收测控列车周围接收到周期查询模拟信号的列车发出的应答信号；
接收单元5，配置用于接收应答信号，将应答信号转化为应答数字信号并发送至数据处理单元2；
应答信息包括：列车行驶路线和列车运行状态。
具体地，如图4所示，所述接收单元5包括：通信连接的第二滤波模块10、第二放大模块11和解调模块12；
所述第二滤波模块10，配置用于接收应答信号，并过滤出目标应答信号；
其中，第二滤波模块10可为滤波器，其型号例如为DOREXS DEB1-6A。
所述第二放大模块11，配置用于将目标应答信号放大，得到放大后的目标应答信号；
其中，第二放大模块11可为放大器，其型号例如为冠为GW-GDW-LSZ。
所述解调模块12，配置用于将放大后的目标应答信号转化为应答数字信号，并发送至所述数据处理单元2。
其中，解调模块12可为CMX469AD3 SOIC-20。
数据处理单元2，还配置用于接收并解析应答数字信号，获取所述收发单元4接收到应答信号的信号接收时刻与应答信息，根据信号发射时刻与信号接收时刻，计算两车之间的距离，记为实际距离；判断应答信息满足预警条件且实际距离大于门限值时，则发出声光预警信号；
声光预警模块6，其安装在测控列车的驾驶室内，配置用于接收声光预警信号，并发出声光预警信息。
在列车上安装此辅助防碰撞系统实时对列车周围车辆进行监测，通过对测控列车周围的列车的车距、运行状态进行监控，当满足预警条件且大于门限值时，发出声光预警信息，实现在不改变现有系统的前提下，提高列车的运营效率与运行安全性，同时减轻驾驶员的驾驶压力，对列车车辆硬件适应性强，更具有通用性。
如图2所示，A2为测控列车，其周围车辆有A1和A3。
A2上安装有此辅助防碰撞系统，利用数据处理单元2发出包含周期查询信息的查询信号，发射单元3接收到查询信号，将查询信号转化为周期查询模拟信号发射至收发单元4，收发单元4将周期查询模拟信号向A2周围发射，并向数据处理单元2反馈信号发射时刻；
A1与A3均接收到A2发射的周期查询模拟信号，并发出应答信号；收发单元4再接收A1、A3发出的应答信号，并传输至接收单元5；接收单元5将应答信号转化为应答数字信号，并发送至数据处理单元2，数据处理单元2解析应答数字信号，获取收发单元4接收到应答信号的信号接收时刻与应答信息，根据信号发射时刻与信号接收时刻计算A1与A2之间的距离，记为实际距离S1，以及计算A3与A2之间的距离，记为实际距离S2；
两车距离公式如下：S＝(Trx-Ttx)*c/2；
其中，Trx为信号发射时刻；Ttx为信号接收时刻；c为光速；
A1与A2之间的距离：S1＝(Trx-Ttx1)*c/2；
其中，Ttx1为收发单元4接收到A1发出的应答信号的信号接收时刻；
A3与A2之间的距离：S2＝(Trx-Ttx2)*c/2；
其中，Ttx2为收发单元4接收到A2发出的应答信号的信号接收时刻；
设定预警条件：与测控列车行驶在同一路线，列车处于行驶状态；
设定门限值为C；
其中，A1的应答信息为：与测控列车行驶在同一路线，列车处于停靠状态；
A3的应答信息为：与测控列车行驶在同一路线，列车处于行驶状态；
可知A1不满足预警条件；再判断实际距离是否大于门限值，可知S2>C。即A1的应答信息满足预警条件且实际距离大于门限值，数据处理单元2发出声光预警信号；
声光预警模块6上述的声光预警信号，并发出声光预警信息，采取刹车制动；
其中，刹车制动方式包括：
1、驾驶室内的驾驶员收到声光预警信息，采取人工启动刹车制动；
2、获知该辅助防碰撞系统与列车的刹车系统连通，列车的刹车系统接收到此声光预警信息，可自动刹车制动。
因此刹车制动方式可根据实际车辆配置采用不同的刹车制动操作。
如图3所示，B2为测控车辆，其周围车辆有B1。
B2上安装有此辅助防碰撞系统，利用数据处理单元2发出查询信号，发射单元3接收到查询信号，将查询信号转化为周期查询模拟信号发射至收发单元4，收发单元4将周期查询模拟信号向B2周围发射，并向数据处理单元2反馈信号发射时刻；
B1接收到B2发射的周期查询模拟信号，并发出应答信号；收发单元4再接收B1发出的应答信号，并传输至接收单元5；接收单元5将应答信号转化为应答数字信号，并发送至数据处理单元2，数据处理单元2解析应答数字信号，获取收发单元4接收到应答信号的信号接收时刻与应答信息，根据信号发射时刻与信号接收时刻计算B1与B2之间的距离，记为实际距离S3；
设定预警条件：与测控列车行驶在同一路线，列车处于行驶状态；
设定门限值为C；
其中，B1的应答信息为：与测控列车行驶在同一路线，列车处于行驶状态；
可知B1满足预警条件，再判断实际距离是否大于门限值，S3<C，即实际距离小于门限值，不会发出声光预警信号。
进一步地，数据处理单元2，还配置用于根据以下方式判断预警级别：
所述数据处理单元2配置用于计算实际距离与门限值的差值，记为实际差值；
判断实际差值大于等于设定差值时，发出第一声光预警信号；
判断实际差值小于设定差值时，发出第二声光预警信号；
声光预警模块6，配置用于接收第一声光预警信号或第二声光预警信号，并发出相应的声光预警信息。
其中，声光预警信号包括：第一声光预警信号、第二声光预警信号；
第一声光预警信号对应的声光预警信息为舒缓的警报声音，和黄色的闪烁灯光；
第二声光预警信号对应的声光预警信息为急促的警报声音，和红色的闪烁灯光。
可根据预警级别采取不同的制动措施，以保障列车运行安全。
如图2所示，基于上述内容，计算S2与C的差值，记为实际差值ΔS，已知设定差值为Q，判断ΔS≥Q，则发出第一声光预警信号；
声光预警模块6接收第一声光预警信号，并发出相应的声光预警信息。
进一步地，还包括：供电模块，其与所述数据处理单元2连接，用于为无线通信测控模块1供电。
其中，供电模块，可为车载供电。
实施例2
一种基于实施例1所述的一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统的方法，包括以下步骤：
获取包含周期查询信息的查询信号；所述查询信号由所述数据处理单元2发出；
将查询信号转化为周期查询模拟信号；
向测控列车周围发射周期查询模拟信号，同时记录信号发射时刻；
接收测控列车周围接收到周期查询信号的列车发出的应答信号；
将应答信号转化为应答数字信号；
获取接收到应答信号的信号接收时刻与应答信息；根据信号发射时刻与信号接收时刻，计算两车之间的距离，记为实际距离；
判断应答信息满足预警条件且实际距离大于门限值时，则发出声光预警信号；
接收声光预警信号，并发出声光预警信息。
在不改变现有系统的前提下，提高列车的运营效率与运行安全性，同时减轻驾驶员的驾驶压力，对列车车辆硬件适应性强，更具有通用性。
进一步地，根据以下步骤获知预警级别：
计算实际距离与门限值的差值，记为实际差值；
判断实际差值大于等于设定差值时，发出第一声光预警信号；
判断实际差值小于设定差值时，发出第二声光预警信号；
根据第一声光预警信号或第二声光预警信号，发出相应的声光预警信息。
进一步地，根据以下公式计算两车之间的距离：
S＝(Trx-Ttx)*c/2；
其中，Trx为信号发射时刻；Ttx为信号接收时刻；c为光速。
可根据预警级别采取不同的制动措施，以保障列车运行安全。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统，其特征在于，包括：
无线通信测控模块(1)，其安装在测控列车的预设位置；所述无线通信测控模块(1)包括：
数据处理单元(2)，配置用于发送包含周期查询信息的查询信号；
发射单元(3)，配置用于接收查询信号，将查询信号转化为周期查询模拟信号并发射至收发单元(4)；
收发单元(4)，配置用于向测控列车周围发射周期查询模拟信号，同时向所述数据处理单元(2)发送信号发射时刻；
数据处理单元(2)，还配置用于记录信号发射时刻；
收发单元(4)，还配置用于接收测控列车周围接收到周期查询模拟信号的列车发出的应答信号；
接收单元(5)，配置用于接收应答信号，将应答信号转化为应答数字信号并发送至数据处理单元(2)；
数据处理单元(2)，还配置用于接收并解析应答数字信号，获取所述收发单元(4)接收到应答信号的信号接收时刻与应答信息，根据信号发射时刻与信号接收时刻，计算两车之间的距离，记为实际距离；判断应答信息满足预警条件且实际距离大于门限值时，则发出声光预警信号；
声光预警模块(6)，其安装在测控列车的驾驶室内，配置用于接收声光预警信号，并发出声光预警信息。
2.根据权利要求1所述的一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统，其特征在于，所述周期查询信息包括：接收到周期查询信号的列车车号、列车行驶方向和列车行驶速度。
3.根据权利要求1所述的一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统，其特征在于，所述应答信息包括：列车行驶路线和列车运行状态。
4.根据权利要求1所述的一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统，其特征在于，所述数据处理单元(2)，还配置用于根据以下方式判断预警级别：
所述数据处理单元(2)配置用于计算实际距离与门限值的差值，记为实际差值；
判断实际差值大于等于设定差值时，发出第一声光预警信号；
判断实际差值小于设定差值时，发出第二声光预警信号；
声光预警模块(6)，配置用于接收第一声光预警信号或第二声光预警信号，并发出相应的声光预警信息。
5.根据权利要求1所述的一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统，其特征在于，所述发射单元(4)包括：通信连接的调制模块(7)、第一滤波模块(8)和第一放大模块(9)；
所述调制模块(7)，配置用于接收查询信号，将查询信号转化为可传输的查询模拟信号；
所述第一滤波模块(8)，配置用于接收查询模拟信号，并过滤出目标查询模拟信号；
所述第一放大模块(9)，配置用于将目标模拟查询信号功率放大，得到周期查询模拟信号并发送至所述收发单元(4)。
6.根据权利要求1所述的一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统，其特征在于，所述接收单元(5)包括：通信连接的第二滤波模块(10)、第二放大模块(11)和解调模块(12)；
所述第二滤波模块(10)，配置用于接收应答信号，并过滤出目标应答信号；
所述第二放大模块(11)，配置用于将目标应答信号放大，得到放大后的目标应答信号；
所述解调模块(12)，配置用于将放大后的目标应答信号转化为应答数字信号，并发送至所述数据处理单元(2)。
7.根据权利要求1所述的一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统，其特征在于，还包括：供电模块，其与所述数据处理单元(2)连接，用于为无线通信测控模块(1)供电。
8.一种基于权利要求1至7任一项所述的一种适用于地铁列车的辅助防碰撞系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取包含周期查询信息的查询信号；所述查询信号由所述数据处理单元(2)发出；
将查询信号转化为周期查询模拟信号；
向测控列车周围发射周期查询模拟信号，同时记录信号发射时刻；
接收测控列车周围接收到周期查询信号的列车发出的应答信号；
将应答信号转化为应答数字信号；
获取接收到应答信号的信号接收时刻与应答信息；根据信号发射时刻与信号接收时刻，计算两车之间的距离，记为实际距离；
判断应答信息满足预警条件且实际距离大于门限值时，则发出声光预警信号；
接收声光预警信号，并发出声光预警信息。
9.根据权利要求8所述的一种适用于地铁列车的辅助防碰撞方法，其特征在于，根据以下步骤获知预警级别：
计算实际距离与门限值的差值，记为实际差值；
判断实际差值大于等于设定差值时，发出第一声光预警信号；
判断实际差值小于设定差值时，发出第二声光预警信号；
根据第一声光预警信号或第二声光预警信号，发出相应的声光预警信息。
10.根据权利要求8所述的一种适用于地铁列车的辅助防碰撞方法，其特征在于，根据以下公式计算两车之间的距离：
S＝(Trx-Ttx)*c/2；
其中，Trx为信号发射时刻；Ttx为信号接收时刻；c为光速。
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