一种磁浮列车精确定位辅助装置及方法与流程

本发明涉及磁浮列车定位技术领域，尤其涉及一种磁浮列车精确定位辅助装置及方法。

背景技术：

磁浮交通是我国具有自主知识产权的新技术，也是目前城市轨道交通中最先进的技术之一。它具有环保、安全性高、爬坡能力强、转弯半径小、建设成本低等优点，适用于城市市区、近距离城市间和旅游景区的交通连接，具有广阔的发展前景。

由于磁浮列车取消了轮轨，无法通过对车轮的检测直接获得车辆速度，而需要采用非接触方式测定行车速度，进而推算出车辆位置。目前磁浮车辆主要采用的测速方法主要有轨枕计数方式、测速雷达方式、惯导方式等。轨枕计数方式需探测相隔一定距离布设的轨枕，因此输出是离散的，存在一定的误差和时延；测速雷达采用多普勒原理工作，虽然是非接触式，但受列车速度及外部反射面的影响，存在低速条件下速度测量不准确，存在速度盲区等缺陷；而惯导方式为连续输出，但存在固有的漂移输出，在车速较低时，均无法获得精准的速度值，使得车辆的位置计算产生较大误差，无法满足车辆在站台处精确定位的要求。

应答器由于通信边界不固定，且易受磁浮工字梁影响造成通信盲区，受中低速磁浮列车低速条件下测速精度不稳定以及固有工作原理导致的作用距离小等原因，定位精度的可靠性不足，在应用上受到一定的限制。

因此，为提高磁浮列车定位精度及可靠性，亟需一种辅助装置，可靠地辅助车载信号系统实现车辆精确定位。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种磁浮列车精确定位辅助装置及方法，可以提高磁浮列车定位精度及可靠性，以满足磁浮列车控制系统的工程要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种磁浮列车精确定位辅助装置，包括：地面部分与车载部分；其中：

地面部分，用于建立一个或多个符合要求的通信窗口，在通信窗口内产生电磁场信号；

车载部分，用于在磁浮列车进入一个通信窗口内时，感应通信窗口的电磁场信号，并对电磁场信号进行解调处理，如果信息有效且校验正确，则判定磁浮列车进入相应通信窗口，从而实现基本定位；然后，由车载ATO系统采用补偿算法对基本定位结果进行补偿，从而实现精确定位。

一种磁浮列车精确定位辅助方法，包括：

利用地面部分建立一个或多个符合要求的通信窗口，在通信窗口内产生电磁场信号；

利用车载部分在磁浮列车进入一个通信窗口内时，感应通信窗口的电磁场信号，并对电磁场信号进行解调处理，如果信息有效且校验正确，则判定磁浮列车进入相应通信窗口，从而实现基本定位；然后，由车载ATO系统采用补偿算法对基本定位结果进行补偿，从而实现精确定位。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过有效控制地面通信环线电磁场分布，结合车载环线天线为磁浮车辆提供基本定位，当车辆低速运行时，通过算法补偿，与车载信号系统配合，可计算出车辆进入通信窗口边界的准确时间点，进而推算出车辆在该时间点行驶的精确位置，为实现磁浮列车自动驾驶(ATO)功能，在站台区域精确定位停车，对位开/关车门和站台门提供保障；此外，该方案涉及的设备简单，成本低，检测准确，性能稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种磁浮列车精确定位辅助装置示意图；

图2为本发明实施例提供的车载环线和地面环线安装示意图；

图3为本发明实施例提供的车地环线通信范围示意图；

图4为本发明实施例提供的地面环线天线与车载环线天线的磁场方向示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种磁浮列车精确定位辅助装置，如图1所示，主要包括：地面部分与车载部分；其中：

地面部分，用于建立一个或多个符合要求的通信窗口，在通信窗口内产生电磁场信号；

车载部分，用于在磁浮列车进入一个通信窗口内时，感应通信窗口的电磁场信号，并对电磁场信号进行解调处理，如果信息有效且校验正确，则判定磁浮列车进入相应通信窗口，从而实现基本定位；然后，由车载ATO系统采用补偿算法对基本定位结果进行补偿，从而实现精确定位。

如图1(a)所示，所述地面部分包括：地面控制单元与地面环线天线；

所述地面控制单元(即环线控制单元)，用于生成包括数据信息与校验信息的通信报文(通信报文包含地面设备标识信息等)，并进行调制、编码、放大与隔离处理后通过地面环线天线向外发送。

本发明实施例中，地面控制单元采用双处理器，每一处理器独立生成通信报文。

地面环线天线适合中低速磁浮交通特有的轨道梁结构，便于快速安装部署和日常维护，采用基板与天线相结合的全固态设计方式，环线以印刷电路板形式制作，能够实现地面天线位置的粗调及微调，安装方式见图2，调节精度可达到厘米级，以适应车辆精确定位要求。

地面环线天线与地面控制单元相连接，受地面控制单元信号驱动，在其安装位置建立交变电磁场，从而形成一个通信窗口，此通信窗口边界稳定可靠，偏差在±5厘米以内，通信范围见图3。

如图1(b)所示，所述车载部分包括：车载环线天线与车载处理单元；

车载环线天线，用于在进入通信窗口内时，感应通信窗口的电磁场信号，并发送给车载处理单元；

车载处理单元(即环线车载单元)，用于接收车载环线天线传送的电磁场信号，并进行解调处理，如果解调获得的信息有效且校验正确，则判定磁浮列车进入相应通信窗口，从而实现基本定位；然后，将磁浮列车进入通信窗口时信号传输过程中产生的延时发送给车载ATO系统，由车载ATO系统将延时与实时速度信息相结合，实现厘米级的车辆精确定位。

如图4所示，为地面环线天线与车载环线天线的磁场方向示意图；其中的a为俯视图，其中的b为侧视图，图4中带实心圆点和带“x”的部分都表示磁场方向，A区域的方块表示车载环线天线，B区域的方块表示地面环线天线，虚线框表示环线通信范围。地面设备通过地面环线天线向外周期性的发送数据，包括ID号和校验信息。当车载环线天线进入到地面环线天线通信范围时，将能够接收并由车载处理单元解析地面数据，车载处理单元将记录接收起始时间，并周期将地面环线信息以及进入后到发送数据间的延时时间发送给车载ATO系统。车载ATO系统将根据接收到的时间，进入延时，可以计算进入环线边界后走行距离(车载ATO系统记录每周期的精确位置，可以根据延时时间与实时速度计算出进入边界后的走行距离)，从而得到精确的定位信息。

本发明实施例中，车载环线天线的安装方式见图2，地面环线天线与车载环线天线为垂直安装。

本发明实施例中，磁浮列车精确定位的精度偏差计算公式为：

E(ST)＝ΔVmax*E(t)+E(SM)；

其中，E(ST)为总的精度偏差，ΔVmax为车辆进站允许最高时速，E(t)为磁浮列车进入通信窗口时信号传输过程中产生的以及车载部分处理的总延时，E(SM)为地面部分与车载部分中天线固有定位精度误差。

上述辅助装置的特点在于在通信窗口内，通信质量不受工字梁及其他现场设备的影响，抗干扰性强，通信信息稳定可靠。同时该通信窗口边界稳定，采用适当的过走距离补偿算法即可辅助车辆计算出精确的位置。

本发明实施例提供的上述方案通过有效控制地面通信环线电磁场分布，结合车载环线天线为磁浮车辆提供基本定位，当车辆低速运行时，通过算法补偿，与车载信号系统配合，可计算出车辆进入通信窗口边界的准确时间点，进而推算出车辆在该时间点行驶的精确位置，为实现磁浮列车自动驾驶(ATO)功能，在站台区域精确定位停车，对位开/关车门和站台门提供保障；此外，该方案涉及的设备简单，成本低，检测准确，性能稳定。

本发明另一实施例还提供一种磁浮列车精确定位辅助方法，该方法基于前述实施例提供的辅助装置实现，包括：

利用地面部分建立一个或多个符合要求的通信窗口，在通信窗口内产生电磁场信号；

利用车载部分在磁浮列车进入一个通信窗口内时，感应通信窗口的电磁场信号，并对电磁场信号进行解调处理，如果信息有效且校验正确，则判定磁浮列车进入相应通信窗口，从而实现基本定位；然后，由车载ATO系统采用补偿算法对基本定位结果进行补偿，从而实现精确定位。

本发明实施例中，所述地面部分包括：地面控制单元与地面环线天线；

所述地面控制单元，用于生成包括数据信息与校验信息的通信报文，并进行调制、编码、放大与隔离处理后通过地面环线天线向外发送；

地面环线天线受地面控制单元信号驱动，在其安装位置建立交变电磁场，从而形成一个通信窗口。

本发明实施例中，所述车载部分包括：车载环线天线与车载处理单元；

车载环线天线，用于在进入通信窗口内时，感应通信窗口的电磁场信号，并发送给车载处理单元；

车载处理单元，用于接收车载环线天线传送的电磁场信号，并进行解调处理，如果解调获得的信息有效且校验正确，则判定磁浮列车进入相应通信窗口，从而实现基本定位；然后，将磁浮列车进入通信窗口时信号传输过程中产生的延时发送给车载ATO系统，由车载ATO系统将延时与实时速度信息相结合，实现厘米级的车辆精确定位。

本发明实施例中，所述地面部分中的地面环线天线与车载部分中的车载环线天线为垂直安装。

本发明实施例中，磁浮列车精确定位的精度偏差计算公式为：

E(ST)＝ΔVmax*E(t)+E(SM)；

其中，E(ST)为总的精度偏差，ΔVmax为车辆进站允许最高时速，E(t)为磁浮列车进入通信窗口时信号传输过程中产生的以及车载部分处理的总延时，E(SM)为地面部分与车载部分中天线固有定位精度误差。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。