第4講 列車定位技術(shù)

1、主講人：劉曉娟主講人：劉曉娟Contents 常用列車定位方法常用列車定位方法2 列車定位的作用和要求列車定位的作用和要求3 1列車定位的作用列車定位的作用 列車位置信息在列車自動控制技術(shù)中具有重要的列車位置信息在列車自動控制技術(shù)中具有重要的 地位，幾乎每個子功能的實現(xiàn)都需要列車的位置信息作為地位，幾乎每個子功能的實現(xiàn)都需要列車的位置信息作為參數(shù)之一。列車定位是列控系統(tǒng)中一個非常重要的環(huán)節(jié)。參數(shù)之一。列車定位是列控系統(tǒng)中一個非常重要的環(huán)節(jié)。v 為保證安全列車間隔提供依據(jù)。為保證安全列車間隔提供依據(jù)。v 為列車自動防護(hù)為列車自動防護(hù)(ATP)(ATP)子系統(tǒng)提供準(zhǔn)確位置信息，作為列車子系統(tǒng)提供準(zhǔn)

2、確位置信息，作為列車計算速度曲線、列車在車站停車后打開車門以及站內(nèi)屏蔽計算速度曲線、列車在車站停車后打開車門以及站內(nèi)屏蔽門的依據(jù)。門的依據(jù)。v 為列車自動運(yùn)行為列車自動運(yùn)行(ATO)(ATO)子系統(tǒng)提供列車精確位置信息，作為子系統(tǒng)提供列車精確位置信息，作為實施速度自動控制的主要參數(shù)。實施速度自動控制的主要參數(shù)。v 為列車自動監(jiān)控為列車自動監(jiān)控(ATS)(ATS)子系統(tǒng)提供列車位置信息，作為顯示子系統(tǒng)提供列車位置信息，作為顯示列車運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)信息。列車運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)信息。列車定位技術(shù)要求列車定位技術(shù)要求v 精確性：精確性：列車定位系統(tǒng)的精確性需滿足兩種不同的要求，列車定位系統(tǒng)的精確性需滿足兩種

3、不同的要求，一個是列車在同一軌道上縱向的定位精確性，另一個是一個是列車在同一軌道上縱向的定位精確性，另一個是列車在不同軌道之間的橫向的定位精確性。列車在不同軌道之間的橫向的定位精確性。v 連續(xù)性：連續(xù)性：定位系統(tǒng)必須具有執(zhí)行列車定位而不發(fā)生任何定位系統(tǒng)必須具有執(zhí)行列車定位而不發(fā)生任何間斷的能力，即間斷的能力，即在時間上有很好的可用性在時間上有很好的可用性。v 覆蓋性：覆蓋性：不管列車運(yùn)行在任何地理區(qū)域，定位信息必須不管列車運(yùn)行在任何地理區(qū)域，定位信息必須不間斷地提供給不間斷地提供給ATCATC系統(tǒng)，即系統(tǒng)，即在空間上有良好的可用性在空間上有良好的可用性。列車定位技術(shù)要求列車定位技術(shù)要求v 可靠

4、性和安全性：可靠性和安全性：定位系統(tǒng)與列車自動控制系統(tǒng)的其他定位系統(tǒng)與列車自動控制系統(tǒng)的其他子系統(tǒng)相互獨(dú)立，其具有連續(xù)正常工作的能力，并能夠子系統(tǒng)相互獨(dú)立，其具有連續(xù)正常工作的能力，并能夠檢測和報告本身發(fā)生的失效和故障。檢測和報告本身發(fā)生的失效和故障。v 可維護(hù)性：可維護(hù)性：定位系統(tǒng)的設(shè)計和使用必須綜合考慮預(yù)防性定位系統(tǒng)的設(shè)計和使用必須綜合考慮預(yù)防性維護(hù)和校正性維護(hù)等因素，從而使定位系統(tǒng)的生命周期維護(hù)和校正性維護(hù)等因素，從而使定位系統(tǒng)的生命周期成本最小。成本最小。v 故障故障- -安全性：安全性：當(dāng)定位系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)不能驗出當(dāng)定位系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)不能驗出 無車無車 的通報信息，而必須

5、有保證列車安全的相應(yīng)措施。的通報信息，而必須有保證列車安全的相應(yīng)措施。 1. 1. 軌道電路定位軌道電路定位v 軌道電路是最簡單的列車定位設(shè)備，其優(yōu)點(diǎn)是無需對當(dāng)軌道電路是最簡單的列車定位設(shè)備，其優(yōu)點(diǎn)是無需對當(dāng)前設(shè)備做大的改動即可實現(xiàn)列車定位。前設(shè)備做大的改動即可實現(xiàn)列車定位。v 它的定位精度取決于軌道電路的長度。它的定位精度取決于軌道電路的長度。v 軌道電路分為機(jī)械絕緣和電氣絕緣兩種類型。軌道電路分為機(jī)械絕緣和電氣絕緣兩種類型。v 目前城市軌道交通系統(tǒng)中普遍采用目前城市軌道交通系統(tǒng)中普遍采用 “S “S棒棒”進(jìn)行電氣隔進(jìn)行電氣隔離的數(shù)字音頻軌道電路。離的數(shù)字音頻軌道電路。 v 利用數(shù)字音頻軌道

6、電路對列車進(jìn)行定位是目前城市軌道利用數(shù)字音頻軌道電路對列車進(jìn)行定位是目前城市軌道交通系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍的技術(shù)手段。交通系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍的技術(shù)手段。S S型聯(lián)接音頻軌道電路型聯(lián)接音頻軌道電路 接收器2發(fā)送器1接收器3發(fā)送器22f1f3fL2C1L1C2U2U3L3C3C2L2mn音頻軌道電路的級聯(lián)方式音頻軌道電路的級聯(lián)方式最大300m最大300m2112橋接線運(yùn)行方向基于軌道電路的列車定位基于軌道電路的列車定位v 在線路設(shè)計時，根據(jù)用戶對列車運(yùn)行密度的要求，將整個線在線路設(shè)計時，根據(jù)用戶對列車運(yùn)行密度的要求，將整個線路用路用S S棒分割成若干個軌道區(qū)段，并對所有軌道區(qū)段進(jìn)行統(tǒng)棒分割成若干個軌道

7、區(qū)段，并對所有軌道區(qū)段進(jìn)行統(tǒng)一編號。對線路地形及線路設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化描述后形成線路一編號。對線路地形及線路設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化描述后形成線路地圖，儲存在軌旁和地圖，儲存在軌旁和/ /或車載計算機(jī)中。或車載計算機(jī)中。v 對軌道電路占用狀態(tài)的連續(xù)跟蹤，就實現(xiàn)了對列車在線路中對軌道電路占用狀態(tài)的連續(xù)跟蹤，就實現(xiàn)了對列車在線路中所處位置的連續(xù)跟蹤。所處位置的連續(xù)跟蹤。 軌道電路定位的優(yōu)點(diǎn)軌道電路定位的優(yōu)點(diǎn)v 軌道電路原理簡單，安全性較高。既可以實現(xiàn)列車軌道電路原理簡單，安全性較高。既可以實現(xiàn)列車 定位，又可以檢測軌道的完好情況，滿足故障定位，又可以檢測軌道的完好情況，滿足故障- -安全原則。安全原則。v 軌道

8、電路采用列車的運(yùn)行軌道軌道電路采用列車的運(yùn)行軌道鋼軌作為列車定位鋼軌作為列車定位的信息傳輸通道，這個通道同時又可以作為列車的信息傳輸通道，這個通道同時又可以作為列車ATCATC信息信息傳輸?shù)耐ǖ?，?jié)省了大量設(shè)備，具有較高的性價比。傳輸?shù)耐ǖ?，?jié)省了大量設(shè)備，具有較高的性價比。 v 技術(shù)成熟。軌道電路是目前使用最多、使用時間最長的技術(shù)成熟。軌道電路是目前使用最多、使用時間最長的列車定位方法，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，積累了豐富的施工、列車定位方法，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，積累了豐富的施工、維護(hù)經(jīng)驗。維護(hù)經(jīng)驗。 v 地理環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，在隧道、地下都可以使用該方法。地理環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，在隧道、地下都可以使用該方法。

9、v 適用速度范圍寬，無論高速還是低速均可使用該方法。適用速度范圍寬，無論高速還是低速均可使用該方法。 軌道電路定位的缺點(diǎn)軌道電路定位的缺點(diǎn)v 定位誤差大。由它所實現(xiàn)的定位是以軌道電路長度定位誤差大。由它所實現(xiàn)的定位是以軌道電路長度 作為最小定位單元，車在區(qū)段的始端還是終端是無法判斷作為最小定位單元，車在區(qū)段的始端還是終端是無法判斷的。在需要對列車實施精確控制的場合，必須輔之以其他的。在需要對列車實施精確控制的場合，必須輔之以其他的列車定位方式，如測速定位、設(shè)置信標(biāo)等。的列車定位方式，如測速定位、設(shè)置信標(biāo)等。v 傳輸距離有限。軌道電路的電氣特性是與傳輸?shù)男畔㈩l率傳輸距離有限。軌道電路的電氣特性是

10、與傳輸?shù)男畔㈩l率相關(guān)的，頻率越高，傳輸衰耗越大，信息傳輸距離越短。相關(guān)的，頻率越高，傳輸衰耗越大，信息傳輸距離越短。v 設(shè)備維護(hù)量大。繼電器使用壽命有限設(shè)備維護(hù)量大。繼電器使用壽命有限( (平均為平均為1 1萬次左右萬次左右) )，因此維護(hù)費(fèi)用較大。為了保證軌道電路的良好電氣特性，因此維護(hù)費(fèi)用較大。為了保證軌道電路的良好電氣特性，需要經(jīng)常進(jìn)行測試與調(diào)整。需要經(jīng)常進(jìn)行測試與調(diào)整。 2 2、計軸定位、計軸定位v 計軸技術(shù)是以計算機(jī)為核心，輔以外部設(shè)備，利用計軸技術(shù)是以計算機(jī)為核心，輔以外部設(shè)備，利用統(tǒng)計車輛軸數(shù)來檢測相應(yīng)軌道區(qū)段占用或空閑狀態(tài)統(tǒng)計車輛軸數(shù)來檢測相應(yīng)軌道區(qū)段占用或空閑狀態(tài)的技術(shù)。的技

11、術(shù)。 計軸系統(tǒng)工作原理計軸系統(tǒng)工作原理v 電子計軸器列車定位系統(tǒng)主要包括室內(nèi)和室外兩部分：電子計軸器列車定位系統(tǒng)主要包括室內(nèi)和室外兩部分： 室內(nèi)部分包括信號處理電路和計數(shù)器處理電路；室外部分主室內(nèi)部分包括信號處理電路和計數(shù)器處理電路；室外部分主要包括地面?zhèn)鞲衅?、電纜盒、傳輸電纜等。要包括地面?zhèn)鞲衅?、電纜盒、傳輸電纜等。v 計軸點(diǎn)是計軸系統(tǒng)的車輪識別點(diǎn)。它位于軌道區(qū)段分界點(diǎn)處。計軸點(diǎn)是計軸系統(tǒng)的車輪識別點(diǎn)。它位于軌道區(qū)段分界點(diǎn)處。裝在這個位置上的傳感元件、軌旁設(shè)備、電纜接線盒組成一裝在這個位置上的傳感元件、軌旁設(shè)備、電纜接線盒組成一個功能單元，稱為個功能單元，稱為計數(shù)點(diǎn)計數(shù)點(diǎn)。因車輪作用而在。因

12、車輪作用而在計數(shù)點(diǎn)計數(shù)點(diǎn)中形成的中形成的脈沖或信號經(jīng)由區(qū)間電纜傳送至位于控制中心計數(shù)單元。脈沖或信號經(jīng)由區(qū)間電纜傳送至位于控制中心計數(shù)單元。v 通過對區(qū)段兩端傳感器計數(shù)值的比較就可以得到占用情況并通過對區(qū)段兩端傳感器計數(shù)值的比較就可以得到占用情況并判斷出列車的位置。判斷出列車的位置。v 就其功能而言，電子計軸器是與軌道電路相同。電子計軸器就其功能而言，電子計軸器是與軌道電路相同。電子計軸器本身不具備向列車傳輸信息的通道，機(jī)車上要獲取位置信息本身不具備向列車傳輸信息的通道，機(jī)車上要獲取位置信息必須要另外增加信道。必須要另外增加信道。計軸點(diǎn)常見故障及處理方法計軸點(diǎn)常見故障及處理方法v 一般來說，計

13、軸點(diǎn)的故障主要有兩類：設(shè)備故障導(dǎo)一般來說，計軸點(diǎn)的故障主要有兩類：設(shè)備故障導(dǎo) 致不能計數(shù)或計數(shù)故障導(dǎo)致計數(shù)出錯。致不能計數(shù)或計數(shù)故障導(dǎo)致計數(shù)出錯。v 計數(shù)點(diǎn)故障。解決的方案是取消該計軸點(diǎn)，而將與該計軸計數(shù)點(diǎn)故障。解決的方案是取消該計軸點(diǎn)，而將與該計軸點(diǎn)相連的兩個區(qū)間合并為一個區(qū)間。點(diǎn)相連的兩個區(qū)間合并為一個區(qū)間。v 計數(shù)錯誤。解決的方案是連續(xù)比較出錯計數(shù)點(diǎn)前后相鄰多計數(shù)錯誤。解決的方案是連續(xù)比較出錯計數(shù)點(diǎn)前后相鄰多個技術(shù)點(diǎn)的計數(shù)結(jié)果。個技術(shù)點(diǎn)的計數(shù)結(jié)果。v 構(gòu)成具有糾錯功能計軸設(shè)備的前提是有一臺中央計軸計算構(gòu)成具有糾錯功能計軸設(shè)備的前提是有一臺中央計軸計算機(jī)來處理多個相鄰計軸點(diǎn)的數(shù)據(jù)，即具有與

14、多個計數(shù)點(diǎn)相機(jī)來處理多個相鄰計軸點(diǎn)的數(shù)據(jù)，即具有與多個計數(shù)點(diǎn)相連的中央處理機(jī)。連的中央處理機(jī)。計軸定位特點(diǎn)計軸定位特點(diǎn)v 計軸定位技術(shù)的關(guān)鍵在于車輪識別點(diǎn)計軸定位技術(shù)的關(guān)鍵在于車輪識別點(diǎn)( (計軸點(diǎn)計軸點(diǎn)) )的可的可 靠工作，要求車輪識別點(diǎn)能夠適應(yīng)列車高速運(yùn)行的機(jī)械應(yīng)靠工作，要求車輪識別點(diǎn)能夠適應(yīng)列車高速運(yùn)行的機(jī)械應(yīng)力、牽引電流、磁軌制動造成的電磁干擾等。力、牽引電流、磁軌制動造成的電磁干擾等。v 計軸定位繼承了軌道電路定位的很多特點(diǎn)，和前述的軌道計軸定位繼承了軌道電路定位的很多特點(diǎn)，和前述的軌道電路法一樣，這種方法的定位安全性較高，精度較差，通電路法一樣，這種方法的定位安全性較高，精度較差

15、，通常也需與測速裝置結(jié)合起來使用。常也需與測速裝置結(jié)合起來使用。v 由于不依賴于軌道電路，對環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)，維護(hù)量相由于不依賴于軌道電路，對環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)，維護(hù)量相對較?。坏荒茏鳛檐噷^小；但不能作為車- -地通信的通道，也無法檢測斷軌地通信的通道，也無法檢測斷軌故障。故障。 3 3、查詢、查詢- -應(yīng)答器列車定位應(yīng)答器列車定位v 基于應(yīng)答基于應(yīng)答- -查詢器的定位方法也是廣泛采用的列車定查詢器的定位方法也是廣泛采用的列車定位方式，它可以點(diǎn)式地給出列車定位信息。位方式，它可以點(diǎn)式地給出列車定位信息。 查詢應(yīng)答器工作原理查詢應(yīng)答器工作原理v 在地面應(yīng)答器內(nèi)存儲地理位置信息，機(jī)車上的查詢在地

16、面應(yīng)答器內(nèi)存儲地理位置信息，機(jī)車上的查詢 器經(jīng)過耦合以后，就可以得到列車的精確位置。顯然，為器經(jīng)過耦合以后，就可以得到列車的精確位置。顯然，為了準(zhǔn)確定位就必須大量設(shè)置地面應(yīng)答器。了準(zhǔn)確定位就必須大量設(shè)置地面應(yīng)答器。 v 采用應(yīng)答器定位技術(shù)的信息傳遞是間斷的，即當(dāng)列車從一采用應(yīng)答器定位技術(shù)的信息傳遞是間斷的，即當(dāng)列車從一個信息點(diǎn)獲得地面信息后，要到下一個信息點(diǎn)才能更新信個信息點(diǎn)獲得地面信息后，要到下一個信息點(diǎn)才能更新信息，若期間地面情況發(fā)生變化，就無法立即將變化的信息息，若期間地面情況發(fā)生變化，就無法立即將變化的信息實時傳遞給列車。因此，應(yīng)答器定位技術(shù)往往作為其他定實時傳遞給列車。因此，應(yīng)答器定

17、位技術(shù)往往作為其他定位技術(shù)的補(bǔ)充手段。如與測速設(shè)備配合，用地面應(yīng)答器來位技術(shù)的補(bǔ)充手段。如與測速設(shè)備配合，用地面應(yīng)答器來校準(zhǔn)因測速設(shè)備產(chǎn)生的累積誤差。校準(zhǔn)因測速設(shè)備產(chǎn)生的累積誤差。查詢應(yīng)答器定位的特點(diǎn)查詢應(yīng)答器定位的特點(diǎn) v 可以提供準(zhǔn)確的初始位置信息。可以提供準(zhǔn)確的初始位置信息。v 精度是可以調(diào)節(jié)的，根據(jù)不同的精度需要安裝應(yīng)答器，精度是可以調(diào)節(jié)的，根據(jù)不同的精度需要安裝應(yīng)答器，但是精度的提高是以犧牲成本為代價的。但是精度的提高是以犧牲成本為代價的。v 維護(hù)量大，沿線分布大量的應(yīng)答器，需要大量的人工，維護(hù)量大，沿線分布大量的應(yīng)答器，需要大量的人工，且不便于設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)和線路的養(yǎng)護(hù)。且不便于設(shè)

18、備的維護(hù)保養(yǎng)和線路的養(yǎng)護(hù)。v 查詢應(yīng)答器既可以實現(xiàn)列車定位，也可以作為點(diǎn)式信息查詢應(yīng)答器既可以實現(xiàn)列車定位，也可以作為點(diǎn)式信息傳輸?shù)耐ǖ溃峁┸噦鬏數(shù)耐ǖ?，提供? -地通信。地通信。4 4、測速定位、測速定位v 測速定位就是通過不斷測量列車的即時運(yùn)行速度，測速定位就是通過不斷測量列車的即時運(yùn)行速度， 對列車的即時速度進(jìn)行積分對列車的即時速度進(jìn)行積分( (或求和或求和) )的方法得到列車的運(yùn)的方法得到列車的運(yùn)行距離。行距離。v 由于測速定位獲取列車位置的方法是對列車運(yùn)行速度進(jìn)行由于測速定位獲取列車位置的方法是對列車運(yùn)行速度進(jìn)行積分或求和，故其誤差是累積的，而且測得的速度值誤差積分或求和，故其誤

19、差是累積的，而且測得的速度值誤差對最終距離值的誤差影響也非常直接。對最終距離值的誤差影響也非常直接。v 利用該種定位方法的關(guān)鍵在于兩點(diǎn)：速度測量的準(zhǔn)確性和利用該種定位方法的關(guān)鍵在于兩點(diǎn)：速度測量的準(zhǔn)確性和求位移算法的合理性。求位移算法的合理性。v 測速定位法總體來說屬于相對定位，它無法獲取列車的初測速定位法總體來說屬于相對定位，它無法獲取列車的初始位置，要獲得列車的絕對位置僅僅依靠這種方法本身幾始位置，要獲得列車的絕對位置僅僅依靠這種方法本身幾乎是不可能的。乎是不可能的。 測速定位方法測速定位方法v 輪速法（里程表法）輪速法（里程表法）: :利用里程計測得列車的運(yùn)行利用里程計測得列車的運(yùn)行 速

20、度，進(jìn)而得出列車的位移。該方法主要缺點(diǎn)在于：當(dāng)列車速度，進(jìn)而得出列車的位移。該方法主要缺點(diǎn)在于：當(dāng)列車輪對出現(xiàn)磨損、空轉(zhuǎn)、滑行等情況時，其誤差會較大。但輪對出現(xiàn)磨損、空轉(zhuǎn)、滑行等情況時，其誤差會較大。但這種方法非常簡便，易于實現(xiàn)。這種方法非常簡便，易于實現(xiàn)。 v 多普勒雷達(dá)法：利用多普勒效應(yīng)測量列車運(yùn)行速度，對列多普勒雷達(dá)法：利用多普勒效應(yīng)測量列車運(yùn)行速度，對列車的速度進(jìn)行積分就可得到列車的運(yùn)行距離（位移）。這車的速度進(jìn)行積分就可得到列車的運(yùn)行距離（位移）。這種方法對列車測速的精度和頻率要求都比較高。多普勒雷種方法對列車測速的精度和頻率要求都比較高。多普勒雷達(dá)法的設(shè)備相對于輪速法較為復(fù)雜，如果

21、地面不平整導(dǎo)致達(dá)法的設(shè)備相對于輪速法較為復(fù)雜，如果地面不平整導(dǎo)致電波的散射較厲害時測量難度會加大。但它的優(yōu)點(diǎn)是克服電波的散射較厲害時測量難度會加大。但它的優(yōu)點(diǎn)是克服了車輪磨損、空轉(zhuǎn)或滑行等造成的誤差，可以連續(xù)測速、了車輪磨損、空轉(zhuǎn)或滑行等造成的誤差，可以連續(xù)測速、測向和定位。測向和定位。5 5、交叉感應(yīng)回線定位、交叉感應(yīng)回線定位v 通常采用的方法是在兩根鋼軌之間敷設(shè)交叉感應(yīng)通常采用的方法是在兩根鋼軌之間敷設(shè)交叉感應(yīng) 回線：一條線固定在軌道中央的道床上，另一條線固定在回線：一條線固定在軌道中央的道床上，另一條線固定在鋼軌的頸部下方，它們每隔一定距離作交叉，中央回線就鋼軌的頸部下方，它們每隔一定距

22、離作交叉，中央回線就像一個天線。像一個天線。 v 當(dāng)列車駛過一個交叉點(diǎn)時，通過車載設(shè)備檢測環(huán)線內(nèi)信號當(dāng)列車駛過一個交叉點(diǎn)時，通過車載設(shè)備檢測環(huán)線內(nèi)信號的相位變化，并對相位變化的次數(shù)進(jìn)行計數(shù)。的相位變化，并對相位變化的次數(shù)進(jìn)行計數(shù)。v 利用信號極性的變化引發(fā)地址碼加利用信號極性的變化引發(fā)地址碼加1 1，由機(jī)車控制中心根，由機(jī)車控制中心根據(jù)地址碼計算出列車的地理位置，并對從列車轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化的據(jù)地址碼計算出列車的地理位置，并對從列車轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化的里程記錄進(jìn)行誤差修正。里程記錄進(jìn)行誤差修正。 交叉感應(yīng)回線定位原理交叉感應(yīng)回線定位原理 6 6、GPSGPS列車定位列車定位v GPSGPS全球定位系統(tǒng)（全球定位系

23、統(tǒng)（Global Positioning SystemGlobal Positioning System） 是美國從本世紀(jì)是美國從本世紀(jì) 70 70 年代開始研制，歷時年代開始研制，歷時 20 20 年，耗資年，耗資200200億美元，于億美元，于1994 1994 年全面建成。早期僅限于軍事，現(xiàn)已開年全面建成。早期僅限于軍事，現(xiàn)已開放給民間作為定位使用。放給民間作為定位使用。v 全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)三全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)三大部分組成。大部分組成。v 該系統(tǒng)的空間部分使用該系統(tǒng)的空間部分使用 24 24 顆高度約顆高度約 2.02 2.0

24、2 萬千米的衛(wèi)星萬千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。組成衛(wèi)星星座。 21+3 21+3 顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運(yùn)行周期顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運(yùn)行周期約為約為 11 11 小時小時 58 58 分，分布在六個軌道面上（每軌道面四分，分布在六個軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角為顆），軌道傾角為 55 55 度。度。v 衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時間都可觀測到衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時間都可觀測到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度。這就提供四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度。這就提供了在時間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰?。了在時間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α?GPSGPS列車定位原理列車定

25、位原理v 利用利用GPSGPS實現(xiàn)列車定位已是一種比較成熟的技術(shù)。實現(xiàn)列車定位已是一種比較成熟的技術(shù)。 只要在列車兩端安裝只要在列車兩端安裝GPSGPS接收機(jī)和差分誤差信息接收器，接收機(jī)和差分誤差信息接收器，接收多顆導(dǎo)航定位衛(wèi)星發(fā)送來的定位信息，就可以計算出接收多顆導(dǎo)航定位衛(wèi)星發(fā)送來的定位信息，就可以計算出自己確切的位置，從而通過導(dǎo)航衛(wèi)星實現(xiàn)列車的精確定位。自己確切的位置，從而通過導(dǎo)航衛(wèi)星實現(xiàn)列車的精確定位。 v 衛(wèi)星發(fā)射出無線電信號，該信號包括載波信號、測距碼。衛(wèi)星發(fā)射出無線電信號，該信號包括載波信號、測距碼。待定位的物體待定位的物體( (如列車如列車) )上的接收器可以同時接收四顆以上上的

26、接收器可以同時接收四顆以上衛(wèi)星的信號，根據(jù)測定這些信號傳播的單程時間延遲或相衛(wèi)星的信號，根據(jù)測定這些信號傳播的單程時間延遲或相位延遲，進(jìn)而確定從觀測點(diǎn)至位延遲，進(jìn)而確定從觀測點(diǎn)至GPSGPS衛(wèi)星間的距離，就可計衛(wèi)星間的距離，就可計算出觀測點(diǎn)位置。算出觀測點(diǎn)位置。差分差分GPSGPS列車定位示意圖列車定位示意圖v 可實現(xiàn)全球、全天可實現(xiàn)全球、全天候連續(xù)地實時導(dǎo)航候連續(xù)地實時導(dǎo)航與定位，操作簡單，與定位，操作簡單，抗干擾性能好?？垢蓴_性能好。GPSGPS定位方法設(shè)備定位方法設(shè)備簡單、精度高、成簡單、精度高、成本低、體積小、維本低、體積小、維護(hù)方便。護(hù)方便。GPSGPS列車定位方法的缺點(diǎn)列車定位方法

27、的缺點(diǎn)v 在周圍阻擋物多的地方，例如城市、樹林、山區(qū)、在周圍阻擋物多的地方，例如城市、樹林、山區(qū)、 隧道等，列車的定位精度受到影響，甚至無法定位隧道等，列車的定位精度受到影響，甚至無法定位( (如列如列車在隧道中無法接收衛(wèi)星信號車在隧道中無法接收衛(wèi)星信號) )，因此在這些地方要加地，因此在這些地方要加地面設(shè)備輔助定位，如回線、查詢應(yīng)答器等。面設(shè)備輔助定位，如回線、查詢應(yīng)答器等。v 裝有接收機(jī)的列車與差分臺的距離不宜太遠(yuǎn)，否則會影裝有接收機(jī)的列車與差分臺的距離不宜太遠(yuǎn)，否則會影響定位精度，所以要有差分臺接續(xù)措施。響定位精度，所以要有差分臺接續(xù)措施。v GPSGPS對衛(wèi)星的故障十分敏感，一旦一顆衛(wèi)

28、星失效，就會出對衛(wèi)星的故障十分敏感，一旦一顆衛(wèi)星失效，就會出現(xiàn)現(xiàn)GPSGPS性能惡化，所以不能單一地將性能惡化，所以不能單一地將GPSGPS定位信息作為列定位信息作為列控安全防護(hù)系統(tǒng)的位置參數(shù)?？匕踩雷o(hù)系統(tǒng)的位置參數(shù)。v 這個系統(tǒng)是由美國國防部操縱的，過于依賴該系統(tǒng)其實這個系統(tǒng)是由美國國防部操縱的，過于依賴該系統(tǒng)其實就是受制于人。就是受制于人。7 7、無線擴(kuò)頻列車定位、無線擴(kuò)頻列車定位v 擴(kuò)展頻譜通信（擴(kuò)展頻譜通信（Spread Spectrum CommunicationSpread Spectrum Communication） 簡稱擴(kuò)頻通信，簡稱擴(kuò)頻通信，其特點(diǎn)是傳輸信息所用的帶寬遠(yuǎn)大

29、于信息其特點(diǎn)是傳輸信息所用的帶寬遠(yuǎn)大于信息本身帶寬。本身帶寬。擴(kuò)頻通信技術(shù)在發(fā)送端以擴(kuò)頻編碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)擴(kuò)頻通信技術(shù)在發(fā)送端以擴(kuò)頻編碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，在接收端以相關(guān)解調(diào)技術(shù)收信。制，在接收端以相關(guān)解調(diào)技術(shù)收信。v 這一過程使其具有諸多優(yōu)良特性：抗干擾性能好，隱蔽性這一過程使其具有諸多優(yōu)良特性：抗干擾性能好，隱蔽性強(qiáng)、干擾小，易于實現(xiàn)碼分多址和抗多徑干擾。強(qiáng)、干擾小，易于實現(xiàn)碼分多址和抗多徑干擾。v 擴(kuò)頻通信是以各用戶使用不同的擴(kuò)頻編碼來共用同一頻率。擴(kuò)頻通信是以各用戶使用不同的擴(kuò)頻編碼來共用同一頻率。采用擴(kuò)頻通信多址方式的頻譜利用率高于采用頻分多址方采用擴(kuò)頻通信多址方式的頻譜利用率高于采用頻分多址

30、方式的頻譜利用率。而且擴(kuò)頻碼分多址還易于解決增加新用式的頻譜利用率。而且擴(kuò)頻碼分多址還易于解決增加新用戶的問題。戶的問題。 擴(kuò)頻無線電定位的基本原理擴(kuò)頻無線電定位的基本原理v 在地面沿線路設(shè)置無線基站，無線基站不斷發(fā)射帶在地面沿線路設(shè)置無線基站，無線基站不斷發(fā)射帶 有其位置信息的擴(kuò)頻信號。列車接收到由無線基站發(fā)送有其位置信息的擴(kuò)頻信號。列車接收到由無線基站發(fā)送的擴(kuò)頻信息后，求解列車與信息之間的時鐘差，并根據(jù)的擴(kuò)頻信息后，求解列車與信息之間的時鐘差，并根據(jù)該時鐘差求出與無線基站之間的距離，同時接收該時鐘差求出與無線基站之間的距離，同時接收3 3個以個以上無線基站的信息就可以求出列車的即時位置?？?/p>

31、以看上無線基站的信息就可以求出列車的即時位置?？梢钥闯?，擴(kuò)頻無線電定位與出，擴(kuò)頻無線電定位與GPSGPS定位原理幾乎完全一樣，只定位原理幾乎完全一樣，只是將衛(wèi)星是將衛(wèi)星“挪挪”到了地面，由無線基站實現(xiàn)了到了地面，由無線基站實現(xiàn)了GPSGPS衛(wèi)星衛(wèi)星的功能。的功能。8 8、IPSIPS列車定位列車定位v IPSIPS是慣性列車定位系統(tǒng)是慣性列車定位系統(tǒng)( (Inertial Positioning System) ) 的英文簡寫的英文簡寫 。v 它根據(jù)牛頓力學(xué)定律它根據(jù)牛頓力學(xué)定律, ,通過測量列車的加速度，將加速度通過測量列車的加速度，將加速度進(jìn)行一次積分后得到列車的運(yùn)行速度，再進(jìn)行一次積分即

32、進(jìn)行一次積分后得到列車的運(yùn)行速度，再進(jìn)行一次積分即可得到列車的位置可得到列車的位置( (包括經(jīng)度、緯度和高度包括經(jīng)度、緯度和高度) )，從而實現(xiàn)了，從而實現(xiàn)了對列車的定位。對列車的定位。v IPSIPS定位的顯著優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，它不受天氣、電磁定位的顯著優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，它不受天氣、電磁場等影響，屬于一種高安全性的定位方式。場等影響，屬于一種高安全性的定位方式。v 它隨時可以采集列車的位置信息它隨時可以采集列車的位置信息( (連續(xù)采集、連續(xù)積分連續(xù)采集、連續(xù)積分) )，在小范圍內(nèi)其測量精度也較高，而且用該種方法獲取的信在小范圍內(nèi)其測量精度也較高，而且用該種方法獲取的信息種類較多，如列車的

33、方向、位置、速度等。息種類較多，如列車的方向、位置、速度等。 IPSIPS定位的不足之處定位的不足之處v 這種方法是一種相對定位方式，必須獲得列車的初始這種方法是一種相對定位方式，必須獲得列車的初始位置信息后方可得到列車的即時位置位置信息后方可得到列車的即時位置 。v 與其他相對定位方式一樣，它也存在誤差積累的缺陷。與其他相對定位方式一樣，它也存在誤差積累的缺陷。所以，這種定位方式一般都是與其他定位方式，如查所以，這種定位方式一般都是與其他定位方式，如查詢一應(yīng)答器定位、詢一應(yīng)答器定位、GPSGPS定位等結(jié)合起來使用，可以作為定位等結(jié)合起來使用，可以作為提高定位精度的手段或用來解決某些定位方法固

34、有的提高定位精度的手段或用來解決某些定位方法固有的缺陷。缺陷。 9 9、航位推算系統(tǒng)定位、航位推算系統(tǒng)定位v 航位推算系統(tǒng)定位航位推算系統(tǒng)定位(Dead Reckoning(Dead Reckoning，簡稱，簡稱DR),DR),該定該定位方法基于相對位置修正。位方法基于相對位置修正。v由于列車的運(yùn)動可以看作是在二維平面上的運(yùn)動，因此如果由于列車的運(yùn)動可以看作是在二維平面上的運(yùn)動，因此如果 已知車輛的起始點(diǎn)和初始航行角，通過實時測量和遞增積累列已知車輛的起始點(diǎn)和初始航行角，通過實時測量和遞增積累列車的行駛距離和航向角的變化，就可以實時推算列車的位置。車的行駛距離和航向角的變化，就可以實時推算列

35、車的位置。航位推算系統(tǒng)原理航位推算系統(tǒng)原理v 航位推算系統(tǒng)由測量航向角的傳感器和測量距離的傳航位推算系統(tǒng)由測量航向角的傳感器和測量距離的傳 感器構(gòu)成。典型的航位推算系統(tǒng)包括位移和航向傳感器。感器構(gòu)成。典型的航位推算系統(tǒng)包括位移和航向傳感器。v 常用的位移傳感器有加速度計、里程計等，航向傳感器為常用的位移傳感器有加速度計、里程計等，航向傳感器為陀螺。這些傳感器都稱為慣性傳感器。陀螺。這些傳感器都稱為慣性傳感器。v 陀螺測得的是角速度，需積分得出角度。加速度計的情況陀螺測得的是角速度，需積分得出角度。加速度計的情況也類似，需也類似，需2 2次積分才得到位移。次積分才得到位移。v 從成本、應(yīng)用環(huán)境和現(xiàn)實條件等方面考慮，一般采用角速從成本、應(yīng)用環(huán)境和現(xiàn)實條件等方面考慮，一般采用角速度陀螺和里程儀組成了航位推算系統(tǒng)。度陀螺和里程儀組成了航位推算系統(tǒng)。v 航位推算系統(tǒng)傳