CN113619650A - 一种基于卫星的列车定位装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于卫星的列车定位装置与方法，该装置包括依次连接的卫星天线(1)、卫星数据处理模块(2)、列车定位处理单元(4)和速度传感器(3)；所述的卫星天线(1)采用抗干扰的卫星天线，所述列车定位处理单元(4)用于接收卫星数据处理模块(2)和速度传感器(3)提供的信息并进行定位计算。与现有技术相比，本发明具有抗干扰性强，精确性高优点。
Description
技术领域
本发明涉及列车定位领域，尤其是涉及一种基于卫星的列车定位装置和方法。
背景技术
传统的列控车载定位设计中普遍采用车轮速度传感器、雷达和加速度等外部设备实现列车运行速度和走行距离的计算。同时，地面通过设置信标设备，车载设置读取器实现列车走行距离的校正；或者通过人工对标的方式进行人工校正。
随着卫星导航系统的技术发展，同时叠加项目成本的约束需求及简化外部传感器维护的需求，基于卫星的自主定位技术逐渐引入到了铁路列控系统中。
基于卫星定位，一方面，虽然星历和卫星钟误差、电离层和对流层延迟的增量带来的相关危害，可以通过增强网络和多频接收机来减轻，多径仍然代表了一种在铁路电磁环境的主要危险源。另一方面，随着5G等通信技术的发展，来自无线通信系统的非故意的干扰会逐渐增加。同时，也不排除故意的干扰和网络攻击。
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抗干扰的基于卫星的列车定位装置和方法，实现列车的定位。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
根据本发明的第一方面，提供了一种基于卫星的列车定位装置，该装置包括依次连接的卫星天线、卫星数据处理模块、列车定位处理单元和速度传感器；所述的卫星天线采用抗干扰的卫星天线，所述列车定位处理单元用于接收卫星数据处理模块和速度传感器提供的信息并进行定位计算。
作为优选的技术方案，所述卫星天线包括天线阵和宽带抗干扰模块。
作为优选的技术方案，所述天线阵用于接收BDS、GPS或GLONASS的带内信号。
作为优选的技术方案，所述宽带抗干扰模块为采用多阵元抗干扰体制的BDS、GPS和GLONASS三模模块。
作为优选的技术方案，所述卫星数据处理模块为具有消除测窄带、突发式、欺骗式类型的干扰的卫星数据处理模块，用于完成BDS、GPS或GLONASS卫星定位。
作为优选的技术方案，所述卫星数据处理模块获取导航信息并通过数据接口输出至列车定位处理单元。
作为优选的技术方案，所述卫星数据处理模块包括基带芯片，用于对频点信号进行捕获跟踪、解调和PVT解算。
作为优选的技术方案，所述速度传感器为车轮速度传感器。
作为优选的技术方案，所述车轮速度传感器安装在机车轮对的轴端。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于所述基于卫星的列车定位装置的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：卫星信号的抗干扰处理，具体包括：所述卫星天线的天线阵接收BDS、GPS或GLONASS的带内信号，所述卫星天线的宽带抗干扰模块用于对抗不同方向多种形式的干扰；
步骤2：导航处理解算，具体包括：所述卫星数据处理模块的基带芯片对频点信号进行捕获跟踪、解调和PVT解算，同时检测并消除窄带、突发式和欺骗式类型干扰，获取导航信息；并将导航信息输出给列车定位处理单元；
步骤3：地图匹配，具体包括：所述列车定位处理单元接收卫星导航信息，结合电子地图使用匹配算法计算列车在轨道上的位置；
步骤4：速度脉冲测量，具体包括：获取由车轮速度传感器产生的速度脉冲信息并提供给列车定位处理单元；
步骤5：卡尔曼滤波计算列车位置与速度，具体包括：根据步骤3匹配到的列车位置和步骤4获取的速度脉冲信息，使用卡尔曼滤波算法计算列车的位置和速度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种抗干扰的基于卫星的列车定位装置及方法，使用的抗干扰卫星天线和卫星数据处理模块能够抵抗多径和来自无线通信系统的故意的和非故意的信号干扰，提高列车定位的可用性。
附图说明
图1为抗干扰的基于卫星的列车定位装置的结构示意图；
图2为抗干扰的基于卫星的列车定位方法的流程图。
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。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种基于卫星的列车定位装置，包含卫星天线1、卫星数据处理模块2、速度传感器3和列车定位处理单元4。卫星天线1由天线阵和宽带抗干扰模块组成。卫星数据处理模块2能够完成卫星定位功能。同时具备窄带、突发式、欺骗式等类型的抗干扰功能。速度传感器3提供速度脉冲信号。列车定位处理单元根据接收的卫星导航信息和速度脉冲信息计算列车的位置和速度。
其中，卫星天线1包括天线阵和宽带抗干扰模块；所述天线阵用于接收BDS/GPS/GLONASS的带内信号，所述宽带抗干扰模块为采用多阵元抗干扰体制的BDS/GPS/GLONASS三模模块。
卫星数据处理模块2可消除测窄带、突发式、欺骗式类型的干扰，完成BDS/GPS/GLONASS卫星定位功能；所述卫星数据处理模块2获取导航信息并通过数据接口输出至列车定位处理单元4；卫星数据处理模块2包括基带芯片，用于对频点信号进行捕获跟踪、解调和PVT解算。
速度传感器为车轮速度传感器；所述车轮速度传感器安装在机车轮对的轴端。
实施例2
使用两套或多套装置和实施例1相同的定位装置，实现冗余和安全比较功能。
实施例3
采用基于实施例1的装置，进行定位方法的说明。如图2所示，卫星信号的抗干扰处理功能模块中，卫星天线1的天线阵正常接收BDS/GPS/GLONASS的带内信号；卫星天线1的宽带抗干扰模块为BDS/GPS/GLONASS三模模块，采用多阵元抗干扰体制，对抗来自不同方向的多种形式的干扰。
导航处理解算功能模块，完成BDS/GPS/GLONASS卫星定位功能。系统上电后，由基带芯片完成频点信号的捕获跟踪、解调和PVT解算，最后通过数据接口输出导航信息提供给列车定位处理单元。同时检测窄带、突发式、欺骗式等类型的干扰并进行消除。
地图匹配功能模块依据接收的卫星数据处理模块2输出的导航信息，结合电子地图使用匹配算法计算列车在轨道上的位置。
速度脉冲测量功能模块测量安装在机车轮对轴端的车轮速度传感器产生的速度脉冲信号，提供给列车处理单元进行列车位置和速度的计算。
卡尔曼滤波功能模块根据匹配的位置和速度脉冲信号，使用卡尔曼滤波算法计算列车的位置和速度。
实施例4
采用基于实施例2的装置，使用双通道或多通道的处理逻辑，实现安全定位功能，其余与实施例3相同。
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 (10)
1.一种基于卫星的列车定位装置，其特征在于，该装置包括依次连接的卫星天线(1)、卫星数据处理模块(2)、列车定位处理单元(4)和速度传感器(3)；所述的卫星天线(1)采用抗干扰的卫星天线，所述列车定位处理单元(4)用于接收卫星数据处理模块(2)和速度传感器(3)提供的信息并进行定位计算。
2.根据权利要求1所述的一种基于卫星的列车定位装置，其特征在于，所述卫星天线(1)包括天线阵和宽带抗干扰模块。
3.根据权利要求2所述的一种基于卫星的列车定位装置，其特征在于，所述天线阵用于接收BDS、GPS或GLONASS的带内信号。
4.根据权利要求2所述的一种基于卫星的列车定位装置，其特征在于，所述宽带抗干扰模块为采用多阵元抗干扰体制的BDS、GPS和GLONASS三模模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于卫星的列车定位装置，其特征在于，所述卫星数据处理模块(2)为具有消除测窄带、突发式、欺骗式类型的干扰的卫星数据处理模块，用于完成BDS、GPS或GLONASS卫星定位。
6.根据权利要求1所述的一种基于卫星的列车定位装置，其特征在于，所述卫星数据处理模块(2)获取导航信息并通过数据接口输出至列车定位处理单元(4)。
7.根据权利要求6所述的一种基于卫星的列车定位装置，其特征在于，所述卫星数据处理模块(2)包括基带芯片，用于对频点信号进行捕获跟踪、解调和PVT解算。
8.根据权利要求1所述的一种基于卫星的列车定位装置，其特征在于，所述速度传感器为车轮速度传感器。
9.根据权利要求8所述的一种基于卫星的列车定位装置，其特征在于，所述车轮速度传感器安装在机车轮对的轴端。
10.一种用于权利要求1所述的基于卫星的列车定位装置的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：卫星信号的抗干扰处理，具体包括：所述卫星天线(1)的天线阵接收BDS、GPS或GLONASS的带内信号，所述卫星天线(1)的宽带抗干扰模块用于对抗不同方向多种形式的干扰；
步骤2：导航处理解算，具体包括：所述卫星数据处理模块(2)的基带芯片对频点信号进行捕获跟踪、解调和PVT解算，同时检测并消除窄带、突发式和欺骗式类型干扰，获取导航信息；并将导航信息输出给列车定位处理单元(4)；
步骤3：地图匹配，具体包括：所述列车定位处理单元(4)接收卫星导航信息，结合电子地图使用匹配算法计算列车在轨道上的位置；
步骤4：速度脉冲测量，具体包括：获取由车轮速度传感器产生的速度脉冲信息并提供给列车定位处理单元(4)；
步骤5：卡尔曼滤波计算列车位置与速度，具体包括：根据步骤3匹配到的列车位置和步骤4获取的速度脉冲信息，使用卡尔曼滤波算法计算列车的位置和速度。
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