CN104302529B - 用于生成铁路车辆定位信号的车载系统 - Google Patents

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Abstract

本系统(210)包括天线(20)和电子处理子系统，天线(20)包括具有不同辐射图的第一回路(22)和第二回路(24)，第一和第二回路适于当天线在位于铁路上的信标之上经过时生成第一和第二电流(I1，I2)，电子处理子系统被设计成根据所述第一和第二电流生成定位信号。所述系统的特征在于所述子系统是用于生成第一定位信号(SL1)的第一子系统(230)，该系统包括用于根据所述第一和第二电流生成第二定位信号(SL2)的第二子系统(240)，并且其特征在于包括适于根据所述第一和第二定位信号生成安全定位信号(SLS)的评判装置(250)。

Description

用于生成铁路车辆定位信号的车载系统
技术领域
本发明用于生成铁路车辆定位信号的车载系统的领域，该类型的系统包括：
-天线，包括具有各自不同的辐射图的第一回路和第二回路，第一和第二回路分别适于当天线在位于铁路上已知位置的合适信标之上经过时生成第一和第二电流；及
-电子处理子系统，被设计成从所述第一和第二电流生成定位信号。
背景技术
文档EP 1 227 024 B1公开了前述类型的系统，该系统包括要安装到火车上从而与在铁路上布置的信标合作的天线，信标的几何中心具有已知的地理位置。
天线包括在基本上水平的平面内彼此叠加的两个平面回路。
第一回路很简单。它包括构成单匝的金属线，即，不包括任何扭绞。第一回路基本上是椭圆形的，长轴沿火车运动的纵向方向定向。
呈“8”形的第二回路包括在其自身上扭绞的一匝的金属线。第二回路的几何中心是金属线关于其自己的交叉点，并且与第一回路的几何中心一致且构成天线的中心。根据其大维度，第二回路的对称轴沿着火车运动的纵轴定向。
在火车运动期间，天线在信标之上经过并且穿过由所述信标生成的磁场。磁场在第一回路中感应出第一电流并在第二回路中感应出第二电流。当感应出的电流可检测到时，就说天线与信标接触。
在回路中感应出的电流的强度的符号，也称为这个感应出的电流的“相位”，根据天线相对于信标中心的位置而变。
由于第一和第二回路具有不同的形式，因此它们具有不同的辐射图。为此，感应出的第一电流的相位的演变与感应出的第二电流的相位的演变不同。
天线配备有电子处理子系统，该电子处理子系统被设计成当天线在信标之上移动时跟踪第一电流的振幅相对于阈值的趋势以及感应出的第一和第二电流的相位差的趋势。这个子系统在输出生成定位信号，该信号的发送时刻指示天线的中心在信标的中心的垂直上方经过。
处理子系统的功能准确度使得定位信号在离信标中心+/-2cm发送。
通过推荐包括叠加在简单的并呈“8”形的第一回路和第二回路上的第三平面回路的天线的使用，文档PCT/FR2010/050607扩展了前述文档的示教。这个第三回路包括构成包括两个扭绞的一匝的金属线。线的两个交叉点沿火车运动的纵向方向布置。这两个交叉点之间的中点纵向地位于天线中心稍微前面(或后面)一点。
这第三回路的辐射图是特定于其自己的。
天线配备有电子处理子系统，该电子处理子系统被设计成跟踪第一和第二电流相位之差的趋势、第一和第三电流相位之差的趋势以及第二和第三电流相位之差的趋势之间的相关性。这个子系统在输出生成定位信号，该定位信号的发送时刻指示天线的中心在信标的中心垂直上方经过。功能准确度也是离信标中心+/-2cm。这种具有三个回路的天线的优点在于天线和信标的增加的接触体积，这使得有可能放宽对信标在铁路上和天线在火车上的安装的约束。
被设计成执行这种相关并随后生成定位信号的处理子系统具有相对于信标中心+/-2cm的功能准确度。
关系到网络上的铁路车辆的定位信息是重要运行数据。对于地铁的例子，定位信息使得有可能知道一组列车相对于车站站台的确切位置，从而面对站台的门停止这组列车，使得乘客可以出入这组列车。
如果定位信息不正确，则站台门可能在这组列车的门没有面对站台门的时候打开。就对乘客的安全性而言，这会有严重的后果。
可以描述证明定位信息是敏感数据的其它例子。
现在，现有技术在定位信号生成中没有考虑处理子系统的可能故障。
发明内容
因此，本发明的目的是通过特别推荐用于生成定位信号的安全系统来克服这个问题，其中，定位信号生成期间的故障可以被识别，使得所生成的定位信号是可靠的，即，遵循由标准IEC 61508定义的安全等级SIL 4。
为此，本发明的目的在于上述类型的生成铁路车辆定位信号的车载系统，所述子系统是被设计成生成第一定位信号的第一子系统，该系统包括被设计成从所述第一和第二电流生成第二定位信号的第二电子处理子系统，并且该系统还包括被设计成根据所述第一和第二定位信号生成安全定位信号的评判装置。
根据特定的实施例，单独地或者以所有技术可能的组合考虑，该系统包括以下一个或多个特征：
-所述第一和第二子系统是彼此独立的；
-所述第一和第二子系统彼此相同；
-评判装置从由第一和第二子系统中的每一个在时间上最先发送的第一和第二定位信号中选择在时间上第二到达的信号作为安全定位信号；
-评判装置取由所述车辆配备的测距系统发送的距离作为输入，并且，如果在时间上第二到达的信号到达离在时间上最先发送的信号的发送点的距离小于参考距离的点，则评判装置选择该信号，其中参考距离特别是等于5cm；
-天线包括第三回路，其辐射图与第二回路的辐射图和第一回路的辐射图不同，所述安全定位信号使得有可能以-2/+7cm的准确度相对于信标的已知位置定位车辆；
-该系统包括第三电子处理子系统，该第三电子处理子系统被设计成根据所述第一和第二电流生成第三定位信号，所述评判装置被设计成从由第一、第二、第三子系统中的每一个在时间上最先发送的第一、第二和第三定位信号中选择在时间上第二发送的定位信号作为安全定位信号；
-评判装置被设计成，为每个子系统，确定隔开信标检测的开始时刻与由所关心的子系统在时间上最先发送的定位信号的发送时刻的“之前”持续时间，以及隔开由所关心的子系统在时间上最先发送的定位信号的发送时刻与信标检测的结束时刻的“之后”持续时间，并且评判装置包括被设计成，如果“之前”持续时间与“之后”持续时间之比在单位值周围的预定间隔之外，就识别出子系统故障的装置；
-第一子系统包括第一模拟部分和第一数字部分，第二子系统包括第一子系统的所述第一模拟部分作为第二模拟部分和与第一子系统的所述第一数字部分独立的第二数字部分；
-第二子系统的第二数字部分与第一子系统的第一数字部分相同；
-假如隔开由每个子系统在时间上最先发送的定位信号的发送的持续时间小于参考持续时间(特别是等于1.5μs)，评判装置就从由第一和第二子系统中的每一个在时间上最先发送的所述第一和第二定位信号中选择在时间上第二到达的定位信号作为安全定位信号；
-天线包括第三回路，其辐射图与第二回路的辐射图并且与第一回路的辐射图不同，所述安全定位信号使得有可能以+/-5cm的准确度，优选地是+/-2cm，相对于信标的已知位置定位车辆；及
-每个子系统都包括模拟部分和数字部分，该系统包括测试装置，该测试装置被设计成对模拟部分的输入施加参考电流并且分析在所述模拟部分或者另一模拟部分的输出生成的数字化的电流信号；
-该系统遵循安全等级SIL 4。
本发明的另一个主题是包括这种用于生成定位信号的车载系统的铁路车辆。
本发明的最后一个主题是用于生成铁路车辆定位信号的方法，包括步骤：
-当天线在合适的信标之上经过时，生成第一和第二电流，所述天线装在车辆上并且包括具有各自不同的辐射图的第一回路和第二回路，所述信标位于铁路上的已知位置；
-根据所述第一和第二电流生成定位信号；
其特征在于，所述定位信号是由第一和第二电流的第一处理子系统发送的第一定位信号，该方法在于：
-通过第二处理子系统根据所述第一和第二电流生成第二定位信号；及
-根据所述第一和第二定位信号生成安全定位信号。
根据特定的实施例，单独地或者以全部技术可能的组合考虑，该方法包括以下一个或多个特征：
-生成安全定位信号在于，假如隔开在时间上第二到达的定位信号与在时间上第一到达的定位信号的距离小于预定的参考距离，就从由第一和第二处理子系统中的每一个在时间上最先发送的第一和第二定位信号中选择在时间上第二到达的定位信号作为安全定位信号；
-该方法包括步骤在于通过第三处理子系统根据所述第一和第二电流生成第三定位信号；并且生成安全定位信号在于从分别由三个处理子系统中的每一个在时间上最先发送的定位信号中选择在时间上第二到达的定位信号作为安全定位信号；
-第一子系统包括第一模拟部分和第一数字部分，第二子系统包括第一子系统的所述第一模拟部分作为第二模拟部分和与第一子系统的所述第一数字部分独立的第二数字部分，生成安全定位信号在于，假如第一和第二信号的发送时刻之间的持续时间小于预定的参考持续时间，就从由两个处理子系统中的每一个在时间上最先发送的定位信号中选择在时间上第二到达的定位信号作为安全定位信号；及
-该方法还包括至少一个附加条件的验证，使得能够检测第一和第二处理子系统共用的模拟部分的故障。
附图说明
在阅读以下描述之后并且参考附图，本发明及其优点将得到更好的理解，其中描述的给出仅仅是作为例子，附图中：
-图1表示用于生成定位信号的车载系统的第一实施例；
-图2表示说明由图1系统实现的第一评判算法的操作的多个图；
-图3表示用于生成定位信号的车载系统的第二实施例；
-图4表示说明由图3系统实现的第二评判算法的操作的多个图；
-图5A和5B表示说明比率确定的多个图，使得有可能检测图3系统中的故障；
-图6表示用于生成定位信号的车载系统的第三实施例；及
-图7表示说明由图6系统实现的第三评判算法的操作的多个图。
具体实施方式
第一实施例
图1和2关于用于生成定位信号的车载系统的第一实施例，该系统要安装在诸如火车、地铁或有轨电车的车辆中。
根据这第一实施例的系统10包括天线20、两个电子处理子系统，分别是30和40，以及评判装置50。
就像之前描述过的现有技术当中的天线，天线20包括具有不同辐射图的两个回路：被设计成输送第一感应电流I1的第一简单回路22，及被设计成输送第二感应电流I2的呈“8”形的第二回路24。
该系统包括被设计成根据作为输入施加到其的第一和第二感应电流I1、I2输送第一定位信号SL1的第一电子处理子系统30。
第一子系统30与现有技术中所使用的子系统相同。
第一子系统30包括模拟部分60和数字部分70。
模拟部分60包括用于整形第一感应电流I1的第一模拟电路61和用于整形第二感应电流I2的第二模拟电路62。
被设计成用于从第一感应电流I1生成第一数字化电流C1的第一电路61依次包括用于在对应回路的输出滤波感应电流I1的滤波器63；用于放大滤波后的电流的放大器65；以及用于数字化放大后的电流并且在输出生成数字化电流C1的模数转换器67。
被设计成用于从第二感应电流I2生成第二数字化电流C2的第二电路62与第一电路相同。它依次包括滤波器64、放大器66和模数转换器68。
第一处理子系统的数字部分70被设计成从作为输入施加到其的第一和第二数字化电流C1、C2生成第一定位信号SL1。数字部分70依次包括相位比较器、滤波器、滞后阈值比较器和用于生成定位信号的单元。
相位比较器71比较作为输入施加到其的第一和第二数字化电流C1、C2的相位，并且在输出生成相位差信号SD，当第一和第二数字化电流的相位相同时，相位差信号SD的值为+1，并且当这些相位相反时，其值为-1。
滤波器72取相位差信号SD作为输入并且在输出生成滤波后的相位差信号SDF，其值在区间[-1,+1]内。滤波器的功能是在预定义的时间窗口上执行相位差信号SD的时间平均。
滞后阈值比较器73取滤波后的相位差信号SDF作为输入并且把它与禁止值带比较。阈值比较器在输出生成状态信号SE，当滤波后的相位差信号SDF高于这个带的最大值时，信号SE从0变到1；当滤波后的相位差信号SDF低于这个带的最小值时，信号SE从1变到0。
最后，定位信号的生成单元74取第一数字化电流信号C1和状态信号SE作为输入并且生成定位信号SL。
单元74包括阈值比较器，该阈值比较器适于比较电流C1的电平和参考电平并且电流C1一超过参考电平就生成单位值的二进制信号。单元74还包括逻辑元件，该逻辑元件被设计成由单元74的阈值比较器和滞后阈值比较器73发送的信号一都等于单位值就生成定位信号SL。所发送的定位信号SL采取例如等于单位值的值的脉冲的形式。
系统10包括用于第一和第二感应电流I1、I2的第二电子处理子系统40，以便生成第二定位信号SL2。
第二子系统40独立于第一处理子系统30。
第二子系统40与第一处理子系统30相同。它包括与第一处理子系统的那些相同的电路和电子部件。这就是为什么在图1中第一和第二子系统之间相同的元件用相同标号标识的原因。
系统10包括被设计成在输出处输送安全定位信号SLS的评判模块50。评判模块50取分别在第一和第二子系统30、40的输出生成的第一和第二定位信号SL1、SL2以及指示从由车辆所配备的测距系统输送的参考点开始所行进的距离d的数据作为输入。
更具体而言，评判模块实现第一算法，在于，假如隔开在时间上第二到达的定位信号与在时间上最先到达的定位信号的距离D小于预定的参考距离D0，就从由第一和第二处理子系统30、40中的每一个在时间上最先发送的第一和第二定位信号SL1、SL2中选择在时间上第二到达的定位信号作为安全定位信号SLS。其中参考距离D0优选地是5cm。
即使两个子系统30和40中所使用的部件相同，第一和第二处理子系统中的每一个也具有它们自己的灵敏度和自己的信噪比。
由于子系统生成定位信号SL与第二感应电流I2的相位变化相关联，即，与这个电流的强度的消除相关联，因此两个子系统30和40之间的灵敏度差由车辆在第一和第二定位信号SL1、SL2的发送时刻之间所行进的距离来表示。
考虑到在天线与信标接触时车辆的速度基本上是恒定的，这个距离对应于第一和第二定位信号SL1、SL2的发送时刻之间的时间差。应当指出，这个时间差不能被限制，因为，车辆越慢，第一和第二定位信号的发送时刻之间的时间差越大。
在正常操作中，每个子系统30、40以离信标中心+/-2cm的功能准确度提供定位信号。
由于定位信号是在天线的呈“8”形第二回路中感应出的强度的相位变化造成的相位差存在变化时发送的，因此，功能准确度仅仅由于这个感应出的强度的处理子系统的信噪比而引起。
但是，在两个子系统之一发生故障的情况下，并且由于不可能识别发生故障的子系统，因此无法知道第一和第二定位信号当中哪个定位信号应当被考虑。
因而，对处理子系统进行复制，即，确保定位信号生成中的冗余性，的简单事实不能肯定地，即，安全地，相对于信标的中心对车辆进行定位。
如其本身公知的，铁路车辆配备有测距系统，该测距系统包括安装在车轴上的发音轮并且轴的运动使得能够确定车辆从沿着铁路定位的参考点开始所行进的距离d。
为了检测发生故障的子系统并且限制这种故障对定位功能的影响，根据这第一实施例，使用车辆的测距系统，以便为评判模块50提供距离数据d，使得所述模块能够确定车辆在由两个子系统中的每一个在时间上最先发送的定位信号SL1和SL2的发送时刻之间所行进的距离。
图2组合了说明第一算法在处理子系统之一的正常和故障不同情形下的行为的多个图，在这种情况下处理子系统是第二处理子系统40。
在这些图中，d1表示第一处理子系统30第一次发送第一定位信号SL1的点；d2表示第二处理子系统40第一次发送第二定位信号SL2的点；并且d0表示离在时间上最先发送的信号有参考距离D0的点。
图G1表示天线与信标在其中接触的空间间隔。信标的几何中心是由标号C来标识的。
图G2说明系统的正常操作。在这个图中，在时间上最先到达的定位信号是第一信号SL1并且在时间上第二到达的定位信号是第二信号SL2。第二信号SL2在点d0之前的d2发送。因而，模块50选择第二信号SL2作为安全定位信号SLS。在这些图中，被选择模块选作安全定位信号的信号被圈起来。可以观察到，点d2在点C周围的区间[-2cm；+7cm]内。
对于后续的图，第二子系统40发生故障。但是，这没有不良后果，因为安全定位信号SLS由系统10输送。这种安全定位信号是可以接受的，因为它允许车辆相对于信标在点C周围区间[-2cm；+7cm]内的正确定位。
图G3表示其中第二定位信号SL2相对于子系统的固有功能准确度，即，相对于点C的+/-2cm，到达太晚的情况。但是，它被评判模块50选作安全定位信号SLS，因为点d2离点d1小于5cm。
图G4表示其中第二定位信号SL2相对于子系统的固有功能准确度到达太早的情况。在这种情况下，在时间上最先发送的信号是第二信号SL2。于是，在时间上第二到达的第一信号SL1被评判模块50选作安全定位信号SLS，因为点d1离点d2小于5cm。
图G5表示其中第二定位信号SL2被发送多次的情况，其中第一次相对于子系统的固有功能准确度太早。在这种情况下，在时间上最先发送的信号是第二信号。于是，在时间上第二到达的第一信号SL1被评判模块50选作安全定位信号SLS，因为点d1离点d2小于5cm。
对于后续的图，第二子系统40发生故障。这种故障可以被标识，因此没有安全定位信号SLS被系统输送。
图G6表示其中第二定位信号SL2相对于子系统的固有功能准确度到达太晚的情况。虽然第二信号是在时间上第二发送的信号，但是没有安全定位信号被评判模块发送，因为点d2超过离点d1为5cm的点d0。
图G7表示其中第二定位信号SL2相对于子系统的固有功能准确度到达太早的情况。虽然第一信号SL1在时间上第二到达，但是没有安全定位信号被评判模块发送，因为点d1超过离点d2为5cm的点d0。
最后，图G8表示其中第二定位信号SL2到达多次的情况，其中第一次相对于子系统的固有功能准确度太早。但是，在时间上第二到达的第一信号SL1没有被评判模块50选作安全定位信号SLS，因为点d1超过离点d2为5cm的点d0。
图G9表示其中第二子系统40不输送第二定位信号SL2的情况。于是，没有安全定位信号SLS被评判模块50发送。
因而，通过应用第一算法，系统10生成安全定位信号，使得有可能以级别SIL 4的可靠性以相对信标中心C[-2cm；+7cm]的准确度定位车辆。
但是，当其上安装有测距系统的发音轮的车轴是驱动轴和/或制动轴时，无法确保这种准确度。在牵引模式或在制动模式，这种车轴的车轮的滑行对车辆在第一和第二定位信号的发送时刻之间实际行进的距离产生不确定性。
本系统的以下两种实施例有利地使得有可能通过推荐不需要利用测距系统输送的行进距离数据生成安全定位信号的系统来解决这个问题。
第二实施例
图3、4和5关于该系统的第二实施例。
与图1元素相同的图3元素在图3中用图1中所使用的标号来指定，以指定这种对应的元素。
如图3中所表示的，根据这第二实施例的系统110包括天线20，其中天线20包括第一和第二回路，分别是遵循现有技术的简单天线22和呈“8”形的天线24。
除了与第一实施例中相同的第一和第二处理子系统，该系统还包括分别由天线的第一和第二回路感生的第一和第二感应电流I1和I2的第三电子处理子系统80，以生成第三定位信号SL3。
第三处理子系统80独立于第一和第二处理子系统30和40。
第三处理子系统80与第一和第二处理子系统相同。特别地，第三处理子系统的电路和部件与第一和第二处理子系统的那些相同。这就是为什么用来指定第一和第二处理子系统的部件的标号被重用于指定第三子系统的对应部件。
系统110包括评判模块150，该评判模块150被设计成只根据分别由三个子系统30、40和80中的每一个发送的第一、第二和第三定位信号SL1、SL2和SL3生成安全定位信号SLS。
由评判模块实现的第二算法在于从分别由三个子系统30、40和80中的每一个在时间上最先发送的定位信号SL1、SL2、SL3中选择在时间上第二到达的定位信号作为安全定位信号SLS。
就像在第一实施例中那样，这第二算法依赖于正确操作的子系统在离信标中心C+/-2cm提供定位信号的事实，这是通过天线的回路22和24的不同辐射图来保证的。
图4组合了说明由模块150实现的第二算法的行为的多个图。
在这些图中，d1表示第一处理子系统30首次发送第一定位信号SL1的点；d2表示第二处理子系统40首次发送第二定位信号SL2的点；并且d3表示第三处理子系统80首次发送第三定位信号SL3的点。
图F1表示天线在其中检测信标的空间间隔。信标的几何中心由标号C标识。
图F2说明系统110的正常操作。在这个图中，第一信号SL1在时间上最先到达，第二信号SL2在时间上第二到达，并且第三信号SL3在时间上第三到达。模块150选择第二信号SL2作为安全定位信号SLS。
对于后续的图，第二子系统40发生故障。但是，这没有影响，因为安全定位信号是由系统110输送的。这个安全定位信号是可接受的，因为它允许在相对于信标中心C+/-2cm容限区间内的正确定位。
图F3表示其中第二信号SL2相对于关于点C+/-2cm的固有功能准确度到达太晚的情况。于是，模块150选择在时间上第二到达的第三定位信号SL3。点d3离点C小于2cm。
图F4表示其中第二信号SL2相对于固有功能准确度到达太早的情况。于是，模块150选择在时间上第二到达的第一定位信号SL1。点d1离点C小于2cm。
图F5表示其中第二信号SL2被发送多次的情况，第一次相对于关于点C+/-2cm的固有功能准确度到达太早。于是，第一信号SL1被评判模块150选作安全信号SLS，因为它实际上是由三个子系统中的每一个在时间上最先发送的定位信号中在时间上第二到达的定位信号。点d1离点C小于2cm。
图F6表示其中第二子系统40没有输送第二定位信号的情况。但是，模块150选择第三信号SL3作为安全信号SLS，因为它是在时间上第二发送的定位信号。点d3离点C小于2cm。
一旦相对于点C的定位已经执行，就有必要标识子系统是否发生故障，以便保证符合安全等级SIL 4。由于本方法对三个子系统中仅一个的故障是可以容忍的，因此它依赖于对潜在故障的标识。
特别地，“太晚”(图F3)或“太早”的故障可以被检测，如图5A和5B中所说明的。将距离“之前”Adi定义为与信标接触开始的点A(信号SA的发送)和由第i个子系统对定位信号SLi的发送点di之间的距离，而将距离“之后”Bdi定义为定位信号SLi的发送点di和与信标接触结束的点B(信号SB的发送)之间的距离。
不像正常操作(图5A)，在发生故障的操作中(图5B)，发生故障的子系统在“之前”距离Adi和“之后”距离Bdi之间呈现强烈的不对称性，而正确操作的另外两个子系统在这两个距离之间呈现或多或少的高度对称性。
这以火车的速度在经过信标时稳定为先决条件。这代表给定火车的惯性和信标的小尺寸(大约50cm)的绝大部分情况。
有利地，模块150包括故障检测装置151，该故障检测装置151被设计成根据安全定位信号SLS、从与信标接触的开始信号SA和结束信号SB并且从由每个子系统在时间上最先发送的定位信号SLi来计算与不对称性相关的量。当对应子系统的“之前”距离Adi和“之后”距离Bdi之比在例如单位值周围的预定区间之外时，这个装置151生成发生故障的子系统的标识信号Sid，其中预定区间优选地是[0.8；1.2]。
第三实施例
图6和7关于该系统的第三实施例。
图6中与图1元素相同的元素在图6中由图1中所使用的标号来指定，以指定这个对应的元素。
如图6中所表示的，根据这第三实施例的系统210包括天线20，天线20包括两个回路，分别是简单回路22和呈“8”形的回路24。
该系统包括第一处理子系统230和第二处理子系统240。
第一子系统230包括模拟部分260和第一数字部分270。
第二子系统240包括第一子系统230的模拟部分260作为第二模拟部分和独立于第一子系统230的数字部分270的第二数字部分370。
换句话说，系统210包括第一和第二子系统230和240公用的模拟部分260，专门与第一子系统230关联的第一数字部分270和专门与第二子系统240关联的第二数字部分370。
第一和第二数字部分通过合适的同步装置280彼此同步，该同步装置280向部件67、68、230和240输送相同的时钟信号。
模拟部分260的电路和部件与图1中所表示的那些相同。
第一和第二数字部分270、370的电路和部件彼此相同并且与图1中所表示的那些相同。标号相应地重用。
系统210包括评判模块250，该评判模块250被设计成只根据分别由两个子系统230和240中的每一个发送的第一和第二定位信号SL1、SL2生成安全定位信号SLS。
由评判模块250实现的第三算法在于，假如第一和第二信号SL1和SL2的发送时刻之间的持续时间小于参考持续时间T0，就从由两个处理子系统230和240中的每一个在时间上最先发送的定位信号SL1、SL2中选择在时间上第二到达的定位信号作为安全定位信号SLS。这个参考持续时间T0是例如1μs。这在500 km/h代表0.1 mm。
就像在第一实施例中那样，这个算法依赖于正常操作的子系统在离信标中心C+/-2cm提供定位信号的事实，这是由天线的回路的辐射图来保证的。
这第三算法建立在由两个相互独立的子系统发送定位信号的时刻之间的时间差事实上仅仅依赖于这两个子系统中的每一个的模拟部分的增益和信噪比的事实之上。
因此，通过使用对两个子系统公用的模拟部分并且通过在数字部分中执行同步处理，隔开分别源自两个子系统中的每一个的两个定位信号的发送时刻的持续时间被限定。
由同步装置280实现的两个数字部分之间的同步时间定义参考持续时间T0。
图7组合了说明由模块250实现的第三算法的行为的多个图。
在这些图中，d1表示第一处理子系统230首次发送第一定位信号SL1的点；d2表示第二处理子系统240首次发送第二定位信号SL2的点。
图E1表示天线在其中检测信标的空间间隔。信标的几何中心由标号C来标识。
图E2说明系统210的正常操作。在这个图中，第一信号SL1在时间上最先到达，第二信号SL2在时间上第二到达。隔开第一和第二定位信号的持续时间小于参考持续时间T0。模块250选择第二信号SL2作为安全定位信号SLS。
对于后续的图，第二子系统240发生故障。于是，没有安全定位信号SL2被系统210输送。
图E3表示其中第二信号SL2相对于关于点C+/-2cm的固有功能准确度到达太晚的情况。隔开第一和第二定位信号SL1和SL2的持续时间大于参考持续时间T0。于是，模块250不选择任何一个定位信号。
图E4表示其中第二信号SL2相对于的固有功能准确度到达太早的情况。隔开第一和第二定位信号SL1和SL2的持续时间大于参考持续时间T0。于是，模块250不选择任何一个定位信号。
图E5表示其中第二定位信号SL2被发送多次的情况，第一次相对于固有功能准确度太早。隔开第一和第二定位信号SL1和SL2的持续时间大于参考持续时间T0。于是，模块250不选择任何一个定位信号。
图E6表示其中第二子系统240不输送第二定位信号的情况。模块250不发送安全定位信号。
变体实施例(具有3个回路的天线)
作为变体，第一、第二和第三实施例都适于与包括具有相互不同的辐射图的三个回路的天线一起工作，例如，在文档PCT/FR2010/050607中所描述的天线。本领域技术人员将知道如何修改处理子系统的模拟部分来生成把在这三个回路中的每一个中感应出的第一、第二和第三电流相位考虑在内的定位信号。特别地，由天线的第三回路输送的信号使得有可能避免必须把由第一回路输送的信号与阈值进行比较，就像在其中天线具有两个回路的系统的变体中所进行的那样。
对可能故障的研究
考虑到该系统的认可，已经执行了对系统的可能故障的具体分析，以便估计不正确安全定位信号的发送概率。
这些可能的故障有三种类型：
-根据第一种类型的故障，在第i个模拟电路的输出处生成数字化电流Ci的损耗由高斯白噪声在子系统数字部分的输入处的施加来表示。
-根据第二种类型的故障，在第i个模拟电路的输出处生成数字化电流Ci的损耗由串话来表示，第i个电路拷贝由另一个电路生成的数字化电流Ck。于是，施加在子系统的数字部分的输入处的电流Ci和Ck强烈相关。
-根据第三种类型的故障，系统延迟由模拟电路在生成对应的数字化电流Ci时引入。
为了处理这些可能的故障，在本系统的第一种备选方案中，该系统包括被设计成消除模拟部分的这些可能故障的测试装置(在图中没有示出)。
测试装置被设计成周期性地执行测试，在于在每个电路的输入处施加参考电流IiRef来代替在对应回路中感应出的电流Ii。然后，这种测试在于在每个电路的输出处分析对应的数字化电流CiRef的振幅和延迟。
但是，测试的周期性执行有两个缺点：
-对于第三种类型的故障，延迟只对窄频带是有意义的，但由于注入的第一和第二参考电流的性质，这种窄频带将是测试不可检测的；
-如果在执行测量时而天线经过信标并阻碍由天线生成的电流Ii被考虑在内，则与信标的接触会受影响。
出于这些原因，本系统的第二种备选方案在于，当一个或多个附加条件不满足时，阻止所生成的安全定位信号SLS的发送。
为了消除第一种类型的故障，附加条件在于，当滤波后的相位差信号SDF位于中心在值0的预定义区间之内时，不考虑该信号。
实际上，如果，例如，第二数字化电流C2对应于高斯白噪声，则其相位相对于第一数字化电流C1的相位快速变化，使得相位差SD1或SD2经常地具有值+1和-1。因而，由滤波器72执行的第一和第二数字化电流之间的相位差的时间平均接近值0。
已经证明，这个区间的边界不仅依赖于期望的安全等级(对于等级SIL 4是10-9)，而且依赖于所使用的滤波器72的采样频率。滞后阈值比较器73的禁止值的带的值被相应地修改。
例如，在第三实施例具有两个回路的变体中(图6)的情况下，，当滤波后的相位差信号SDF1或SDF2对于大约13 MHz的频率在-0.56和+0.56之间并且对大约55 MHz的频率在-0.28和+0.28之间时，没有安全定位信号被模块250发送。
通过拒绝其中滤波后的相位差信号SDF1或SDF2接近值0的情况，第一种类型的故障被消除了。
对于其中天线10包括两个回路的系统的变体，第二种类型的故障立即被检测到。实际上，它们导致滤波后的相位差信号SDF1或SDF2等于单位值并且在天线和信标的整个接触期间都是如此。由于比较器73识别不出这种信号的变化，因此它不发送信号。以这种方式，第二种类型的故障被消除了。
第二种类型的故障(模拟电路复制由另外两个模拟电路生成的信号当中最强的信号，或者复制由另外两个模拟电路生成的两个信号)会影响其中天线包括三个回路的系统变体。为了消除这种类型的故障，评判模块被修改成实施附加的约束，在于，在离开与信标的接触之后，验证不同的感应电流对之间相位差的特性序列已经实际被观察到。缺省地，在天线与信标接触时所发送的安全定位信号将失效。
但是，为了消除这种类型的故障并且为了避免要在天线经过信标之上以后验证约束，为此这种验证能够在天线中心经过信标中心之上以后几秒执行，尤其是在火车速度低的情况下，验证约束是优选的，由此天线的第一和第三回路的电流具有小于20 dB的差，其中验证约束可以在天线中心位于信标中心垂直之上时执行。在验证结果为肯定的的情况下，发送安全定位信号。
最后，对第三种类型故障的造成原因的研究显示：
-放大器65、66只能延迟信号几微秒，这导致几毫米的定位误差，给定相对于信标中心+/-2cm的固有功能准确度，这是可以接受的；
-模数转换器67、68不能延迟信号超过几个时钟周期，即，小于1微秒；
-滤波器63、65可以独立地显著延迟信号。
但是，已经显示，给定固有功能准确度的有害的延迟，例如对应于在500 km/h的5cm的距离的大约350μs的延迟，只能由具有其特征在于极窄带宽的特定结构的滤波器引入。这种通带需要使用其阻抗非常高或者非常低的电感线圈和/或电容器。于是，在滤波器63、64的上游设计阶段避免这些高或低阻抗就足够了，以保证充分小的延迟并由此通过构造拒绝第三种类型的故障。
最后，所推荐的发明使得能够：
-获得具有遵循等级SIL 4的高安全等级的定位信息；
-利用具有两个回路的天线获得这种安全定位信号+/-2cm的准确度以及利用具有三个回路的天线获得这种安全定位信号+/-2cm的准确度；
-不使用测距系统来获得SIL 4安全定位信号，并由此更好地适于分布式牵引(给出错误测距系统值的车轮的打滑和滑移)；
-检测其中一个子系统的潜在故障。

Claims (16)

1.一种用于生成铁路车辆定位信号的车载系统，该类型的系统包括：
-天线，包括具有各自不同的辐射图的第一回路和第二回路，所述第一回路和所述第二回路分别适于当天线在位于铁路上已知位置的合适信标之上经过时生成第一电流和第二电流；及
-电子处理子系统，被设计成用于根据所述第一电流和所述第二电流生成定位信号，
其特征在于，所述电子处理子系统是被设计用于生成第一定位信号的第一子系统，所述系统包括被设计成用于根据所述第一电流和所述第二电流生成第二定位信号的第二子系统，并且该系统还包括被设计成适于根据所述第一定位信号和所述第二定位信号生成安全定位信号的评判装置，
所述第一子系统包括第一模拟部分和第一数字部分，所述第二子系统包括第一子系统的所述第一模拟部分作为第二模拟部分和与第一子系统的所述第一数字部分独立的第二数字部分，以及
如果隔开由每个子系统在时间上最先发送的定位信号的发送的持续时间小于参考持续时间，所述评判装置就从由所述第一子系统和所述第二子系统中的每一个在时间上最先发送的所述第一定位信号和第二定位信号中选择在时间上第二到达的定位信号作为安全定位信号。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述第一子系统和所述第二子系统彼此独立。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于所述第一子系统和所述第二子系统彼此相同。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于所述评判装置取由所述车辆配备的测距系统发送的距离作为输入，并且，如果在时间上第二到达的信号到达离在时间上最先发送的信号的发送点的距离小于参考距离的点，则评判装置选择该在时间上第二到达的信号。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，天线包括第三回路，第三回路的辐射图与第二回路的辐射图和第一回路的辐射图不同，所述安全定位信号使得能够以-2cm到+7cm范围内的准确度相对于信标的已知位置定位车辆。
6.如权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于该系统包括被设计成用于根据所述第一电流和所述第二电流生成第三定位信号的第三电子处理子系统，并且，所述评判装置被设计成用于从由第一、第二和第三子系统中的每一个在时间上最先发送的第一、第二和第三定位信号中选择在时间上第二发送的定位信号作为安全定位信号。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于所述评判装置被设计成用于对每个子系统确定隔开信标检测的开始时刻与由所关心的子系统在时间上最先发送的定位信号的发送时刻的“之前”持续时间，以及隔开由所关心的子系统在时间上最先发送的定位信号的发送时刻与信标检测的结束时刻的“之后”持续时间，并且，所述评判装置包括适于如果所述“之前”持续时间与所述“之后”持续时间之比在单位值周围的预定区间之外就标识子系统故障的装置。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述第二子系统的所述第二数字部分与所述第一子系统的所述第一数字部分相同。
9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述天线包括第三回路，第三回路的辐射图与第二回路的辐射图和第一回路的辐射图不同，所述安全定位信号使得能够以-5cm到+5cm范围内的准确度相对于信标的已知位置定位车辆。
10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，每个子系统都包括模拟部分和数字部分，所述系统包括测试装置，该测试装置被设计成用于对模拟部分的输入施加参考电流并且用于分析在所述模拟部分或者另一模拟部分的输出处生成的数字化的电流信号。
11.如权利要求6所述的系统，其特征在于所述系统遵循安全等级SIL 4。
12.一种包括用于生成定位信号的车载系统的铁路车辆，其特征在于所述系统是如权利要求1至11中任一项所述的系统。
13.一种用于生成铁路车辆定位信号的方法，包括步骤：
-当天线在合适的信标之上经过时，生成第一电流和第二电流，所述天线装载在车辆上并且包括具有各自不同辐射图的第一回路和第二回路，所述信标位于铁路上的已知位置；
-根据所述第一电流和所述第二电流生成定位信号；
其特征在于，所述定位信号是由所述第一电流和所述第二电流的第一处理子系统发送的第一定位信号，所述方法包括：
-通过第二处理子系统根据所述第一电流和所述第二电流生成第二定位信号；及
-根据所述第一定位信号和所述第二定位信号生成安全定位信号，以及
所述第一处理子系统包括第一模拟部分和第一数字部分，所述第二处理子系统包括第一处理子系统的所述第一模拟部分作为第二模拟部分和与所述第一处理子系统的所述第一数字部分独立的第二数字部分，生成安全定位信号包括，如果所述第一定位信号和所述第二定位信号的发送时刻之间的持续时间小于预定的参考持续时间，就从由两个处理子系统中的每一个在时间上最先发送的定位信号中选择在时间上第二到达的定位信号作为安全定位信号。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，生成安全定位信号在于，如果隔开在时间上第二到达的定位信号和在时间上第一到达的定位信号的距离小于预定的参考距离，就从由所述第一处理子系统和所述第二处理子系统中的每一个在时间上最先发送的第一定位信号和第二定位信号中选择在时间上第二到达的定位信号作为安全定位信号。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该方法包括通过第三处理子系统根据所述第一电流和所述第二电流生成第三定位信号的步骤；并且，生成安全定位信号在于从分别由三个处理子系统中的每一个在时间上最先发送的定位信号中选择在时间上第二到达的定位信号作为安全定位信号。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对至少一个附加条件的验证，使得能够检测所述第一处理子系统和所述第二处理子系统共用的模拟部分的故障。
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