車輛定位系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于在導(dǎo)軌上運行的車輛的定位系統(tǒng)，所述導(dǎo)軌包括所述車輛不能觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的部分，所述定位系統(tǒng)包括至少一個GNSS接收器，其被放置在一個或多個能夠觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的關(guān)鍵位置。GNSS發(fā)射器沿著導(dǎo)軌中所述車輛不能觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的部分重新傳輸接收到GNSS信號。編碼目標(biāo)被放置在沿導(dǎo)軌的已知的位置。GNSS接收器被配置所述車輛上以直接從所述導(dǎo)航衛(wèi)星接收GNSS信號或當(dāng)在導(dǎo)軌中所述車輛不能觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的部分時接收從GNSS發(fā)射器重新傳輸?shù)腉NSS信號。非接觸式傳感器被配置在所述車輛上以檢測所述編碼目標(biāo)。車載計算機用于對從GNSS信號獲得的位置與從非接觸式傳感器獲得的位置進行同步處理。由此，車輛即使在例如隧道等被遮蔽的位置，也能夠確定其自身的位置。
【專利說明】車輛定位系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在導(dǎo)軌上運行的車輛(例如火車)的領(lǐng)域，并且尤其涉及一種利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)信號的車輛定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)可以觀察到足夠數(shù)量的衛(wèi)星時，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)，例如全球定位系統(tǒng)(GPS)，能夠提供精確的位置信息。在下文中，為了方便起見，本發(fā)明將在GPS的背景下進行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，其他全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，例如俄羅斯的GONAD系統(tǒng)，或者歐洲的伽利略系統(tǒng)都可以在本發(fā)明中應(yīng)用。
[0003]與在導(dǎo)軌上運行的車輛有關(guān)的GPS系統(tǒng)的使用會引起兩個問題。首先，非軍用的GPS信號的位置/定位的準(zhǔn)確度不夠精確以確保準(zhǔn)確的車站位置，導(dǎo)軌上的開關(guān)的位置，導(dǎo)軌末端的位置等。其次，GPS信號在隧道中不可用。這跟GPS系統(tǒng)是基于直接觀察在天空中的衛(wèi)星的性質(zhì)有關(guān)。這些問題防止了在鐵路/交通應(yīng)用中用于確定火車的位置的隨時可用的基于GPS的定位解決方案的使用。
[0004]目前的解決方案利用RFID(射頻識別)應(yīng)答器來對在包括隧道的系統(tǒng)中的火車提供絕對的位置信息。此解決方案要求沿導(dǎo)軌安裝RFID應(yīng)答器以及在火車上安裝讀取器以提供位置信息?；疖囋赗FID應(yīng)答器之間的位置由航位推算來確定。
[0005]其他系統(tǒng)利用感應(yīng)線圈的溝通以及感應(yīng)線圈電纜換位(交叉)來提供相對的定位信息。車載的交叉檢測設(shè)備從感應(yīng)線圈的起點開始評估并計算換位(交叉)的數(shù)目。這為車載系統(tǒng)提供了相對的定位/位置信息。列車在換位(交叉)之間的位置由航位推算提供。
[0006]這些解決方案在硬件和軟件方面都是昂貴的，并且在某些應(yīng)用中是不合理的。目前的GPS解決方案的限制局限了提供基于隨時可用的GPS設(shè)備的低成本“現(xiàn)成的”解決方案的選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的實施例通過使用輔助定位系統(tǒng)克服了上述的缺陷，該輔助定位系統(tǒng)在車載計算機同步處理GPS信息，從而允許GPS信號在鐵路/交通應(yīng)用中和在其他引導(dǎo)車輛中的使用。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于在導(dǎo)軌上運行的車輛的定位系統(tǒng)，所述導(dǎo)軌包括所述車輛不能觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的部分，所述定位系統(tǒng)包括:至少一個GNSS接收器，其被放置在一個或多個能夠觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的關(guān)鍵位置；GNSS發(fā)射器，其用于沿著導(dǎo)軌中所述車輛不能觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的部分重新傳輸接收到的GNSS信號；編碼目標(biāo)，其被放置在沿導(dǎo)軌的已知的位置；GNSS接收器，其被配置所述車輛上以用于直接從所述導(dǎo)航衛(wèi)星接收GNSS信號或當(dāng)在導(dǎo)軌中所述車輛不能觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的部分時接收從GNSS發(fā)射器重新傳輸?shù)腉NSS信號；非接觸式傳感器，其被配置在所述車輛上以用于檢測所述編碼目標(biāo)；以及車載計算機，其用于對從GNSS信號獲得的位置與從非接觸式傳感器獲得的位置進行同步處理。[0009]通過使用安裝在列車上的非接觸式傳感器和放置在導(dǎo)軌的運行軌道之間的編碼目標(biāo)，該輔助系統(tǒng)允許對車載計算機接收到的GNSS信號(以下簡稱為GPS信號)與車載數(shù)據(jù)庫和已知的固定位置標(biāo)記進行同步處理。
[0010]該輔助檢測系統(tǒng)的使用也允許GPS信號在隧道中被使用。輔助檢測系統(tǒng)對從隧道外重新傳輸?shù)腉PS信號以及基于在隧道內(nèi)檢測編碼目標(biāo)的非接觸式傳感器和車載數(shù)據(jù)庫得到的已知的固定位置的位置信息進行同步處理。重新傳輸?shù)腉PS信號與包含在車載數(shù)據(jù)庫的固定的已知的目標(biāo)位置的結(jié)合準(zhǔn)確地提供了火車在隧道內(nèi)的絕對位置。列車在同步處理點之間的位置由航位推算提供。
[0011]作為一個額外的好處，通過在隧道提供重新傳輸?shù)腉PS信號，可以保證列車從隧道離開時GPS系統(tǒng)仍處于活動狀態(tài)以及可以及時重新獲得GPS衛(wèi)星信號。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]現(xiàn)在參考附圖僅以示例的方式來更詳細地描述本發(fā)明，其中:
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有定位系統(tǒng)的導(dǎo)軌的示意圖；
[0014]圖2是示出了編碼目標(biāo)的配置的圖；
[0015]圖3是示出了雙向?qū)к壣系木幋a目標(biāo)的配置的圖；以及
[0016]圖4是車載計算機系統(tǒng)的高級框圖。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明將以在軌道上運行的列車的背景進行描述，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明也同樣適用于其它的弓I導(dǎo)車輛運輸技術(shù)。
[0018]隧道外的列車位置信息由GPS信號的位置信息提供。而當(dāng)GPS信號不可用時或者在兩個GPS信號的讀取之間，隧道外的列車位置信息由車載數(shù)據(jù)庫和航位推算提供。然而，GPS位置信息在隧道內(nèi)不可用。因此，當(dāng)列車進入隧道時，列車在隧道內(nèi)所需的絕對位置就會失去了。
[0019]為了緩解GPS信號的不可用并在特定的位置和在隧道內(nèi)提供準(zhǔn)確的定位信息，固定的GPS天線/接收器被放置在隧道外完全觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的關(guān)鍵位置。這些信號隨后通過光纖被重新傳輸?shù)皆谥付ǖ奈恢玫腉PS信號發(fā)射器。
[0020]這些信號然后可以被火車上載有的GPS接收器讀取以提供位置信息。
[0021]然而，由于GPS信號的性質(zhì),基于無線電信號的傳播性質(zhì)以及GPS信號本身的準(zhǔn)確度，在同步處理點處的絕對位置的準(zhǔn)確度不能得到保證。非接觸式傳感器和被動式編碼目標(biāo)可以提升位置信息的準(zhǔn)確性。
[0022]列車配備有GPS接收器以及非接觸式傳感器，這些非接觸式傳感器可以檢測放置在確切的預(yù)定位置的編碼目標(biāo)。這允許列車的車載計算機把從GPS信號中獲得的位置與用于檢測放置在導(dǎo)軌的軌道之間的編碼目標(biāo)的非接觸式傳感器進行同步處理。
[0023]車載計算機將從所接收的GPS信號得到的位置以及從非接觸式傳感器根據(jù)儲存在車載計算機的存儲器中的位置數(shù)據(jù)庫對編碼目標(biāo)的檢測進行同步處理，從而把火車放置在準(zhǔn)確的絕對位置。
[0024]檢測點之間的位置信息或在GPS信號的讀取之間的位置信息可以通過航位推算提供。
[0025]現(xiàn)在參照圖1來描述一個具體的實施方式。圖1示出了軌道10，其中列車12沿軌道10移動。該列車包括車載定位系統(tǒng)14。固定的GPS接收器16 (在本例中位于軌道10的旁邊)從可以觀察到的導(dǎo)航衛(wèi)星18接收GPS信號。這些信號隨后通過光纖20傳遞到放置于隧道24內(nèi)的點處的重新發(fā)射器22，其中在隧道24內(nèi)衛(wèi)星18不能被觀察到。來自重新發(fā)射器22的信號被列車12上載有的接收器接收。
[0026]此外，編碼目標(biāo)26被放置在隧道24內(nèi)已知的位置。這些編碼目標(biāo)可以是具有脊部和谷部的無源定位金屬板，其對非接觸式傳感器提供檢測信號。在一個實施方式中，每塊板提供了三個脊部和兩個谷部以用于檢測，其中如圖2所示，中間的脊部的中心提供由GPS檢測到的同步處理點的確切位置。
[0027]每個脊部和谷部的尺寸是可變的以用于編碼不同導(dǎo)軌配置的位置。車載計算機檢測到的脊部和谷部的檢測時間用于識別編碼目標(biāo)的參考點。
[0028]圖3示出了具有入站導(dǎo)軌和出站導(dǎo)軌的雙軌配置的一個示例。在這種情況下，脊部和谷部Tl或T2的大小在入站導(dǎo)軌為兩厘米而在出站導(dǎo)軌為三厘米。
[0029]該三厘米目標(biāo)與該兩厘米目標(biāo)之間的檢測時間用于確定在入站導(dǎo)軌相對于出站導(dǎo)軌的參考位置。
[0030]圖4是車載計算機系統(tǒng)的框圖，其包括連接到GPS接收器32，非接觸式傳感器34以及數(shù)據(jù)庫36的車載計算機30。
[0031]當(dāng)列車進入隧道24時，衛(wèi)星18將不能被觀察到。GPS接收器32接收來自重新發(fā)射器22的信號，并計算列車的位置。然而，由于這些信號是通過光纖20被重新傳輸?shù)?，因此這些信號的意義有一些不確定性。當(dāng)非接觸式傳感器34通過特定的編碼目標(biāo)26時，計算機將該信號解碼并通過在數(shù)據(jù)庫38查找(編碼目標(biāo)26的)代碼來確定列車的位置。通過同步處理從編碼目標(biāo)26確定的列車位置，該計算機能夠了解到GPS信號是通過光纖被重新傳輸?shù)氖聦崱?br> [0032]一旦這樣執(zhí)行之后，計算機30就可以根據(jù)編碼目標(biāo)之間的GPS信號計算出精確的位置。在GPS信號的讀取之間，計算機可以通過航位推算來估計列車的位置。
[0033]這種配置的另一個優(yōu)點是當(dāng)列車離開隧道時，GPS接收器仍然與GPS信號同步，因此在繼續(xù)從GPS信號獲取位置信息時沒有因為要重新同步而引起延遲。
[0034]在上文所描述的實施例提供了用于在包括隧道的系統(tǒng)中準(zhǔn)確定位列車的低成本定位/位置系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用低成本的GPS信號以及多個編碼目標(biāo)來在整個系統(tǒng)中在關(guān)鍵位置和在隧道中建立精確的列車位置。這個解決方案取代了更昂貴的用于定位/確定位置的在火車上載有的RFID發(fā)射器/接收器和路軌旁的轉(zhuǎn)發(fā)器的使用。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在導(dǎo)軌上運行的車輛的定位系統(tǒng)，所述導(dǎo)軌包括所述車輛不能觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的部分，所述定位系統(tǒng)包括: 至少一個GNSS接收器，其被放置在一個或多個能夠觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的關(guān)鍵位置； GNSS發(fā)射器，其用于沿著導(dǎo)軌中所述車輛不能觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的部分重新傳輸接收到的GNSS信號； 編碼目標(biāo)，其被放置在沿導(dǎo)軌的已知的位置； GNSS接收器，其被配置所述車輛上以用于直接從所述導(dǎo)航衛(wèi)星接收GNSS信號或當(dāng)在導(dǎo)軌中所述車輛不能觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的部分時接收從GNSS發(fā)射器重新傳輸?shù)腉NSS信號； 非接觸式傳感器，其被配置在所述車輛上以用于檢測所述編碼目標(biāo)；以及 車載計算機，其用于對從GNSS信號獲得的位置與從所述非接觸式傳感器獲得的位置進行同步處理。
2.如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其中，所述車載計算機被配置為通過在所述車輛上承載的數(shù)據(jù)庫查找所述目標(biāo)的代碼，以從所述非接觸式傳感器獲得位置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的定位系統(tǒng)，其中，所述車載計算機被配置為基于所述重新傳輸?shù)腉NSS信號在導(dǎo)軌中所述車輛不能觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的部分確定所述車輛在所述目標(biāo)之間的位置。
4.如權(quán)利要求3所述的定位系統(tǒng)，其中，所述車輛在所述GNSS的讀取之間的位置和在所述編碼目標(biāo)之間的位置是利用航位推算來確定的。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的定位系統(tǒng)，其中，所述編碼目標(biāo)包括具有脊部和谷部的定位板。
6.如權(quán)利要求5所述的定位系統(tǒng)，其中，所述導(dǎo)軌是雙向的，并且所述脊部和所述谷部在所述兩個方向上的間距是不同的。
7.一種用于車輛導(dǎo)軌的定位系統(tǒng)，所述車輛導(dǎo)軌包括車輛不能觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的部分，所述定位系統(tǒng)包括: 至少一個GNSS接收器，其被放置在一個或多個能夠觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的關(guān)鍵位置； GNSS發(fā)射器，其用于沿著導(dǎo)軌中所述車輛不能觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的部分重新傳輸接收到的GNSS信號；以及 編碼目標(biāo)，其被放置在沿導(dǎo)軌的已知位置； 其中在所述車輛上的車載計算機對從GNSS信號獲得的位置與從非接觸式傳感器獲得的位置進行同步處理。
8.如權(quán)利要求7所述的定位系統(tǒng)，其中，所述編碼目標(biāo)包括具有脊部和谷部的定位板。
9.如權(quán)利要求8所述的定位系統(tǒng)，其中，所述導(dǎo)軌是雙向的，并且所述脊部和所述谷部在所述兩個方向上的間距是不同的。
10.如權(quán)利要求7至9中任一項所述的定位系統(tǒng)，其中，所述GNSS信號是從至少一個GNSS接收器通過光纖傳輸?shù)紾NSS發(fā)射器的。
11.一種安裝于在導(dǎo)軌上運行的車輛的車輛定位系統(tǒng)，所述導(dǎo)軌包括所述車輛不能觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的部分，所述車輛定位系統(tǒng)包括: GNSS接收器，其被配置在所述車輛上以用于直接從所述導(dǎo)航衛(wèi)星接收GNSS信號或當(dāng)在導(dǎo)軌中所述車輛不能觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的部分時接收從GNSS發(fā)射器重新傳輸?shù)腉NSS信號; 非接觸式傳感器，其以用于檢測沿所述導(dǎo)軌的已知的位置放置的編碼目標(biāo)；以及車載計算機，其用于對從GNSS信號獲得的位置與從所述非接觸式傳感器獲得的位置進行同步處理。
12.如權(quán)利要求11所述的車輛定位系統(tǒng)，其中，所述車載計算機被配置為通過在所述車輛上承載的數(shù)據(jù)庫查找所述目標(biāo)的代碼，以從所述非接觸式傳感器獲得位置。
13.如權(quán)利要求11所述的車輛定位系統(tǒng)，其中，所述車載計算機基于所述重新傳輸?shù)腉NSS信號在導(dǎo)軌中所述車輛不能觀察到導(dǎo)航衛(wèi)星的部分確定所述車輛在所述目標(biāo)之間的位置。
14.如權(quán)利要求11至13中任一項所述的車輛定位系統(tǒng)，其中，所述車載計算機被配置為利用航位推算來確定所述車輛在GNSS的讀取之間的位置和在所述編碼目標(biāo)之間的位置。
15.如權(quán)利要求11至13中任一項所述的車輛定位系統(tǒng)，其中，所述非接觸式傳感器響應(yīng)于所述編碼目標(biāo)，所述編碼目標(biāo)包括具有脊部和谷部的定位板。
16.如權(quán)利要求11至15中任一項所述的車輛定位系統(tǒng)，其中，所述非接觸式傳感器響應(yīng)于在沿導(dǎo)軌的不同的運動方向上具有不`同的脊部和谷部的間距的編碼目標(biāo)。
【文檔編號】G01S19/11GK103765242SQ201280030948
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月24日
【發(fā)明者】A·坎納 申請人:泰雷茲加拿大公司