专利名称：对位置的估计的完整性进行实时检测的用于定位列车的系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及列车的定位，并且特别地，涉及被设计成用于估计列车的位置以及用于实时检测位置的估计的完整性的系统。
背景技术：
如已知的，在铁路领域中已明显地感觉到对于开发越来越可靠的用于控制运动中的列车以保证铁路交通的安全的定位系统的需求。在航空领域，所述需求已经通过基于卫星的增强系统(SBAS)的使用而得到解决，所述基于卫星的增强系统使得能够增强位置的估计的精确度并且因此可以被用于支持空中导航。此外，SBAS被设计成用于还提供“生命安全”信号，并且因此可以被用于支持空中交通控制系统。已知的SBAS类型的系统是:.European Geostationary Navigation Overlay System (EGN0S,欧洲地球同步导航覆盖系统)，被设计成提供增强在欧洲大陆和在北非(特别地是在摩洛哥北部、在突尼斯、阿尔及利亚和利比亚)的位置的估计的精确度的服务；.Wide-Area Augmentation System, (WAAS,广域增强系统)，在美国开发，并且被设计成提供增强在北美大陆的广大区域上的位置的估计的精确度的服务；以及.Multifunctional Satellite Augmentation System (MSAS,多功能卫星增强系统)，在日本开发，并且被设计成提供增强在亚洲大陆的广大区域上的位置的估计的精确度的服务。当所有上述SBAS将完全运转时，例如从纽约起飞飞往伦敦然后飞往新德里的飞机将总是保持在所述SBAS的覆盖下。特别地，SBAS保证了在位置的估计上的大约两米的精确度。此外，SBAS还保证了从全球定位系统(GPS)接收的数据的可靠性，并且使得能够对高度进行很精确的计算，这将来可以也被用于空中导航。具体地，为了提供使得能够基于从GPS接收的信号做出的对位置的估计的精细化的信息以及为了提供“生命安全”信号，SBAS利用了:.多个地球同步卫星(即，相对于地球表面具有固定位置的卫星,如与GPS卫星相比的，同步卫星在轨道中)；.多个地面站，该多个地面站被适当地地理参考，并且设置有适当的时间基准(高精度时钟)，且被配置成用于确定由于对流层的电离作用而导致的由GPS卫星传输的信号的延迟；以及.多个数据处理基站。更具体地，为了确定基于从GPS接收的信号而在位置估计中产生的误差，SBAS以在下文中描述的方式工作。地面站检测由GPS卫星传输的数据的误差(该误差可能主要归因于大气层的最低层的电离作用)。为此目的，地面站将基于从GPS卫星接收的信号所计算出的它们本身的位置与GPS卫星的轨道的数据以及各自的被验证了的位置进行比较。如已知的，GPS接收器使它们本身的位置的计算基于它们从GPS卫星接收信号的延迟。由于每个地面站知道各自的精确的位置和GPS卫星(地面站已经从所述GPS卫星接收GPS信号)的位置(所述这些位置不是基于被接收的信号确定，而是基于卫星本身的轨道的数据确定)，每个地面站因此能够容易地确定由GPS信号穿过大气层的传播导致的误差。每个地面站因此可以基于被计算出的误差产生各自的周围的点的栅格(lattice)并且检测对于这些点中的每个点的误差容限，因此扩大在其中被计算出的GPS误差为有效的区域。因此，通过该方式，每个地面站确定各自的对于各自的能力区域是有效的误差模式。由地面站产生的数据然后被发送到至少一个数据处理基站，该至少一个数据处理基站产生校正因数的非常密集的栅格。在实践中，它对应于大数量的已知位置的点，对于其中的每个点来说，对用于从每个GPS卫星接收的信号的校正数据进行处理。这些数据被实时地更新，到GPS信号穿过大气层的传播的状态根据大气层本身的状态明显地改变的程度。这些校正因数然后被送到SBAS卫星，使得它们可以利用与GPS信号的频率相同的频率(即，频率LI)而最终被重新传输到地面，并且然后使得用户终端能够接收。接收该SBAS信号的终端选择对于与其最接近的栅格的点来说有效的数据，并将这些数据应用到在那个时刻正在接收的卫星上，并且使用它们来用于对它本身的位置的计算。在铁路领域中，SBAS的使用不是直截了当的。实际上，提供“生命安全”信号的服务已经被构思主要用于航空过程，航空过程与铁路过程是完全不同。实际上，铁路过程始自于这样的构想，即，在安全规程如此要求的情况下，通过基于列车的状态和所述列车的位置的认识水平实时地定义，每台列车可以沿着它的路径而在每个瞬时管理运行的速度和可能的停车。列车的行进的控制的这个过程的更成熟的发展由欧洲铁路交通管理系统(ERTMS)和欧洲列车控制系统(ETCS)代表。特别地，集成有ERTMS-ETCS的系统是用于铁路交通的管理、控制、保护、和信号发送的高级系统，该高级系统被设计成替换不同的欧洲铁路的循环和安全的多样的且相互不兼容的系统，以保证在不同的欧洲铁路网上列车的可互用性，并且最大化欧洲铁路网络(高速网络和最大商业利益的网络两者)的性能的水平。ERTMS-ETCS由不同的设备构成，所述设备具有实现前述的功能的目的并且特征在于三个不同的功能级，具体地是第一功能级、第二功能级、和第三功能级。每个功能级的定义取决于铁路线被如何装备以及取决于信息在列车与监测站之间被如何交换。在第一级ERTMS-ETCS中，对于运动的授权和在路径上的对应信息被传输到列车，并且通过利用沿着轨道分布的应答器(balises)(被称为“Eurobalises (欧洲应答器)”)而以不连续的方式在驾驶室中显示给驾驶员，提供列车的自定位，并且传输路径情况，所有这些均可通过以连续的方式为列车提供信息和对应的行进和定位控制数据的其它系列的传输点集成。特别地，目前的列车被装设有车载里程表，车载里程表被配置成用于测量安装有这些车载里程表的列车的速度、以及用于通过所测量的速度的积分来估计所述列车的位置。在第一级ERTMS-ETCS中，Eurobalises被用于校准车载里程表，即，用于基于由Eurobalises提供的被验证了的位置校正由车载里程表提供的位置的估计。第一级ERTMS-ETCS提供了车载信号设备，该信号设备可以被添加到当前被安装在铁路线上的传统信号系统中，从而在工作中保留传统信号系统来用于传统列车的循环。固定的传输应答器(Eurobalises)通过适当的编码传输由固定的线信号提供的信息，并且将所必需的对于运动的授权提供给列车的车载设备。车载计算机基于从Eurobalises接收的数据处理最大速度和制动曲线。为了能够从地面应答器获得必需的信息(特别是所必需的对于下一个运动的授权)，对于列车来说必须接合经过它们的所述应答器。通过轨道电路检测关于列车的完整性的和各自的定位的信息。通过在段开始信号和段结束信号之间安装附加的Eurobalises (Euroloops (欧洲环线)),可获得足够连续的信息传输。信息可以通过感应装置或者通过无线电而随着火车头的通过而传输。在这点上，图1示出了第一级ERTMS-ETCS工作的实例的情况。特别地，图1示意性地图示了:
.铁路线段(整体地由11表示)，其包括两个Eurobalises (分别由111和112表示)，该两个Eurobalises被连接到线路单元(由113表示),其进而被远程地连接到控制中心(由12表示)；以及 列车(整体地由13表示)，其沿着铁路线段11运动并且被车载地安装有是车载计算机(由131表示)，车载计算机被连接到接收器(由132表示)和控制面板(由133表示)，该控制面板被配置成用于向列车13的驾驶员(由134表示)提供信息。具体地，控制中心12向线路单元113发送关于铁路线段11的信息，比如，例如，对于列车的运动的授权、列车的减速、以及允许的最大速度。线路单元113将从控制中心12接收的信息和由沿着铁路线段11安装的固定信号系统(在图1中为了简明未示出)提供的其它信息一起提供到Eurobaliseslll和112。两个Eurobaliseslll和112中的每一个被地理参考(即，知道各自的精确的位置)，并且随着列车的通过而通过感应装置或者通过无线电将各自的位置和从线路单元113接收的信息一起进行传输。当列车13经过Eurobaliseslll和112时，接收器132接收由所述Eurobaliseslll和112传输的信息并且将该信息提供到车载计算机131。该车载计算机131将经由接收器132接收的信息连同通过所述接收的信息的和关于列车13的其它信息(例如，列车13的速度、重量、和长度)的处理获得的进一步信息(例如，列车13的当前制动曲线)一起显示在控制面板133上。此外，车载计算机131被连接到列车13的车载里程表(为了简明的原因在图1中未示出)，以用于从车载里程表接收对列车13的位置的估计。车载计算机131基于从Eurobaliseslll和112接收的位置校正所述估计。当车载计算机不具有可用的由Eurobaliseslll和112提供的精确的位置时，车载计算机131在控制面板133上显示由车载里程表提供的位置的估计，然而，当车载计算机接收由Eurobaliseslll和112提供的精确的位置时，车载计算机在控制面板133上显示所述精确的位置。相反，关于第二级ERTMS-ETCS，其使得通过列车和被称为“Radio Block Centre(无线电数据块中心)” (RBC)的控制基站之间的无线电通信而能够对列车之间的距离进行管理，所述控制基站在知道线路的状态和其它列车的状态的情况下可利用基于用于铁路通信的国际移动电话标准“Global System for Mobile Communications-Railway (用于移动铁路通信的全球系统)” (GSM-R)的连接而将关于线路的信息(比如，例如，对于列车的运动的授权、列车的减速、和允许的最大速度)连续地发送到列车。列车可以因此也基于它们本身的重量和制动的特征确定它们本身的速度曲线。在可能的安全风险的情况下，该系统以及时的方式介入。特别地，第二级ERTMS-ETCS是用于基于数字数据的无线电传输的列车的发信号和保护的系统。在列车的驾驶室中被显示在特意设置的控制面板上的是直接从RBC接收的关于路径和对于列车的运动的授权的信息。列车的位置、行进的方向与所有其它的必需的信息一起被列车自动地以给定的间隔传输到RBC。列车的运动因此被RBC连续地监测。在第二级ERTMS-ETCS中，Eurobalises仅仅采用参考点的功能来用于列车的沿着线路的定位的控制和校正。车载计算机连续地逐点地处理被传递的数据和被允许的最大速度。在这方面，图2示出了第二级ERTMS-ETCS工作的实例的情况。特别地，图2示意性地图示了:.铁路线段(整体地由21表示)，其包括两个Eurobalises (分别由211和212表示)；.RBC (由22表示)；以及 列车(整体地由23表示)，其沿着铁路线段21运动并且被车载地安装有车载计算机(由231表示)，该车载计算机被连接到接收器(由232表示)、与RBC22交换信息的GSM-R终端233、以及控制面板(由234表示)，该控制面板被配置用于向列车23的驾驶员(由235表示)提供信息。具体地，RBC22向GSM- R终端233发送关于铁路线段21的信息，比如，例如，对于列车的运动的授权、列车的减速、以及被允许的最大速度。GSM-R终端233将从RBC22接收的信息提供到车载计算机231。车载计算机231将经由GSM-R终端233从RBC22接收的信息连同经由关于列车23的其它信息(例如，列车23的速度、重量和长度)的和从RBC22接收的信息的处理而获得的其它信息(例如，列车23的当前制动曲线)一起显示在控制面板234上。而且，两个Eurobalises211和212中的每个被地理参考(B卩，知道各自的精确的位置)，并且随着列车的通过而通过感应装置或者通过无线电传输各自的位置。当列车23经过Eurobalises211和212时，接收器232接收由所述Eurobalises211和212传输的位置并且将这些位置提供到车载计算机231。此外，车载计算机231被连接到列车23的车载里程表(为了简明的原因在图2中未示出)，以从车载里程表接收列车23的位置的估计。车载计算机231基于从Eurobal ises211和212接收的位置校正所述估计。当车载计算机不具有可用的由Eurobalises211和212提供的精确的位置时，车载计算机231在控制面板234上显示由车载里程表提供的位置的估计，然而，当车载计算机接收由Eurobal ises211和212提供的精确的位置时，车载计算机在控制面板234上显示所述精确的位置。最终，列车23的位置、列车23的行进的方向与所有其它的必需信息一起由车载计算机231经由GSM-R终端233自动地传输到RBC22。这样，RBC22监测列车23的运动。相反，关于第三级ERTMS-ETCS，其仍然在研究中，因为关于列车安全的一些方面必需仍然被以更大的深度研究。概括地说，第三级ERTMS-ETCS设想省略许多地面装置，并且将列车的位置和完整性的控制交给特意设计的车载传输装置完成，该车载传输装置与用于关于列车在一段路程上的行进的数据的处理和控制的中心连续地对话。此外，第三级ERTMS-ETCS将超越固定块段的构思，引入动态块段的构思，该动态块段不是在预设物理空间中建模，而是根据循环要求和由无线电传输系统给予的可能性产生。发明目的及
发明内容
本申请人已经决定处理对于用于对运动中的列车的控制的可靠定位系统的需求，并且因此已经进行了目的在于开发用于定位列车的创新系统的深入研究，所述用于定位列车的创新系统能够满足铁路领域的所述需求且保证铁路交通的安全。因此，本发明的目的是提供将一种用于定位列车的系统，该用于定位列车的系统能够提供可靠的定位且保证铁路交通的安全。前述的目的通过本发明实现，本发明涉及根据所附权利要求中所定义的卫星终端和用于定位列车的系统。 特别地，根据本发明的卫星终端被设计成被车载地安装在列车上，被配置用于接收来自于属于一个或多个卫星导航系统的卫星的导航信号，并且特征在于它还被配置用于:.存储列车的铁路路线的地理参考数据；以及.基于所存储的地理参考数据和所接收的导航信号，确定列车沿着铁路路线的位置以及与所述计算出的位置关联的完整性水平。具体地，完整性水平是指与计算出的位置关联的最大误差。方便地，卫星终端被配置用于: 从所接收的所述导航信号中提取与已经传输了所述导航信号的所述卫星对应的定位数据；.基于所存储的所述地理参考数据和与至少两个卫星对应的定位数据，确定所述列车沿着所述铁路路线的位置；以及.基于所存储的所述地理参考数据和与至少三个卫星对应的定位数据，确定与所述计算出的位置关联的完整性水平。优选地，卫星终端被配置用于:.对于所述卫星终端从其接收导航信号的每个由三个卫星形成的组，基于所存储的所述地理参考数据和与所述三个卫星对应的所述定位数据来计算被约束(bound to)于所述铁路路线的对应的位置，并且基于被约束于所述铁路路线的所述对应的位置以及与所述三个卫星对应的所述定位数据来计算对应的保护水平，所述对应的保护水平是指与被约束于所述铁路路线的所述对应的位置关联的最大误差；.至少基于计算出的所述保护水平，根据选择准则选择由三个卫星形成的一组；以及.分别基于对于所选择的由三个卫星形成的所述组计算出的被约束于所述铁路路线的所述位置和所述保护水平，确定所述列车沿着所述铁路路线的所述位置和与所述位置关联的所述完整性水平。特别地，对于由三个卫星形成的组计算出的被约束于所述铁路路线的每个位置包括:.各自的第一坐标，所述第一坐标表示基于所述地理参考数据计算出的所述铁路路线的平均高度；
.各自的第二坐标，所述第二坐标等于零；以及.各自的第三坐标，所述第三坐标对应于曲线横坐标，所述曲线横坐标与所述铁路路线关联，并且基于所存储的所述地理参考数据和与所述三个卫星对应的所述定位数据而被计算出。具体地，对于每个对于由三个卫星形成的组计算出的被约束于所述铁路路线上的位置:.所述各自的第一坐标对应于第一参考轴线，所述第一参考轴线相对于所述地球表面基本上垂直；并且.所述各自的第二坐标和所述各自的第三坐标分别对应于第二参考轴线和第三参考轴线，所述第二参考轴线和所述第三参考轴线相互垂直并且位于与所述地球表面相切的平面中。优选地，卫星终端被配置用于对于所述卫星终端从其接收导航信号的每个由三个卫星形成的组计算以下项:.基于所存储的所述地理参考数据和与所述三个卫星对应的所述定位数据，计算被约束于所述铁路路线的所述对应的位置和与从所述三个卫星接收的所述导航信号关联的对应的时间偏差；.基于被约束于所述铁路路线的所述对应的位置的所述第一坐标和第三坐标、基于所述对应的时间偏差、和基于与所述三个卫星对应的所述定位数据，计算与被约束于所述铁路路线的所述对应的位置的所述第二坐标关联的对应的平均误差；以及.基于所述对应的平均误差，以这样的方式计算所述对应的保护水平，所述方式为使得与被约束于所述铁路路线的所述对应的位置关联的所述最大误差小于所述对应的保护水平。特别地，卫星终端被配置用于对于所述卫星终端从其接收导航信号的每个由三个卫星形成的组计算以下项:.基于预先定义的概率分布，计算与所述对应的平均误差关联的对应的方差；以及.基于所述对应的方差的倍数，计算所述对应的保护水平。方便地，卫星终端被配置用于选择已经对其计算出最小保护水平的由三个卫星形成的组。替换地，卫星终端被配置用于:.对于所述卫星终端从其接收导航信号的每个由三个卫星形成的组，基于被约束于所述铁路路线的所述对应的位置和与所述三个卫星对应的所述定位数据，计算对应的精度衰减指数，并且基于所述对应的精度衰减指数和所述对应的保护水平，计算对应的可靠性指数；以及.基于计算出的所述可靠性指数，选择由三个卫星形成的组。此外，根据本发明的用于定位列车的系统被设计成被车载地安装在列车上，该用于定位列车的系统包括前述的卫星终端，并且被配置用于:.从被车载地安装于所述列车的里程表获取由所述里程表提供的位置的当前估计；.从沿着所述铁路路线安装的信号系统接收所述列车的精确位置；
.如果所述用于定位列车的系统从所述信号系统接收所述列车的精确位置，则提供所述精确位置作为所述列车的当前位置，并且基于所述精确位置校正由所述里程表提供的所述位置的当前估计；
.如果所述用于定位列车的系统没有从所述信号系统接收所述列车的任何精确位置并且所述卫星终端确定所述列车沿着所述铁路路线的当前位置，其中该当前位置与满足预先确定的铁路安全条件的完整性水平关联，则提供由所述卫星终端确定的所述当前位置作为所述列车的当前位置，并且基于由所述卫星终端确定的所述当前位置校正由所述里程表提供的所述位置的当前估计；.如果所述用于定位列车的系统没有从所述信号系统接收所述列车的任何精确位置并且所述卫星终端确定所述列车沿着所述铁路路线的当前位置，其中该当前位置与不满足预先确定的铁路安全条件的完整性水平关联，则提供由所述里程表提供的所述位置的当前估计作为所述列车的当前位置；以及.如果所述用于定位列车的系统没有从所述信号系统接收所述列车的任何精确位置并且所述卫星终端没有确定所述列车沿着所述铁路路线的当前位置，则提供由所述里程表提供的所述位置的当前估计作为所述列车的当前位置。
为了更好地理解本发明，现在将被参考附图(没有按比例绘制)说明一些优选的实施例，这些实施例被仅仅以解释性的和非限制的实例的方式提供，附图中:.图1是第一级ERTMS-ETCS工作的实例的情况的示意图；.图2是第二级ERTMS-ETCS工作的实例的情况的示意图；.图3是根据本发明的优选实施例的列车的定位系统的示意图； 图4是ERTMS-ETCS类型的系统的结构的示意图，该ERTMS-ETCS类型的系统在它内部集成有根据本发明优选实施例的用于卫星定位的结构级；.图5示出了里程表的典型的误差和利用根据本发明优选实施例的卫星定位校正的里程表的误差；.图6示出了以实例方式提供的用于根据本发明优选实施例的列车的位置的计算中的笛卡尔参考系统；以及.图7示出了表示利用本发明在定位列车时能够获得的误差和保护水平的曲线图。
具体实施例方式提供随后的描述以用于使本领域技术人员实现和使用本发明。对于本领域技术人员来说，显然可对所呈现的实施例进行各种修改，并且本文披露的一般原理可以被应用到其它的实施例和应用中，因而未脱离本发明的范围。因此，本发明不应被理解为仅仅限制在所描述和示出的实施例上，而是它必须被授予与被本文呈现的并且在所附权利要求中限定的原理和特征一致的最宽的保护范围。本发明源于本申请人的构思以利用一个或多个Global Navigation SatelliteSystem (GNSS，全球导航卫星系统)(比如，例如，GPS、欧洲导航卫星系统Galileo (伽利略)、俄国导航卫星系统GLONASS等等)来定位列车。实际上，本申请人已经具有这样的直觉，即，用于控制列车的行进的GNSS的使用将能够使得轨道基础结构明显地简化、大大地减少应答器的数量、以及因而减少基础结构的维护成本(其目前是特别高的)。此外，本申请人已经同样地具有这样的直觉，即，由于卫星定位信息的使用，因为卫星数据潜在地可以被使用在铁路网的任何点处，所以将可以转换到连续应答器的构思。最后，本申请人也已经理解，在采用GNSS来用于列车的定位时，为了保证铁路交通的安全，还必需具有可用的卫星位置数据的验证(即，在位置的估计的完整性方面的信息)。因此，本发明的第一方面考虑卫星终端，该卫星终端被设计成被车载地安装在列车上并且被配置用于:.从属于一个或多个卫星导航系统(例如属于GPS和/或Galileo系统和/或GLONASS)的卫星接收导航信号；.存储将由列车沿行的铁路路线的地理参考数据；以及 基于被存储 的地理参考数据和被接收的导航信号确定列车的沿着铁路路线的位置和与所述计算出的位置关联的完整性水平。特别地，完整性水平(integrity level)是指与所计算出的位置关联的最大误差。由于所述卫星终端确定列车的位置，也实时提供列车的位置的验证，S卩，提供列车的位置的完整性水平，因此它能够保证铁路交通的安全。特别地，为了基于从多个GNSS卫星接收的导航信号验证所计算出的列车的位置，所述卫星终端实时检验所述GNSS卫星的正确操作。在下文中，将详细地描述根据本发明的卫星终端的操作。如显然的，列车可以通常沿着预设路径运动。这个特征使得能够利用减少数量的GNSS卫星来用于计算列车的位置。特别地，可使用从仅仅两个GNSS卫星接收的导航信号计算列车的位置。如果多于两个GNSS卫星是可用的，则也可获得有关卫星数据本身的完整性的信息。而且，除了该完整性的信息，也可基于能够实现的数据的精度的指数来提高由Geometric Dilution of Precision (⑶OP,几何精度衰减因子)表示的精度，该⑶OP由与位置不确定性HXff (位置D0P)关联的部分(contribution，组成部分)和与时间不确定性TDOP (时间D0P)关联的部分构成；所述指数取决于分离在从待被定位的列车的视野范围内的GNSS卫星中的每一个的角距离。在位置不确定性的构架内，可识别与垂直坐标关联的垂直不确定性VDOP (垂直D0P)和在运动的平面中的方向不确定性HDOP (水平D0P)。在航空导航领域熟知的这些概念在列车的运动的分析的背景下经受有深刻影响的重新解释。实际上，在铁路领域，可引入sDOP的概念，其中s代表识别通过轨道强加在列车上的路径的曲线横坐标。特别地，对应于曲线横坐标s的不确定性sDOP可以通过以典型的方法在列车沿行的路径的方向上投影已知的位置误差的分量而进行估计，其构成由车载于列车上的可能的惯性导航仪(例如里程表)提供的数据的积分。DOP的计算本身在任何情况下经受相对于根据在航空导航领域中的典型的方法所发生的改变。实际上，由轨道强加的几何约束的存在减少了自由度的数量、以及因此减少了用于估计位置所必需的GNSS卫星的数量。特别地，如果曲线横坐标S的零点(即原点)是已知的，S卩，如果列车的起始点是已知的，则用于所述曲线横坐标S的估计和时间偏差的校正所必需的GNSS卫星的数量降低到两个。这意味着，在许多GNSS卫星存在的情况下，为了 sDOP的最小化的目的，总是可以识别GNSS卫星中的最好的一对卫星、或者由三个卫星组成的一组，因此除了检查完整性之外，还可提高精确度。因此，基于刚刚已经被描述的，根据本发明的卫星终端被方便地设计用于:.从所接收的导航信号中提取对应于已经传输了所述导航信号的GNSS卫星的定位数据；.基于被存储的地理参考数据和对应于至少两个GNSS卫星的定位数据，确定列车沿着铁路路线的位置；以及.基于被存储的地理参考数据和对应于至少三个GNSS卫星的定位数据，确定与所述计算出的位置关联的完整性水平。为了确定列车的位置，所述卫星终端方便地使用笛卡尔参考系统，该笛卡尔参考系统定位成使得轴z与垂直于地球表面的局部重合，相互垂直的轴I和X位于与地球表面相切的平面中，并且轴I被定向在与曲线横坐标s 一致的方向上。随着曲线坐标s和前述的笛卡尔参考系统的使用、以及强使(imposing，强加地使得)列车相对于轴X的坐标等于O并且强使列车相对于轴z的坐标等于地球的平均局部半径加上平均局部海拔高度(由于被存储的与由列车覆盖的铁路的段有关的地理参考数据，所述值对于卫星终端是已知的)，可使伪距离方程的系统的未知量的数量减小到两个；即，剩余的未知量是曲线坐标s和时间偏差δ t的值。特别地，所述时间偏差3t是 主要地由于卫星终端的时钟和GNSS卫星(所述卫星终端已经从该GNSS卫星接收导航信号)的时钟之间的偏差；以及 其次地由于因为各种因素被引入进导航信号中的相偏差，例如因为多径现象、穿过大气层(特别地通过电离层)等等。因此，两个GNSS卫星足以求解两个未知量的两个伪距离方程的系统；换句话说，可基于对应于刚好两个GNSS卫星的定位数据来计算曲线坐标s和时间偏差δ t，然而，如果对应于三个或者更多个GNSS卫星的定位数据是可用的，则也可引入用于估计发生在曲线坐标s的确定中的误差的准则。例如，在卫星终端从五个GNSS卫星接收导航信号的假设上，为了计算列车的位置以及估计误差，所述卫星终端可以方便地执行下列操作:.对于每个可能的分别由三个GNSS卫星形成的组合，基于对应于所述三个GNSS卫星的定位数据，卫星终端确定各自的时间偏差S t和各自的坐标y的(即，曲线坐标s的)值，其中，在三个伪距离方程的各自的系统中，强使X=O以及z等于地球的平均局部半径加上平均局部海拔高度(即，强使z等于由列车覆盖的铁路的段的平均高度h，所述平均高度K由卫星终端基于所存储的铁路的段的地理参考数据来计算)；以及， .对于每个可能的分别由三个GNSS卫星形成的组合，卫星终端在三个伪距离方程的各自的系统中引入对于从等于零的约束中去除X的y和δ t计算出的各自的值，并且因此基于对于y和δ t解出的各自的解来确定每个伪距离方程对在坐标X上引入的误差。
这样，对于每个可能的分别由三个GNSS卫星形成的组，卫星终端获得各自的对于y的值、各自的对于St的值、和三个各自的对于X的误差。如果具有可用的五个GNSS卫星，则卫星终端可以考虑N个分别由三个GNSS卫星形成的组，即，N个分别由三个GNSS卫星形成的简单组合，其中
权利要求
1.一种卫星终端(334)，适于被车载地安装于列车(33)并且被配置用于: 接收来自于属于一个或多个卫星导航系统的卫星的导航信号； 特征在于，还被配置用于: 存储所述列车(33)的铁路路线的地理参考数据；以及 基于所存储的所述地理参考数据和所接收的导航信号，确定所述列车(33)沿所述铁路路线的位置以及与所述计算出的位置关联的完整性水平。
2.根据权利要求1所述的卫星终端，其中，所述完整性水平是指所述计算出的位置关联的最大误差。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的卫星终端，被配置用于: 从所接收的所述导航信号中提取与已经传输了所述导航信号的所述卫星对应的定位数据； 基于所存储的所述地理参考数据和与至少两个卫星对应的定位数据，确定所述列车沿着所述铁路路线的位置；以及 基于所存储的所述地理参考数据和与至 少三个卫星对应的定位数据，确定与所述计算出的位置关联的完整性水平。
4.根据权利要求3所述的卫星终端，被配置用于: 对于所述卫星终端从其接收导航信号的每个由三个卫星形成的组，基于所存储的所述地理参考数据和与所述三个卫星对应的所述定位数据来计算被约束于所述铁路路线的对应的位置，并且基于被约束于所述铁路路线的所述对应的位置以及与所述三个卫星对应的所述定位数据来计算对应的保护水平，所述对应的保护水平是指与被约束于所述铁路路线的所述对应的位置关联的最大误差； 至少基于计算出的所述保护水平，根据选择准则而选择由三个卫星形成的一组；以及 分别基于对于所选择的由三个卫星形成的所述组计算出的被约束于所述铁路路线的所述位置和所述保护水平，确定所述列车(33)沿着所述铁路路线的所述位置和与所述位置关联的所述完整性水平。
5.根据权利要求4所述的卫星终端，其中，对于由三个卫星形成的组计算出的被约束于所述铁路路线的每个位置包括: 各自的第一坐标，所述第一坐标表示基于所述地理参考数据计算出的所述铁路路线的平均高度； 各自的第二坐标，所述第二坐标等于零；以及 各自的第三坐标，所述第三坐标对应于曲线横坐标，所述曲线横坐标与所述铁路路线关联，并且基于所存储的所述地理参考数据和与所述三个卫星对应的所述定位数据而被计算出。
6.根据权利要求5所述的卫星终端，其中，对于每个对于由三个卫星形成的组计算出的被约束于所述铁路路线上的位置: 所述各自的第一坐标对应于第一参考轴线，所述第一参考轴线相对于地球表面基本上垂直；并且 所述各自的第二坐标和所述各自的第三坐标分别对应于第二参考轴线和第三参考轴线，所述第二参考轴线和所述第三参考轴线相互垂直并且位于与所述地球表面相切的平面中。
7.根据权利要求5或者权利要求6所述的卫星终端，被配置用于对于所述卫星终端从其接收导航信号的每个由三个卫星形成的组计算以下项: 基于所存储的所述地理参考数据和与所述三个卫星对应的所述定位数据，计算被约束于所述铁路路线的所述对应的位置和与从所述三个卫星接收的所述导航信号关联的对应的时间偏差； 基于被约束于所述铁路路线的所述对应的位置的所述第一坐标和第三坐标、基于所述对应的时间偏差、和基于与所述三个卫星对应的所述定位数据，计算与被约束于所述铁路路线的所述对应的位置的所述第二坐标关联的对应的平均误差；以及 基于所述对应的平均误差，以这样的方式计算所述对应的保护水平，所述方式为使得与被约束于所述铁路路线的所述对应的位置关联的所述最大误差小于所述对应的保护水平。
8.根据权利要求7所述的卫星终端，被配置用于对于所述卫星终端从其接收导航信号的每个由三个卫星形成的组计算以下项: 基于预先定义的概率分布，计算与所述对应的平均误差关联的对应的方差；以及 基于所述对应的方差的倍数，计算所述对应的保护水平。
9.根据权利要求4-8中任一项所述的卫星终端，被配置用于选择已经对其计算出最小保护水平的由三个卫星形成的组。
10.根据权利要求4-8中任一项所述的卫星终端，被配置用于:对于所述卫星终端从其接收导航信号的每个由三个卫星形成的组，基于被约束于所述铁路路线的所述对应的位置和与所述三个卫星对应的所述定位数据，计算对应的精度衰减指数，并且基于所述对应的精度衰减指数和所述对应的保护水平，计算对应的可靠性指数；以及 基于计算出的所述可靠性指数，选择由三个卫星形成的组。
11.被设计成被车载地安装于列车(33)的用于定位列车的系统，包括前述权利要求中任一项所述的所述卫星终端(334)，并且被配置用于: 从被车载地安装于所述列车(33)的里程表获取由所述里程表提供的位置的当前估计； 从沿着所述铁路路线安装的信号系统(311)接收所述列车(33)的精确位置； 如果所述用于定位列车的系统从所述信号系统(311)接收所述列车(33)的精确位置，则提供所述精确位置作为所述列车(33)的当前位置，并且基于所述精确位置校正由所述里程表提供的所述位置的当前估计； 如果所述用于定位列车的系统没有从所述信号系统(311)接收所述列车(33)的任何精确位置并且所述卫星终端(334)确定所述列车(33)沿着所述铁路路线的当前位置，其中该当前位置与满足预先确定的铁路安全条件的完整性水平关联，则提供由所述卫星终端(334)确定的所述当前位置作为所述列车(33)的当前位置，并且基于由所述卫星终端(334)确定的所述当前位置校正由所述里程表提供的所述位置的当前估计； 如果所述用于定位列车的系统没有从所述信号系统(311)接收所述列车(33)的任何精确位置并且所述卫星终端(334)确定所述列车(33)沿着所述铁路路线的当前位置，其中该当前位置与不满足预先确定的铁路安全条件的完整性水平关联，则提供由所述里程表提供的所述位置的当前估计作为所述列车(33)的当前位置； 以及 如果所述用于定位列车的系统没有从所述信号系统(311)接收所述列车(33)的任何精确位置并且所述卫星终端(334)没有确定所述列车(33)沿着所述铁路路线的当前位置，则提供由所述里程表提供的所述位置的当前估计作为所述列车(33)的当前位置。
12.—种软件产品，包括能够被装载到卫星接收器的存储器中的软件代码部分，所述卫星接收器将被车载地安装于列车(33)并且被配置用于接收来自于属于一个或多个卫星导航系统的卫星的导航信号； 其中，所述软件代码部分能够由所述卫星接收器执行，并且当被执行的时候，所述软件代码部分使得所述卫星接收器变得被配置为根据权利要求ι- ο中任一项所述的卫星终端(334)。
13.一种软件产品，包括能够被装载到定位系统的存储器中的软件代码部分，所述定位系统将被车载地安装 于列车(33)，所述定位系统包括根据权利要求1-10中任一项所述的卫星终端(334)，并且被配置用于: 从被车载地安装于所述列车(33)的里程表中获取由所述里程表提供的位置的当前估计； 从沿着所述铁路路线安装的信号系统(311)接收所述列车(33)的精确位置； 其中，所述软件代码部分能够由所述定位系统执行，并且当被执行时，所述软件代码部分使得所述定位系统变得被配置为根据权利要求11所述的用于定位列车的系统。
全文摘要
本发明关于卫星终端(334)，该卫星终端被设计成被车载地安装于列车(33)，并且被配置用于从属于一个或多个卫星导航系统的卫星接收导航信号。所述卫星终端(334)的特征在于，它还被配置用于存储列车(33)的铁路路线的地理参考数据，并且用于基于所存储的地理参考数据和所接收的导航信号来确定列车(33)沿着铁路路线的位置和与所述计算出的位置关联的完整性水平。
文档编号B61L25/02GK103221291SQ201180043860
公开日2013年7月24日 申请日期2011年7月12日 优先权日2010年7月12日
发明者安东尼奥·塞托, 保罗·贝罗菲奥雷, 安德里亚·博勒 申请人:电视广播有限公司