專利名稱：可靠地確定對(duì)象尤其是沿著已知路線移動(dòng)的車輛的位置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于安全地確定沿著定位部件已知的路線移動(dòng)的對(duì)象的位置和/或定位的方法。
術(shù)語“路線”指的是車輛被嚴(yán)格限定在其中移動(dòng)的通過任意和可變截面的管狀表面界定的一個(gè)空間子集。在可以忽略該管道的截面的情況下，其給出二個(gè)聯(lián)系該移動(dòng)體的經(jīng)度、緯度和高度的方程。
本發(fā)明更確切地涉及一種用于確定在其準(zhǔn)確路徑已知的鐵道上移動(dòng)的列車的位置的方法。
相同的原理還可以應(yīng)用到其中已知單個(gè)方程(在已知表面上的移動(dòng)體的移動(dòng))的情況。
本發(fā)明涉及一種用于確定車輛對(duì)于鐵路運(yùn)輸而言是安全的位置和/或定位車輛的方法，也就是說它涉及能對(duì)在已知路線上移動(dòng)的車輛按給定的概率準(zhǔn)瞬時(shí)地確定其位置，或者更確切地確定在一路段中所述車輛不存在其中的各個(gè)區(qū)段。
該位置是基于使用以下統(tǒng)稱為“衛(wèi)星”的導(dǎo)航衛(wèi)星或等效的陸地導(dǎo)航塔。
已知可在計(jì)算相對(duì)于三個(gè)衛(wèi)星的位置的幫助下確定對(duì)象，例如是列車的，準(zhǔn)確位置，接收來自所述各衛(wèi)星的信息的接收器能夠在相對(duì)高的精度下計(jì)算所述移動(dòng)體的坐標(biāo)。
然而，必須添加對(duì)世界時(shí)間的準(zhǔn)確測(cè)量，對(duì)于在接收器，例如列車中設(shè)置的接收器上對(duì)此的實(shí)現(xiàn)可能會(huì)是復(fù)雜的和有些昂貴的。另外，應(yīng)注意必須使這些衛(wèi)星屬于同一個(gè)星座并且它們使用相同的基準(zhǔn)時(shí)間。
出于這個(gè)原因，通常使用第四個(gè)衛(wèi)星，以通過求解具有四個(gè)未知數(shù)的四方程系統(tǒng)達(dá)到對(duì)所涉及的對(duì)象的準(zhǔn)確定位，從而獲得所涉及點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)以及時(shí)間值。
實(shí)際上，根據(jù)這些衛(wèi)星的坐標(biāo)信息，通過計(jì)算從想確定其位置的接收器體到所述各個(gè)衛(wèi)星的距離確定這些未知量。
在民用和軍用領(lǐng)域中，已經(jīng)采取了許多提高所使用信息的數(shù)量和/或品質(zhì)的策略，以使改進(jìn)這些測(cè)量的精度成為可能。
對(duì)此，尤其可以提到下述幾個(gè)方面增加測(cè)量中所涉及到的衛(wèi)星的數(shù)量(包括地面設(shè)施)，相關(guān)相繼的測(cè)量以減小某些誤差起因的影響，本地相關(guān)信息(例如DGPS、WAAS)的無線電廣播(通過衛(wèi)星等)，通過利用衛(wèi)星載波器的同步提高計(jì)時(shí)測(cè)量的精度，使用由地面監(jiān)視網(wǎng)或衛(wèi)星星座網(wǎng)廣播的維護(hù)和控制信息。
匯編這些各種各樣的信息項(xiàng)以便盡可能地精煉感興趣對(duì)象的位置的最有可能的值和提高它的精度。
另外，還提出編碼和自相關(guān)技術(shù)以便確保防止電磁干擾或者防止測(cè)量時(shí)易于出現(xiàn)的惡意行為。
最后，對(duì)于某些應(yīng)用，衛(wèi)星定位系統(tǒng)可以添加能進(jìn)一步改進(jìn)可使用信息的數(shù)量和質(zhì)量的輔助傳感器，例如航空學(xué)中的大氣壓力傳感器，和多普勒雷達(dá)耦合的車軸旋轉(zhuǎn)傳感器，部分或完全的慣性(導(dǎo)航)站，等等。

發(fā)明內(nèi)容
從而本發(fā)明的一個(gè)目的是說明一種對(duì)在已知路線上移動(dòng)的對(duì)象，更不必說是列車，允許安全位置和/或定位的方法和設(shè)備。
術(shù)語安全位置指的是在每次計(jì)算中重新規(guī)定的其誤差等級(jí)小于10-9并且最好能達(dá)到10-12的位置，或者更確切地在某區(qū)段外不存在列車。
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)在已知路線上移動(dòng)的對(duì)象，尤其是例如列車的車輛，確定對(duì)于鐵路運(yùn)輸而言是安全的位置和/或定位的方法，其特征在于，通過在給定時(shí)間一方面根據(jù)至少涉及到一個(gè)衛(wèi)星的基本測(cè)量并且另一方面根據(jù)對(duì)所述已知路線的可靠映射進(jìn)行有效計(jì)算，從而確定所述對(duì)象的所述位置和/或所述定位。
所述可靠映射最好使得到二個(gè)帶有三個(gè)表示要確定其位置和/或定位的所述對(duì)象的坐標(biāo)的未知量的關(guān)系式成為可能，同時(shí)通過從至少一個(gè)的位置已知的衛(wèi)星發(fā)送的信息得到這三個(gè)未知量之間的至少另一個(gè)的關(guān)系式。
更確切地，本發(fā)明涉及一種方法，其中每個(gè)基本測(cè)量包括沿所述路線確定二個(gè)里程點(diǎn)之間一個(gè)個(gè)體(individual)域，所述域取決于所述基本測(cè)量的計(jì)時(shí)測(cè)量誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差、光速、一個(gè)與所涉及衛(wèi)星和鐵道的路線相關(guān)的系數(shù)以及一個(gè)定義任何測(cè)量記錄的誤差散布幾何的加權(quán)因子，從而預(yù)先確定所述個(gè)體域中不存在該列車的概率。
每個(gè)測(cè)量結(jié)果是重復(fù)的(redundant)會(huì)是有益的，這使得有可能通過多個(gè)同時(shí)在相同的給定時(shí)間基于不同的衛(wèi)星或一對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行的基本測(cè)量記錄確定多個(gè)個(gè)體域。
依據(jù)第一實(shí)施例，通過一對(duì)衛(wèi)星利用相同的基準(zhǔn)時(shí)間實(shí)現(xiàn)一次基本測(cè)量。這對(duì)衛(wèi)星最好屬于相同的星座。
依據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，通過屬于一個(gè)星座的至少一個(gè)的衛(wèi)星以及一個(gè)和該沿著已知路線移動(dòng)的對(duì)象鏈接的接收器實(shí)現(xiàn)基本測(cè)量，所述接收器具有一個(gè)和衛(wèi)星所屬于的所述星座的基準(zhǔn)時(shí)間同步的時(shí)鐘。
這意味著這足以滿足為了同時(shí)得到多個(gè)基本測(cè)量增加衛(wèi)星的數(shù)量。
最好確定公共域的存在，公共域定義為各個(gè)，最好是所有，個(gè)體域的交集。把不具有和該公共域共用的點(diǎn)的個(gè)體域舍棄掉是特別有好處的。
這里，如是存在非零的公共域，把可能存在該移動(dòng)對(duì)象的域確定為非舍棄的個(gè)體域的組合。
從此推出該組合域外的不存在概率定義為已知的各個(gè)體域內(nèi)不存在概率的乘積。
依據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，這些定義該組合域的個(gè)體域取決于一個(gè)定義誤差分布幾何的參數(shù)，該參數(shù)大于或等于確定用來定義該組合域的各個(gè)體域而選擇的參數(shù)。
本發(fā)明還涉及一種設(shè)備，用于對(duì)在已知路線上移動(dòng)的對(duì)象，最好是例如列車的車輛，確定對(duì)于鐵路運(yùn)輸而言是安全的位置和/或定位，其至少包括-和所述對(duì)象關(guān)聯(lián)的部件，包括，至少一個(gè)的中央計(jì)算機(jī)，至少一個(gè)的對(duì)來自一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)的接收器/譯碼器，一個(gè)無線電接口以及一個(gè)包括由所述對(duì)象完成的路線映射的數(shù)據(jù)庫，-中央部件，包括，一個(gè)中央計(jì)算機(jī)，一個(gè)或多個(gè)無線電接口，一個(gè)總線系統(tǒng)，一個(gè)包括該路線的映射的數(shù)據(jù)庫，一個(gè)用于管理對(duì)所述映射的修改的應(yīng)用和至少一個(gè)的操縱臺(tái)，以及移動(dòng)體/中央部件的接口件和人/移動(dòng)體的接口件。
該接收器/譯碼器最好包括一個(gè)和衛(wèi)星星座的基準(zhǔn)時(shí)間同步的時(shí)鐘。
本發(fā)明的設(shè)備最好還包括多個(gè)輔助傳感器。
該中央部件最好可隨意是便攜式的。
用來確定沿已知路線移動(dòng)的對(duì)象，更具體地是列車，的位置和/或定位的方法事實(shí)上可以根據(jù)二種不同的運(yùn)行方式予以解釋-線性方式，當(dāng)列車沿著在其位置附近沒有分叉的鐵道行進(jìn)時(shí)，以及-拓?fù)浞椒绞剑?dāng)列車正在進(jìn)入轉(zhuǎn)轍點(diǎn)區(qū)段時(shí)或者當(dāng)它還不能肯定它已經(jīng)離開該區(qū)段時(shí)。
本發(fā)明更確切地涉及在線性方式下移動(dòng)的列車的位置。
在於拓?fù)浞绞较碌囊苿?dòng)情況中，例如在轉(zhuǎn)轍點(diǎn)區(qū)的情況下，后面所說明的實(shí)現(xiàn)例子使得有可能迅速地從拓?fù)浞绞睫D(zhuǎn)接到線性方式，并且從而應(yīng)用依據(jù)本發(fā)明的方法。
當(dāng)然，沿著已知路線移動(dòng)的車輛的一般化例如可包括在渠道網(wǎng)中移動(dòng)的船，在已知其確切路線的公路上移動(dòng)的汽車等等。
應(yīng)注意到的是，在鐵路信令的領(lǐng)域中，該對(duì)象，更確切地列車，的路線是準(zhǔn)確安全地知道的。從而它簡(jiǎn)單方便地檢查列車是否正在接近危險(xiǎn)點(diǎn)(鐵道的特殊段)并且對(duì)它后面的列車發(fā)出它的存在的信號(hào)直至后者可以在沒有任何與它相撞的風(fēng)險(xiǎn)下駛?cè)搿?br> 鐵路系統(tǒng)中的刷新時(shí)間最多應(yīng)在一秒到數(shù)秒。線性方式在該方式下，根據(jù)通過二個(gè)里程點(diǎn)定義的一個(gè)域，即由二個(gè)用于其確切路徑是已知的一條確定鐵道的曲線坐標(biāo)定義的可靠間隔(或者如果不是確切路徑則至少是安全含義上的可能路徑)，定位列車，其有可能在按所需要的那樣小的誤差等級(jí)下定義列車的不存在。
該鐵軌的映射給出三個(gè)坐標(biāo)(高度、緯度和經(jīng)度)間的二個(gè)可靠已知的方程。該映射存儲(chǔ)在一個(gè)安全數(shù)據(jù)庫中并且在開始服務(wù)時(shí)裝到列車上，通過常規(guī)鐵路運(yùn)輸安全手段如編碼、冗余保證其內(nèi)容的完整性。其更新，當(dāng)適當(dāng)時(shí)，最好通過適當(dāng)?shù)膮f(xié)議管理。
第三個(gè)方程將通過涉及至少一個(gè)衛(wèi)星最好一對(duì)衛(wèi)星的基本測(cè)量給出。即-測(cè)量一個(gè)衛(wèi)星和設(shè)置在該移動(dòng)體(該列車)上的接收器之間的傳輸時(shí)間，其定義所述衛(wèi)星和該按收器之間的距離，這是在所述接收器具有一個(gè)和該衛(wèi)星屬于的星座的基準(zhǔn)時(shí)間同步的情況下進(jìn)行的，
-或者測(cè)量一對(duì)衛(wèi)星中的每個(gè)衛(wèi)星和它們的設(shè)置在該移動(dòng)體(該到車)中的接收器的傳輸時(shí)間的差，在這種情況下所述接收器不帶有和這些衛(wèi)星屬于的星座的基準(zhǔn)時(shí)間同步的時(shí)鐘。
應(yīng)注意，在通過二個(gè)最好屬于同一個(gè)星座或者至少屬于采用相同基準(zhǔn)時(shí)間的不同星座的衛(wèi)星記錄基本測(cè)量的情況下，不必使設(shè)置在該列車上的接收器具有一個(gè)和該基準(zhǔn)時(shí)間同步的時(shí)鐘。
相反，在用單個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行基本測(cè)量的情況下，使設(shè)置在該列車上的接收器具有一個(gè)和該衛(wèi)星所屬的星座的基準(zhǔn)時(shí)間同步的時(shí)鐘是必不可少的。
這增加了實(shí)現(xiàn)依據(jù)本發(fā)明的方法的成本，但是會(huì)減少基本測(cè)量所需的衛(wèi)星數(shù)量。
在一次基本測(cè)量(i＝1)期間，將試圖利用帶有多個(gè)未知量(三個(gè)或四個(gè))的方程組(三個(gè)或四個(gè))確定所述移動(dòng)車輛的定位，或者更確切地確定該路線上通過二個(gè)里程點(diǎn)Mimin和Mimax定義的域Di，這些里程點(diǎn)是從對(duì)于每條線路為任意的但唯一的基準(zhǔn)中計(jì)數(shù)的，并且它們隔開的距離為2ηacσiαi其中-η是一個(gè)定義誤差分布幾何的無量綱系數(shù)，-c是光速；-σi是計(jì)時(shí)測(cè)量誤差的已知標(biāo)準(zhǔn)偏差，以及-αi是一個(gè)與衛(wèi)星坐標(biāo)和鐵道路線有關(guān)的無量綱系數(shù)。
如果σi表示例如通過第一對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行的第一次基本測(cè)量期間的計(jì)時(shí)測(cè)量誤差的已知標(biāo)準(zhǔn)偏差，則可把±ηaσi看成是概率Pa(例如10-2至10-4)下的測(cè)量誤差極限，這把ηa定義為一個(gè)能當(dāng)進(jìn)行基本測(cè)量時(shí)把該分布假設(shè)為是高斯分布的無量綱系數(shù)，通常，ηa在1和4之間，最好在2和3之間。具體地，如果ηa太大，則會(huì)降低測(cè)量上的嚴(yán)格性準(zhǔn)則，也就是說提高誤差等級(jí)概率。相反，如果ηa太小，則會(huì)加大該測(cè)量不收斂并且從而拒絕所述基本測(cè)量的風(fēng)險(xiǎn)。
為了達(dá)到預(yù)先確定的概率條件需要選擇ηa和基本測(cè)量的數(shù)量，應(yīng)注意，σi包括例如和-波在電離層和對(duì)流層中的傳播速度，-各衛(wèi)星的內(nèi)部時(shí)鐘的相關(guān)制造誤差，-它們的實(shí)際位置和其被發(fā)送的位置之間的誤差，-接收?qǐng)?bào)文上的同步誤差，-等等有關(guān)的隨機(jī)分布誤差。
基本測(cè)量重復(fù)k次(對(duì)k個(gè)衛(wèi)星或者k個(gè)不同的衛(wèi)星對(duì))。可以利用不同的星座進(jìn)行該k次基本測(cè)量。這確定類型和D1a相同的域D2a...Dka。
如果所有這些域Dia含有一個(gè)它們共有的里程點(diǎn)子集，把該公共域Doa定義為這些域Dia的交集。在這種情況，這些所使用的衛(wèi)星的子系統(tǒng)的各參數(shù)處于它們的正常操作模式下，至少對(duì)于此刻所需的測(cè)量處于正常模式。這可以作為對(duì)該計(jì)算算法施加的必要條件。
另外，如果滿足該Doa存在條件，則可忽略正在使用的衛(wèi)星子集中存在未知異常的概率；這種異常會(huì)導(dǎo)致無效的測(cè)量，或者導(dǎo)致對(duì)計(jì)算出的域中的誤差概率估計(jì)不足。在該相反情況下，可以通過使用另外的一個(gè)或二個(gè)補(bǔ)充衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)量。
應(yīng)注意上面采納的推論是在一對(duì)衛(wèi)星的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。只要該接收器自身具有一個(gè)和該衛(wèi)星或者這些衛(wèi)星所屬的星座的基準(zhǔn)時(shí)間同步的時(shí)鐘，通過各個(gè)衛(wèi)星和該接收器的交互作用，當(dāng)然可以實(shí)現(xiàn)相同的推論。但是，設(shè)置一個(gè)和星座的基準(zhǔn)時(shí)間同步的時(shí)鐘，例如一個(gè)絕時(shí)鐘，仍然是相當(dāng)昂貴的，并且很有可能并不直接考慮這種解決辦法。
最后，如果所使用的衛(wèi)星對(duì)屬于不同的星座，或者如果適當(dāng)?shù)谋O(jiān)視有可能確保在某給定的星座中不存在公共模式誤差，則實(shí)際位置在組合域Dub(由各個(gè)域Dib2ηbcσ1α1的組合定義)外面的概率最大會(huì)等于(Pb)k，其給出范圍必須在10-9至10-12的誤差概率。
用ηbηa定義系數(shù)ηb，以使能盡可能小的(例如10-3至10-6)選擇位置在域2ηbcσiαi之外的概率Pb。
在一給定的星座內(nèi)，例如可以根據(jù)一對(duì)相同的衛(wèi)星查看已知固定站的位置確定不存在公共模式誤差?？梢酝ㄟ^指揮所或者通過本地?zé)o線電鏈路向列車通知異常。該操作所需的時(shí)間則必須加到計(jì)算時(shí)間本身上。拓?fù)浞绞饺缜懊嬉呀?jīng)說明那樣，應(yīng)盡可能快地把在拓?fù)浞绞较碌牧熊囈苿?dòng)變換成線性方式下的移動(dòng)，以便可實(shí)現(xiàn)依據(jù)本發(fā)明的方法。
作為例子，如果一列列車后面跟著另一列列車并且二者之間的鐵道不存在任何轉(zhuǎn)轍點(diǎn)，后面一列列車的定位排他地在線性方式下進(jìn)行；該移動(dòng)的允許限制將根據(jù)對(duì)前方車輛車尾的可能信息計(jì)算，這可能涉及和該列車的直接或間接的對(duì)話。
類似地，當(dāng)一列列車向一個(gè)轉(zhuǎn)轍點(diǎn)行進(jìn)時(shí)，該系統(tǒng)使該列車確保在該轉(zhuǎn)轍點(diǎn)和它之間不存在其它物體，例如使該列車占有和各轉(zhuǎn)轍點(diǎn)相關(guān)的(單行線)令牌。
當(dāng)它占有該令牌時(shí)，它可以根據(jù)控制中心分配給該列車的路由改變?cè)撧D(zhuǎn)轍點(diǎn)。當(dāng)確認(rèn)該轉(zhuǎn)轍點(diǎn)鎖定在所需位置上時(shí)，對(duì)于該列車該轉(zhuǎn)轍點(diǎn)附近的鐵道拓?fù)涫且阎募闯嗽谠竭^該轉(zhuǎn)轍點(diǎn)后必須改變基準(zhǔn)里程點(diǎn)以把它設(shè)置在所取的新鐵道上之外，狀態(tài)已經(jīng)轉(zhuǎn)換到前一種情況并且可以再次在線性方式下運(yùn)算位置。
當(dāng)該列車的車尾離開其注冊(cè)的位置時(shí)把該令牌還給該轉(zhuǎn)轍點(diǎn)；從而后面的列車可以使用該令牌。
返還令牌通常伴有映射上的改變(新的已知路線)。
總之，該示例情況中的狀態(tài)已經(jīng)轉(zhuǎn)換到線性移動(dòng)方式。
圖2表示用來實(shí)現(xiàn)依據(jù)第一實(shí)施例的方法的鐵道上所需設(shè)備。
圖3表示用來實(shí)現(xiàn)依據(jù)第一實(shí)施例的方法的中心所中所需設(shè)備。


圖1表示為實(shí)現(xiàn)依據(jù)第一實(shí)施例的方法列車上所需的在不冗余以改進(jìn)可得到性的型式下的設(shè)備。
具體地，取決于所使用的衛(wèi)星接收器的以及它的譯碼器的技術(shù)，可以備份該設(shè)備從而涉及到不同衛(wèi)星的發(fā)送信息不會(huì)由于故障受到明顯相干方式的影響。
在向該系統(tǒng)添加列車保護(hù)功能(ATP)的情況下實(shí)現(xiàn)列車接口單元(TIU)部件1。
通常為了和司機(jī)對(duì)話提供人機(jī)接口(MMI)部件2。在不和駕駛室內(nèi)信令相關(guān)的嚴(yán)格保護(hù)系統(tǒng)中應(yīng)該省略它?？梢岳猛粋€(gè)安全計(jì)算機(jī)10為給定列車裝備二個(gè)駕駛室。
鐵道的映射3是在常規(guī)操作期間由安全計(jì)算機(jī)10管理的存儲(chǔ)器的一部分，該計(jì)算機(jī)還帶有一個(gè)用于在開始服務(wù)時(shí)通過無線電臺(tái)4和中心所檢查映射的內(nèi)容的過程。如果需要更新，開始使一個(gè)適當(dāng)?shù)倪^程。這可涉及司機(jī)通過人機(jī)接口部件2予以核實(shí)。
無線電臺(tái)4是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模擬或數(shù)字型(例如GSM-R)的用于地面列車無線電傳送的接口。
安全計(jì)算機(jī)10(根據(jù)鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩瓌t)采用常規(guī)技術(shù)編碼(例如NISAL或FIDARE)或者冗余(2中按2取)，為了改進(jìn)可得到性可選擇相關(guān)的冗余度(2中按1取，3中按2取，4中按2取)。
安全計(jì)算機(jī)10和第一衛(wèi)星接收器/譯碼器5以及第二衛(wèi)星接收器/譯碼器6接觸。這些接收器/譯碼器是多信道接收器/譯碼器并且可以同時(shí)和多個(gè)衛(wèi)星鏈接。
依據(jù)另一實(shí)施例，在列車上設(shè)置一個(gè)接收器/譯碼器并且使一個(gè)時(shí)鐘和衛(wèi)星星座的基準(zhǔn)時(shí)間同步就足夠了。在該示例情況下，對(duì)于每次測(cè)量記錄單個(gè)衛(wèi)星是足夠的。
通過根據(jù)需要進(jìn)行添加可獲得可得到改進(jìn)的各種變型-添加接收器，-添加一個(gè)無線電接口，-用于中央計(jì)算機(jī)的冗余體系結(jié)構(gòu)(其存儲(chǔ)器承載映射)，-對(duì)人機(jī)接口(MMI)部件和列車接口單元(TIU)部件的部分或者全面的冗余體系結(jié)構(gòu)。
通過任選地添加輔助傳感器7(加速度計(jì)，陀螺儀，多普勒雷達(dá)，等等)可產(chǎn)生精度改善的版本。
圖2表示鐵道上所需的基本版本，其可冗余以便能改進(jìn)主對(duì)象控制器設(shè)備的可用性。
如果需要，對(duì)象控制器20控制鐵道(對(duì)象)中的相關(guān)部件22并且從部件22接收有關(guān)檢查以及各狀態(tài)變量。它管理令牌23并且當(dāng)令牌未被列車或者未被便攜或固定的專用部件使用時(shí)保持令牌。無線電接口24類似于車載設(shè)備的無線電接口。
和車載設(shè)備的情況一樣，可以通過冗余技術(shù)得到各種各樣的變型。
還可以設(shè)想便攜式的由鐵路工人用于和交通的某些緊急交互的鐵道設(shè)備，尤其，它允許工人在無誤差情況下找到他們?cè)诼肪W(wǎng)上的位置，安全地施加適當(dāng)?shù)慕煌ㄏ拗?并且然后予以撤消)并且隨意地接收來自靠近的列車的警告。
在其各種可能的實(shí)施例之一中，該設(shè)備的體系結(jié)構(gòu)和車載設(shè)備的體系結(jié)構(gòu)非常相似。
人機(jī)接口(MMI)部件的功能被修改它們不再含有基于設(shè)備的動(dòng)態(tài)信息(目標(biāo)距離、速度等等)的內(nèi)容，而是代之允許某些有關(guān)系統(tǒng)令牌的操作。
列車接口單元(TIU)部件變成一個(gè)用于報(bào)告靠近的列車(例如聲音地)的接口。
為了提高關(guān)鍵場(chǎng)所(例如車站入口)附近的精度或者用于監(jiān)視所使用的星座，可以在適當(dāng)?shù)膱?chǎng)所設(shè)置輔助固定鐵道位置的設(shè)備。這種設(shè)備非常類似于圖1中描述的設(shè)備，但在該情況下它既不包括列車接口單元(TIU)部件也不包括人機(jī)接口(MMI)部件，而且，原則上它不帶有令牌管理功能，而是只是在列車或中央所的請(qǐng)求下用于傳送系統(tǒng)可檢拾到的正在使用的每對(duì)衛(wèi)星的瞬時(shí)位置偏差(線性位置)。這些偏差用于降低測(cè)量的置信區(qū)間和用于認(rèn)證所使用的衛(wèi)星。
圖3說明依據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例的中心所，其特征在于安全地處理數(shù)量最少的功能。除映射控制之外，在不憑藉中央站的安全性下實(shí)現(xiàn)該設(shè)備的各種基本功能。
具體地，可以添加安全部件40、41、42、43、44以實(shí)現(xiàn)來自中央計(jì)算機(jī)30的各種輔助功能鐵道上工人的安全、各種保護(hù)、和未完整裝備的機(jī)車配伍的遠(yuǎn)程功能、不正常工作下的支援等等。
通過專用部件38非實(shí)時(shí)地并安全地管理映射33。
中央計(jì)算機(jī)以及通過操作監(jiān)視操縱臺(tái)42的操作員在和通過時(shí)刻表管理操縱臺(tái)41和預(yù)先建立的時(shí)刻表相一致下進(jìn)行系統(tǒng)的組織(各列車的優(yōu)先級(jí)，為從它們?nèi)』叵嚓P(guān)令牌向各列車發(fā)出的和各個(gè)對(duì)象控制器建立聯(lián)系的指令，等等)。
可以通過專用操縱臺(tái)40、41、42、43、44(如圖3中所示)或者例如通過用于操作監(jiān)視的同一操縱臺(tái)實(shí)現(xiàn)維護(hù)監(jiān)視和特殊介入(救急、對(duì)部分出故障的列車的支援，等等)。尤其，操縱臺(tái)40、41、42、43、44的總數(shù)量應(yīng)適宜星座要求。
無線電接口34、35、36使中央計(jì)算機(jī)30和各衛(wèi)星通過通常為冗余的無線電總線37進(jìn)行通信。
權(quán)利要求
1.用于對(duì)在已知路線上移動(dòng)的對(duì)象，尤其是例如列車的車輛，確定對(duì)于鐵路運(yùn)輸而言是安全的位置和/或定位的方法，其特征在于，通過在給定時(shí)間一方面根據(jù)至少涉及到一個(gè)衛(wèi)星的基本測(cè)量并且另一方面根據(jù)對(duì)所述已知路線的可靠映射進(jìn)行有效計(jì)算，從而確定所述對(duì)象的所述位置和/或所述定位。
2.依據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述可靠映射使得有可能得到二個(gè)帶有三個(gè)表示要確定其位置和/或定位的所述對(duì)象的坐標(biāo)的未知量的關(guān)系式，同時(shí)通過從至少一個(gè)的位置已知的衛(wèi)星發(fā)送的信息得到這三個(gè)未知量之間的至少另一個(gè)的關(guān)系式。
3.依據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，基本測(cè)量(i)包括沿所述路線確定二個(gè)里程點(diǎn)(Mimin和Mimax)之間的一個(gè)個(gè)體域((Di)，所述域取決于所述基本測(cè)量(i)的計(jì)時(shí)測(cè)量誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差(σi)、光速(c)、一個(gè)與所述涉及到的衛(wèi)星的坐標(biāo)和鐵道路線有關(guān)的系數(shù)(αi)以及一個(gè)定義任一測(cè)量記錄的誤差分布幾何的加權(quán)因子(η)，從而預(yù)先確定所述個(gè)體域(Di)中不存在該列車的概率(Pi)。
4.依據(jù)上述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于，基本測(cè)量記錄是冗余的。
5.依據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，通過多個(gè)同時(shí)在相同的給定時(shí)間基于不同的衛(wèi)星或一對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行的基本測(cè)量記錄(i)確定多個(gè)個(gè)體域(Di)。
6.依據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，為了同時(shí)記錄多個(gè)基本測(cè)量增加衛(wèi)星的數(shù)量。
7.依據(jù)權(quán)利要求5或6的方法，其特征在于，確定一個(gè)公共域(Do)的存在，它用各個(gè)，最好是全部，個(gè)體域(Di)的交集定義。
8.依據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，舍棄掉不和該公共域(Do)具有公共點(diǎn)的個(gè)體域(Di)。
9.依據(jù)權(quán)利要求7或8方法，其特征在于，如果存在非零的公共域(Do)，把未舍棄的個(gè)體域(Di)組合的域(Du)確定為可能存在的域。
10.依據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，把組合域(Du)中不存在的概率定義為已知的各個(gè)體域(Di)中不存在概率的乘積。
11.依據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其特征在于，定義該組合域(Du)的各個(gè)體域(Dib)取決于一個(gè)定義誤差分布幾何的參數(shù)(ηb)，該參數(shù)(ηb)大于或等于一個(gè)為確定各個(gè)定義該公共域(Do)的個(gè)體域(Dia)而選擇的參數(shù)(ηa)。
12.依據(jù)上述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于，通過至少一對(duì)采用相同基準(zhǔn)時(shí)間的衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)基本測(cè)量。
13.依據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于，該對(duì)用于基本測(cè)量的衛(wèi)星屬于同一個(gè)星座。
14.依據(jù)權(quán)利要求1至10中任一權(quán)利要求的方法，其特征在于，通過至少一個(gè)的屬于一個(gè)星座的衛(wèi)星以及一個(gè)和沿已知路線與移動(dòng)的對(duì)象相連接的接收器實(shí)現(xiàn)基本測(cè)量，所述接收器具有一個(gè)和該衛(wèi)星所屬的星座的基準(zhǔn)時(shí)間同步的時(shí)鐘。
15.用于對(duì)在已知路線上移動(dòng)的對(duì)象，尤其是例如列車的車輛，確定對(duì)于鐵路運(yùn)輸而言是安全的位置和/或定位的設(shè)備，其包括-和所述對(duì)象關(guān)聯(lián)的設(shè)備，所述設(shè)備包括至少一個(gè)的中央計(jì)算機(jī)，至少一個(gè)的對(duì)來自一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)的接收器/譯碼器，一個(gè)無線電接口以及一個(gè)含有由所述對(duì)象完成的路線的映射的數(shù)據(jù)庫，-中央設(shè)備，包括一個(gè)中央計(jì)算機(jī)，一個(gè)或多個(gè)無線電接口，一個(gè)總線系統(tǒng)，一個(gè)含有該路線的映射的數(shù)據(jù)庫，一個(gè)用于管理所述映射的修改的應(yīng)用和至少一個(gè)的操縱臺(tái)，以及移動(dòng)體/中央設(shè)備接口部件和人/移動(dòng)體接口部件。
16.依據(jù)權(quán)利要求15的設(shè)備，其特征在于，該接收器/譯碼器包含一個(gè)和衛(wèi)星星座的基準(zhǔn)時(shí)間同步的時(shí)鐘。
17.依據(jù)權(quán)利要求15或16的設(shè)備，還包括多個(gè)輔助傳感器。
18.依據(jù)權(quán)利要求15至17的任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于該中央設(shè)備可選用為是便攜式的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)在已知路線上移動(dòng)的對(duì)象，尤其是例如列車的車輛，確定對(duì)于鐵路運(yùn)輸而言是安全的位置和/或定位的方法，其特征在于，通過在給定時(shí)間一方面根據(jù)至少涉及到一個(gè)衛(wèi)星的基本測(cè)量并且另一方面根據(jù)對(duì)所述已知路線的可靠映射進(jìn)行有效計(jì)算，從而確定所述對(duì)象的所述位置和/或所述定位。
文檔編號(hào)G01S19/48GK1443311SQ01812084
公開日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2001年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月30日
發(fā)明者簡(jiǎn)-皮爾·費(fèi)朗卡特 申請(qǐng)人:阿爾斯托姆比利時(shí)股份有限公司