CN110632627A - 一种用于itcs信号系统的北斗差分定位的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于ITCS信号系统的北斗差分定位的方法，该方法在GPS卫星导航基础上增加了北斗卫星导航，采用多星座的卫星导航技术；该方法包括以下步骤：1)车载主机确定列车初始定位；2)车载主机通过无线电台与目标RBC建立通信会话，并从目标RBC获得地面差分数据，车载主机根据列车位置及地面差分数据中有效数据情况选取合适的差分数据，并将选取的差分数据发送给卫星导航接收单元；3)卫星导航接收单元接收到地面差分数据后，结合从卫星接收天线接收的卫星导航数据进行综合解算；4)车载主机使用经多源差分校正的卫星导航数据进行地图匹配及列车位置计算。与现有技术相比，本发明克服传统依赖于单一卫星导航模式的贫信号、弱信号限制。
Description
技术领域
本发明涉及一种列车信号系统的定位技术，尤其是涉及一种用于ITCS信号系统的北斗差分定位的方法。
背景技术
ITCS系统是采用卫星定位、实时连续无线车地通信技术的先进、成熟的信号控制系统。它采用虚拟固定闭塞技术，通过车载系统实现多重目标、一次连续曲线模式的列车控制。ITCS系统以车载信号为主体信号，由RBC通过无线网络将其控制区内的虚拟信号显示发送到车载端。由于ITCS车载定位系统能够准确地确定列车位置及到前方多架信号机的距离，并以一次连续速度曲线方式控制列车运行，因此系统能够保证列车安全地停在禁止信号机外方。
在青藏线上运行的ITCS信号系统，列车自主定位系统依赖于GPS信号，这种依赖于单一卫星导航模式存在贫信号、弱信号限制、定位精度差等问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于ITCS信号系统的北斗差分定位的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于ITCS信号系统的北斗差分定位的方法，该方法在GPS卫星导航基础上增加了北斗卫星导航，采用多星座的卫星导航技术；
该方法包括以下步骤：
1)车载主机确定列车初始定位；
2)车载主机通过无线电台与目标RBC建立通信会话，并从目标RBC获得地面差分数据，车载主机根据列车位置及地面差分数据中有效数据情况选取合适的差分数据，并将选取的差分数据发送给卫星导航接收单元；
3)卫星导航接收单元接收到地面差分数据后，结合从卫星接收天线接收的卫星导航数据进行综合解算；
4)车载主机使用经多源差分校正的卫星导航数据进行地图匹配及列车位置计算。
优选地，该方法在计算列车位置时，需要在既有ITCS系统地面设备增设北斗差分基站，车载设备中的卫星导航接收单元开启北斗导航系统接收功能，车地无线通信增加关于北斗差分传输通道。
优选地，所述的列车初始定位具体为：
车载主机上电后，司机按照流程完成发车测试及完整性测试，在轨道电子地图可用的情况下，卫星导航接收单元接收解算GPS及北斗卫星定位数据，将综合解算卫星导航数据传递到车载主机，车载主机使用卫星导航数据中经纬度信息与轨道电子地图进行地图匹配确定列车位置，完成列车初始定位。
优选地，所述的车载主机确定列车初始定位后，根据初始位置确定需要连接的目标RBC。
优选地，所述的目标RBC包括列车所在车站的RBC及列车运行方向前方车站RBC、列车运行方向后方车站RBC。
优选地，所述的卫星导航接收单元能够将北斗卫星导航信息综合解算为经过差分校正后的北斗导航信息，从而实现多星座的差分校正卫星导航数据。
优选地，该方法包括以下场景：
a)当正常启机后，车载实现北斗差分定位的过程；
b)当列车正常启动并且与当前站、前方站及后方站RBC建立会话连接后，车载实现北斗差分定位的过程；
c)当列车正常启动并且成功与当前站、前方站RBC建立会话连接后，车载实现北斗差分定位的过程；
d)当列车正常启动并且成功与当前站、后方站RBC建立会话连接后，车载实现北斗差分定位的过程；
e)当列车正常启动并且成功与前方站、后方站RBC建立会话连接后，车载实现北斗差分定位的过程。
优选地，所述的卫星导航接收单元包括卫星接收天线和卫星导航接收机，所述的卫星接收天线安装在机车驾驶室上方位置，用于接收GPS及北斗卫星系统发送的卫星导航信号；卫星导航接收机安装在车载机柜内部，对接收到的卫星导航信号进行综合解算，得到机车卫星接收天线所在的经纬度信息。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)多模卫星系统的兼容并用为列车定位应用提供更为充分的发展条件，克服传统依赖于单一卫星导航模式的贫信号、弱信号限制。
(2)提高车地无线通道的有效利用率，增加车地通信的有效信息熵。
(3)降低了列车安全包络，减少列车在车站咽喉区的无效占用，提高ITCS系统运行可靠性。
附图说明
图1为本发明适用于ITCS信号系统的北斗差分定位的设备示意图；
图2为启机后首次获得列车位置时的差分定位流程图；
图3为得到列车运行方向后，同时获得当前站、前方站以及后方站的差分定位流程图；
图4为得到列车运行方向后，同时获得当前站及前方站的差分定位流程图；
图5为得到列车运行方向后，同时获得当前站及后方站的差分定位流程图；
图6为得到列车运行方向后，同时获得前方站及后方站的差分定位流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
本发明ITCS信号系统的北斗差分定位的方法，实现了北斗卫星导航在列车控制系统中的应用。该方法在GPS卫星导航基础上增加了北斗卫星导航，采用多星座的卫星导航技术，提高了列车自主定位的能力，减少了列车运行中的置信区间长度，提高了站内股道的有效利用率，从而降低了进出站时间及运行维护成本，提高ITCS系统在恶劣环境中的可靠性。采用该方法计算列车位置时，需要在既有ITCS系统地面设备增设北斗差分基站，车载设备卫星导航接收单元开启北斗导航系统接收功能，车地无线通信增加关于北斗差分传输通道。适用于ITCS信号系统的北斗差分定位的设备示意图如图1所示。
车载主机上电后，司机按照流程完成发车测试及完整性测试，在轨道电子地图可用的情况下，卫星导航接收单元接收解算GPS及北斗卫星定位数据，将综合解算卫星导航数据传递到车载主控单元，主控单元使用卫星导航数据中经纬度信息与轨道电子地图进行地图匹配确定列车位置，完成列车初始定位。
车载主机确定列车初始定位后，根据初始位置确定需要连接的目标RBC，目标RBC包括列车所在车站的RBC及列车运行方向前方车站RBC、列车运行方向后方车站RBC。车载主机通过无线电台与目标RBC建立通信会话，并从目标RBC获得地面差分数据，车载主控单元根据列车位置及地面差分数据中有效数据情况选取合适的差分数据，并将选取的差分数据发送给卫星导航接收单元。
卫星导航单元接收到地面差分数据后，结合从卫星接收天线接收的卫星导航数据进行综合解算，相较于既有ITCS系统增加北斗差分信息后，卫星导航接收单元能够将北斗卫星导航信息综合解算为经过差分校正后的北斗导航信息，从而实现多星座的差分校正卫星导航数据，卫星导航数据的精度更高。
车载主机使用经多源差分校正的卫星导航数据进行地图匹配及列车位置计算，从而实现列车置信区间的有效减少，保证列车在进出车站时占用的咽喉股道时间更短，提高列车进出站效率。
根据列车与地面RBC连接状态，一种用于ITCS信号系统的北斗差分定位的方法，对应五情况，分别如下所述。
情况一
当正常启机后，车载实现北斗差分定位的流程如图2所示。
步骤一
车载设备上电并完成始化后，系统引导司机核对或更新线路电子地图(包括轨道的经纬度信息、闭塞分区信息、信号机状态等线路参数)。如果车载设备没有重新上电，此过程省略。
导航卫星天线接收卫星信号，并以串口通信的形式将其传送至导航卫星接收机中。导航卫星接收机对接收的信号进行解码处理，得到导航卫星天线所在位置的经纬度信息。导航卫星接收机将该经纬度信息传送至车载计算机中。
步骤二
车载计算机综合导航卫星天线处的经纬度信息、电子地图数据等信息，计算列车未经差分校正的位置。
步骤三
车载与当前站RBC建立会话连接。
步骤四
RBC将地面基准站的差分信息发送给车载设备。车载电台将接收到的当前站RBC发送的差分信息发给车载计算机，车载计算机检查差分信息的有效性后转发给车载GNSS接收机。
步骤五
车载GNSS接收机接收到差份信息后结合从本接收机天线收到的GNSS卫星信号计算得到经过差分校正的经纬度信息。
步骤六
车载计算机综合经过差分校正的经纬度信息、电子地图数据等信息，计算经过经差分校正的列车位置。
情况二
当列车正常启动并且与当前站、前方站及后方站RBC建立会话连接后，车载实现北斗差分定位的流程如图3所示。
步骤一
车载设备上电并完成始化并且获得列车运行方向。
步骤二
车载计算机根据列车运行方向同时与当前站、前方站及后方站RBC建立会话连接，并且会话成功建立。
步骤三
判断从当前站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于6颗。
步骤四
如果从当前站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数大于或等于6颗，则将该差分信息转发给车载GNSS接收机。
步骤五
如果从当前站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于6颗，则判断从前方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于6颗。
步骤六
如果从前方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数大于或等于6颗，则将该差分信息转发给车载GNSS接收机。
步骤七
如果从前方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于6颗，则判断从后方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于6颗。
步骤八
如果从后方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数大于或等于6颗，则将该差分信息转发给车载GNSS接收机。
步骤九
如果从后方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于6颗，则判断从当前站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于4颗。如果大于或等于4颗，则执行步骤四。
步骤十
如果从当前站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于4颗，则判断从前方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于4颗。如果大于或等于4颗，则执行步骤六。
步骤十一
果从前方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于4颗，则判断从后方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于4颗。如果大于或等于4颗，则执行步骤八。
步骤十二
如果从后方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于4颗，则认为本周期车载设备没有收到有效差分数据。
步骤十三
如果执行了步骤四或步骤六或步骤八，则车载GNSS接收机接收到差份信息后结合从本接收机天线收到的GNSS卫星信号计算得到经过差分校正的经纬度信息。
步骤十四
车载计算机综合经过差分校正的经纬度信息、电子地图数据等信息，计算经过经差分校正的列车位置。
情况三
当列车正常启动并且成功与当前站、前方站RBC建立会话连接后，车载实现北斗差分定位的流程如图4所示。
步骤一
车载设备上电并完成始化并且获得列车运行方向。
步骤二
车载计算机根据列车运行方向成功同时与当前站、前方站RBC建立会话连接，与后方站建立会话失败。
步骤三
判断从当前站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于6颗。
步骤四
如果从当前站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数大于或等于6颗，则将该差分信息转发给车载GNSS接收机。
步骤五
如果从当前站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于6颗，则判断从前方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于6颗。
步骤六
如果从前方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数大于或等于6颗，则将该差分信息转发给车载GNSS接收机。
步骤七
如果从前方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于6颗，则判断从当前站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于4颗。如果大于或等于4颗，则执行步骤四。
步骤八
如果从当前站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于4颗，则判断从前方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于4颗。如果大于或等于4颗，则执行步骤六。
步骤九
如果从前方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于4颗，则认为本周期车载设备没有收到有效差分数据。
步骤十
如果执行了步骤四或步骤六，则车载GNSS接收机接收到差份信息后结合从本接收机天线收到的GNSS卫星信号计算得到经过差分校正的经纬度信息。
步骤十一
车载计算机综合经过差分校正的经纬度信息、电子地图数据等信息，计算经过经差分校正的列车位置。
情况四
当列车正常启动并且成功与当前站、后方站RBC建立会话连接后，车载实现北斗差分定位的流程如图5所示。
步骤一
车载设备上电并完成始化并且获得列车运行方向。
步骤二
车载计算机根据列车运行方向成功同时与当前站、后方站RBC建立会话连接，与前方站建立会话失败。
步骤三
判断从当前站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于6颗。
步骤四
如果从当前站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数大于或等于6颗，则将该差分信息转发给车载GNSS接收机。
步骤五
如果从当前站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于6颗，则判断从后方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于6颗。
步骤六
如果从后方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数大于或等于6颗，则将该差分信息转发给车载GNSS接收机。
步骤七
如果从后方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于6颗，则判断从当前站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于4颗。如果大于或等于4颗，则执行步骤四。
步骤八
如果从当前站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于4颗，则判断从后方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于4颗。如果大于或等于4颗，则执行步骤六。
步骤九
如果从后方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于4颗，则认为本周期车载设备没有收到有效差分数据。
步骤十
如果执行了步骤四或步骤六，则车载GNSS接收机接收到差份信息后结合从本接收机天线收到的GNSS卫星信号计算得到经过差分校正的经纬度信息。
步骤十一
车载计算机综合经过差分校正的经纬度信息、电子地图数据等信息，计算经过经差分校正的列车位置。
情况五
当列车正常启动并且成功与前方站、后方站RBC建立会话连接后，车载实现北斗差分定位的流程如图6所示。
步骤一
车载设备上电并完成始化并且获得列车运行方向。
步骤二
车载计算机根据列车运行方向成功同时与前方站、后方站RBC建立会话连接，与当前站建立会话失败。
步骤三
判断从前方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于6颗。
步骤四
如果从前方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数大于或等于6颗，则将该差分信息转发给车载GNSS接收机。
步骤五
如果从前方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于6颗，则判断从后方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于6颗。
步骤六
如果从后方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数大于或等于6颗，则将该差分信息转发给车载GNSS接收机。
步骤七
如果从后方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于6颗，则判断从前方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于4颗。如果大于或等于4颗，则执行步骤四。
步骤八
如果从前方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于4颗，则判断从后方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数是否大于或等于4颗。如果大于或等于4颗，则执行步骤六。
步骤九
如果从后方站RBC收到的差分信息中包含的有效卫星信息个数小于4颗，则认为本周期车载设备没有收到有效差分数据。
步骤十
如果执行了步骤四或步骤六，则车载GNSS接收机接收到差份信息后结合从本接收机天线收到的GNSS卫星信号计算得到经过差分校正的经纬度信息。
步骤十一
车载计算机综合经过差分校正的经纬度信息、电子地图数据等信息，计算经过经差分校正的列车位置。
本发明用于ITCS信号系统的北斗差分定位方法，需要利用车载主机、卫星导航接收单元、无线电台、RBC等设备。
1.车载主机
车载主机是列车运行控制的主控系统，负责计算列车运行防护曲线，根据列车防护曲线控制列车安全运行。
2.卫星导航接收单元
由卫星接收天线和卫星导航接收机两部分组成。卫星接收天线安装在机车驾驶室上方位置，用于接收GPS及北斗卫星系统发送的卫星导航信号；卫星导航接收机安装在车载机柜内部，对接收到的卫星导航信号进行综合解算，得到机车卫星接收天线所在的经纬度等导航信息。
3.无线电台
车载主机通过无线电台与RBC进行数据交互，从RBC获取地面信号状态及差分数据，并将列车信息发送给地面RBC。
4.RBC
将车站的列车控制信号及差分基站的差分校正信息发给车载主机。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种用于ITCS信号系统的北斗差分定位的方法，其特征在于，该方法在GPS卫星导航基础上增加了北斗卫星导航，采用多星座的卫星导航技术；
该方法包括以下步骤：
1)车载主机确定列车初始定位；
2)车载主机通过无线电台与目标RBC建立通信会话，并从目标RBC获得地面差分数据，车载主机根据列车位置及地面差分数据中有效数据情况选取合适的差分数据，并将选取的差分数据发送给卫星导航接收单元；
3)卫星导航接收单元接收到地面差分数据后，结合从卫星接收天线接收的卫星导航数据进行综合解算；
4)车载主机使用经多源差分校正的卫星导航数据进行地图匹配及列车位置计算。
2.根据权利要求1所述的一种用于ITCS信号系统的北斗差分定位的方法，其特征在于，该方法在计算列车位置时，需要在既有ITCS系统地面设备增设北斗差分基站，车载设备中的卫星导航接收单元开启北斗导航系统接收功能，车地无线通信增加关于北斗差分传输通道。
3.根据权利要求1所述的一种用于ITCS信号系统的北斗差分定位的方法，其特征在于，所述的列车初始定位具体为：
车载主机上电后，司机按照流程完成发车测试及完整性测试，在轨道电子地图可用的情况下，卫星导航接收单元接收解算GPS及北斗卫星定位数据，将综合解算卫星导航数据传递到车载主机，车载主机使用卫星导航数据中经纬度信息与轨道电子地图进行地图匹配确定列车位置，完成列车初始定位。
4.根据权利要求1所述的一种用于ITCS信号系统的北斗差分定位的方法，其特征在于，所述的车载主机确定列车初始定位后，根据初始位置确定需要连接的目标RBC。
5.根据权利要求4所述的一种用于ITCS信号系统的北斗差分定位的方法，其特征在于，所述的目标RBC包括列车所在车站的RBC及列车运行方向前方车站RBC、列车运行方向后方车站RBC。
6.根据权利要求1所述的一种用于ITCS信号系统的北斗差分定位的方法，其特征在于，所述的卫星导航接收单元能够将北斗卫星导航信息综合解算为经过差分校正后的北斗导航信息，从而实现多星座的差分校正卫星导航数据。
7.根据权利要求1所述的一种用于ITCS信号系统的北斗差分定位的方法，其特征在于，该方法包括以下场景：
a)当正常启机后，车载实现北斗差分定位的过程；
b)当列车正常启动并且与当前站、前方站及后方站RBC建立会话连接后，车载实现北斗差分定位的过程；
c)当列车正常启动并且成功与当前站、前方站RBC建立会话连接后，车载实现北斗差分定位的过程；
d)当列车正常启动并且成功与当前站、后方站RBC建立会话连接后，车载实现北斗差分定位的过程；
e)当列车正常启动并且成功与前方站、后方站RBC建立会话连接后，车载实现北斗差分定位的过程。
8.根据权利要求1所述的一种用于ITCS信号系统的北斗差分定位的方法，其特征在于，所述的卫星导航接收单元包括卫星接收天线和卫星导航接收机，所述的卫星接收天线安装在机车驾驶室上方位置，用于接收GPS及北斗卫星系统发送的卫星导航信号；卫星导航接收机安装在车载机柜内部，对接收到的卫星导航信号进行综合解算，得到机车卫星接收天线所在的经纬度信息。
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