CN114659612B - 一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统和方法，该系统包括：沿待定位列车行驶轨道铺设的光纤光栅阵列振动传感光缆、依次电性连接的传感检测单元、数据处理单元和输出单元；传感检测单元用于发送调制光信号，获取调制光信号经过传感光缆反射后的反射光信号；根据反射光信号得到待测振动信号、将待测振动信号传输给数据处理单元；数据处理单元用于对待测振动信号进行处理，得到列车的位置信息，并将位置信息发送给输出单元；输出单元，用于接收位置信息，对位置信息进行发送。本发明采用光纤光栅阵列振动传感光缆作为检测探头，布设简单、抗干扰性能强；通过数据处理单元实现恶劣环境下列车长距离、高精度的连续定位。

Description

一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统和方法

技术领域

本发明涉及轨道列车定位领域，尤其涉及一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统和方法。

背景技术

列车定位信息是轨道交通(包括铁路、城市轨道交通等)列车运营控制系统中最重要、最基础的信息之一。列车定位的基本功能是在任何时刻、任何地方都能精确、及时地确定列车的具体位置。列车定位方法的精度和可靠性直接影响列车安全防护距离，关系到列车的运行间隔，是轨道交通系统运营效率的制约因素。传统的轨道交通定位方法主要有轨道电路、查询应答器、卫星定位等。轨道电路定位方便、成本低，但定位精度不高、抗干扰能力差。查询应答器是点式定位方法，无法实现连续定位功能，且累积误差较大。卫星定位设备简单、接收机技术成熟，但在通过遂道、高楼区域、密林时接收不到信号，存在定位盲区，应用范围受限。

光纤传感技术为轨道交通列车定位监测提供了有效的解决办法。传感光纤具备良好的抗电磁干扰能力，灵敏度高，组网方便，适合长距离、宽动态的定位监测。目前，利用光纤传感技术实现列车定位主要有两种方法：光纤计轴技术和分布式光纤传感定位技术。光纤计轴技术无法实现连续地定位检查功能；分布式光纤传感定位技术中，由于光纤散射信号极其微弱，从而导致传感信号检测难度大，需要对信号沿光纤轴线进行长度积分来实现检测，这导致该技术难以实现高空间分辨率的定位，难以满足驼峰场编组站等高定位精度应用场合的需求。

因此，亟待引入新的轨道交通列车的定位系统，实现在恶劣监测环境中，对轨道列车的长距离、高精度、无盲区的快速连续定位。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统和方法，解决现有轨道列车定位技术中，存在的恶劣监测环境下定位可靠性差、定位精度低、定位效率低的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统，包括：传感检测单元、数据处理单元和输出单元；

所述传感检测单元包括沿待定位列车行驶轨道铺设的光纤光栅阵列振动传感光缆、依次电性连接的传感检测单元、数据处理单元和输出单元；

所述传感检测单元，用于发送调制光信号，并获取所述调制光信号经过所述光纤光栅阵列振动传感光缆反射后的反射光信号；根据所述反射光信号得到待测振动信号、将所述待测振动信号传输给所述数据处理单元；

所述数据处理单元，用于对所述待测振动信号进行处理，得到待定位列车的位置信息，并将所述位置信息发送给所述输出单元；

所述输出单元，用于接收所述位置信息，并将所述位置信息进行发送。

进一步地，所述传感检测单元包括：脉冲调制光源、光环形器和解调模块；

所述脉冲调制光源，用于发送调制光信号；

所述光环形器，用于将所述调制光信号传输给所述光纤光栅阵列振动传感光缆、将所述反射光信号传输给所述解调模块；

所述解调模块，用于根据所述反射光信号得到待测振动信号，并将所述待测振动信号传输给所述数据处理单元。

进一步地，所述光纤光栅阵列振动传感光缆包括等距设置的光纤光栅；相邻两个所述光纤光栅之间的振动传感光纤为一个检查分区。

进一步地，所述数据处理单元包括滑窗分析模块和定位模块；

所述滑窗分析模块，用于创建滑窗，并利用所述滑窗对所述检查分区的待测振动信号的特征值进行分析，得到滑窗重心值；

所述定位模块，根据所述滑窗重心值，确定所述待定位列车覆盖的检查分区的范围；根据所述待定位列车覆盖的检查分区的范围，确定所述待定位列车的位置信息。

进一步地，所述滑窗分析模块包括特征值判断模块和状态统计模块；

所述特征值判断模块，用于创建滑窗，并判断所述滑窗内的待测振动信号的特征值是否大于预设的占用判断阈值；根据所述判断结果确定所述检查分区的占用状态值；

所述状态统计模块，用于统计所述滑窗内所有检查分区的占用状态值的总和，得到滑窗重心值。

进一步地，所述定位模块包括重心值判断模块和位置映射模块；

所述重心值判断模块，用于判断所述滑窗重心值是否达到最大值；如果未达到最大值，则向所述滑窗分析模块发送滑窗移动指令，令所述滑窗分析模块移动所述滑窗；如果达到最大值，则将所述滑窗内连续的占用状态值最大的检查分区确定为待定位列车覆盖的检查分区；

所述位置映射模块，用于根据所述待定位列车覆盖的检查分区的范围，确定所述待定位列车的位置信息。

进一步地，所述特征值包括所述待测振动信号能量大小的统计特征量。

进一步地，所述光纤光栅阵列振动传感光缆包括极弱反射率光栅，所述极弱反射率光栅的反射率和反射带宽均一致。

进一步地，所述光纤光栅阵列振动传感光缆包括阵列光栅光纤、内保护组件、加强组件、外保护组件和双面胶带。

本发明还提供一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位方法，采用上述技术方案中任一项所述的基于栅阵列的轨道交通列车定位系统，包括：

将所述光纤光栅阵列振动传感光缆中相邻两个光栅之间的光纤作为一个检查分区；

利用所述传感检测单元发送调制光信号，并获取所述调制光信号经过所述检查分区反射后的反射光信号；根据所述反射光信号得到待测振动信号、将所述待测振动信号传输给所述数据处理单元；

所述数据处理单元根据所述检查分区的待测振动信号，确定所述待定位列车覆盖的检查分区范围，得到待定位列车的位置信息，并将所述位置信息发送给所述输出单元；

所述输出单元接收所述位置信息，并将所述位置信息进行发送。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：首先，本发明通过光纤光栅阵列振动传感光缆作为检测探头，具有布设简单、成本低廉、抗干扰能力强的优点，适用于高铁和既有铁路的列控系统、驼峰场的列车定位，即使在恶劣的监测环境中也具有很高的可靠性，适应多种监测条件。其次，通过传感检测单元发送调制光信号，对光纤光栅阵列振动传感光缆中相邻光栅反射后的干涉信号进行解调，得到待测振动信号；再通过数据处理单元，利用时分复用的技术，实现振动信号的实时定位；定位精度由阵列光栅的间隔长度决定，而光栅间隔可设定为极短的长度，因此本发明能提供高精度的定位信息，并且可以实现大规模、长距离的列车定位。最后，本发明的数据处理单元采用的数据处理方法能够对信号进行快速处理，提高了定位的速度，输出单元通过将列车实时、精确的定位信息进行发送，当运营管理系统发送列车位置信息获取指令时，输出单元将定位信息发送给管理终端，终端设备可以实时获取列车的定位信息，根据定位信息做出相应的管理决策，为提高列车系统的运行效率提供了重要的数据基础。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统一实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的传感检测单元一实施例的结构示意图；

图3为本发明提供的一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统一实施例的工作原理示意图；

图4为本发明提供的传感检测单元另一实施例的结构示意图；

图5为本发明提供的传感检测单元一实施例的检测原理示意图；

图6为本发明提供的传感检测单元在列车激励下的检测分区响应曲线一实施例的波形示意图；

图7为本发明提供的光纤光栅阵列振动传感光缆一实施例的截面示意图；

图8为本发明提供的数据处理单元一实施例的结构示意图；

图9为本发明提供的数据处理单元对待测振动信号处理过程一实施例的流程示意图；

图10为本发明提供的一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位方法一实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供了一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统和方法，为解决恶劣环境条件下列车定位精度低、可靠性差、定位速度慢的问题，本发明采用光纤光栅阵列振动传感光缆作为检测探头，针对列车定位的实际需求，设计了对信号的快速处理方法，提升了列车定位的时效性和精确度。以下分别进行详细说明。

本发明实施例提供了一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统，其结构示意图如图1所示，基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统100包括沿待定位列车行驶轨道铺设的光纤光栅阵列振动传感光缆101、依次电性连接的传感检测单元102、数据处理单元103和输出单元104；

所述传感检测单元102，用于发送调制光信号，并获取所述调制光信号经过所述光纤光栅阵列振动传感光缆101反射后的反射光信号；根据所述反射光信号得到待测振动信号、将所述待测振动信号传输给所述数据处理单元103；

所述数据处理单元103，用于对所述待测振动信号进行处理，得到待定位列车的位置信息，并将所述位置信息发送给所述输出单元104；

所述输出单元104，用于接收所述位置信息，并将所述位置信息进行发送。

与现有技术相比，本实施例提供的一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位方法，首先，通过光纤光栅阵列振动传感光缆作为检测探头，具有布设简单、成本低廉、抗干扰能力强的优点，适用于高铁和既有铁路的列控系统、驼峰场的列车定位，在恶劣的监测环境中也具有较高的可靠性。其次，通过传感检测单元发送调制光信号，对光纤光栅阵列振动传感光缆中相邻光栅反射后的干涉信号进行解调，得到待测振动信号；再通过数据处理单元，利用时分复用的技术，实现振动信号的实时定位；定位精度由阵列光栅的间隔长度决定，而光栅间隔可设定为极短的长度，因此本发明能提供高精度的定位信息。最后，本发明的数据处理单元采用的数据处理方法对信号进行了快速处理，提高了定位的速度，输出单元通过将列车实时、精确的定位信息进行发送，将实时信息发送给终端设备，因此终端设备可以实时获取列车的定位信息，根据定位信息做出相应的管理决策，为提高列车系统的运行效率提供了重要的数据基础。

作为优选的实施例，如图2所示，所述传感检测单元102包括：脉冲调制光源201、光环形器202和解调模块203；

所述脉冲调制光源201，用于发送调制光信号；

所述光环形器202，用于将所述调制光信号传输给所述光纤光栅阵列振动传感光缆101、将所述反射光信号传输给所述解调模块203；

所述解调模块203，用于根据所述反射光信号得到待测振动信号，并将所述待测振动信号传输给所述数据处理单元103。

上述方案的处理具体过程为：所述脉冲调制光源201产生连续的调制光信号，光环形器202将所述光信号传输至光纤光栅阵列振动传感光缆101中；光纤光栅阵列振动传感光缆101中，相邻光栅的反射光信号形成干涉信号，干涉信号的实时变化直接来源于列车驶过光纤光栅阵列振动传感光缆时产生的振动；反射光经过所述光环形器202进入解调模块203；解调模块203对形成的干涉信号的变化进行解析，得到待测振动信号，并将所述待测振动信号输入数据处理单元103中。

为了更精确、快速地对列车进行定位，可以对光纤光栅阵列振动传感光缆进行区域划分，并确定每个区域的物理位置，通过待测振动信号所属的区域，最终确定列车的实际位置。作为优选的实施例，所述光纤光栅阵列振动传感光缆包括等距设置的光纤光栅；相邻两个所述光纤光栅之间的振动传感光纤为一个检查分区，根据每个检查分区的待测振动信号，确定列车的位置。图3是本实施例系统的工作原理图，如图3所示，将所述光纤光栅阵列振动传感光缆101敷设于待定位列车行驶轨道上，将所述光纤光栅阵列振动传感光缆101划分为多个检查分区，传感检测单元102发送脉冲光信号，所述脉冲光信号经过所述光纤光栅阵列振动传感光缆101进行反射，得到反射光信号，所述传感检测单元102对所述反射光信号进行解调处理，得到待测振动信号；数据处理单元103对待测振动信号进行处理，得到待定位列车的位置信息，并将所述待定位列车的位置信息发送给所述输出单元104。所述输出单元104将列车的位置发送给列车运营管理终端，为列车的运营管理决策提供数据基础，可缩短发车间隔，在确保安全的情况下提高列车发车频次，具有很强的实用性。

光纤光栅阵列振动传感光缆101中相邻光纤光栅节点之间的光纤可视作轨道占用的一个检查分区。若光纤光栅阵列振动传感光缆覆盖长度为L的轨道区间，则轨道区间可被划分为N个占用检查分区(N＝L/l，l为栅节点的间距)。

当列车进入第n_i个占用检查分区时，该检查分区可感知列车车轮和钢轨的振动激励，则将该分区标记为占用。当列车驶出占用检查分区时，将该分区标记为空闲。

一列列车有多个轮对，通过占用分区空闲/占用情况识别出车头至车尾激励覆盖的感知区域，从而对列车进行定位，定位精度为±l。

作为优选的实施例，所述光纤光栅阵列振动传感光缆包括极弱反射率光栅，所述极弱反射率光栅的反射率和反射带宽均一致。采用极弱反射率光栅，可以在一根光纤上复用的光栅数目达到数万乃至数十万个，能够实现长距离、大范围、无盲区的轨道区段内列车定位检测。光栅的反射率和反射带宽均一致，可以使干涉信号的强度更大，为后续的分析和计算奠定良好的基础。

下面以采用光纤布喇格光栅(FBG)作为阵列光栅为例，对上述的技术方案进行进一步说明。如图4所示，所述解调模块203包括一个耦合器401、两个干涉臂402以及一个信号检测模块403。当脉冲调制光源201发出一个光脉冲，所述光脉冲经光环形器202进入光纤光栅阵列振动传感光缆101，所述光纤光栅阵列振动传感光缆101上每个光栅均会将光信号反射回来，经环形器202进入耦合器401，耦合器401将反射光信号一分为二进入两个所述干涉臂402(包括长臂和短臂)中，干涉臂尾端的反射镜将反射光信号再反射回耦合器401中，并传送至信号检测模块403。如图5所示，由于两个干涉臂的长度差与FBG的间距相同，那么第i个光栅FBG_i经两个干涉臂中的长臂反射回来的光信号与它相邻的第i+1个光栅FBG_i+1经短臂反射回来的光信号将匹配成干涉信号。当光纤光栅阵列振动传感光缆处于静止状态时，光纤光栅阵列中相邻FBG反射光的光程差固定，将输出恒定的干涉信号；当相邻FBG光纤在外界振动激励条件下产生变形，则光程差发生变化，从而使干涉信号发生变化，如图6所示。根据干涉信号的变化可以实现振动的感知检测。

采用光纤光栅阵列振动传感光缆作为传感探头可以实现：N个间距为l米的光纤光栅阵列传感探头形成总长为N×l米的连续空间振动检测网络。例如光栅间距为5米，单根传感探头上复用2000个光栅，那么即可形成通长为10km的传感网络，覆盖10公里的轨道区间，以地铁线路为例，通常地铁线路约为20～30km，那么仅需2～3根传感光缆即可实现整条地铁线路的无盲区覆盖，且检测定位的精度可达5米。可以对轨道列车进行长距离、高精度的定位监测。由于光纤光栅阵列振动传感光缆是无源传感器件，不需要额外提供供电电源，省去了大量的维护工作，极大地节约了检测和维护的成本。

为了使光纤光栅阵列振动传感光缆沿待定位列车行驶轨道可靠铺设，作为一个具体的实施例，所述光纤光栅阵列振动传感光缆为扁平缆状结构。采用扁平结构有益效果在于便于敷设，防止光缆打卷，确保光纤光栅振动光缆检查分区传感特性的一致性。

作为优选的实施例，所述光纤光栅阵列振动传感光缆包括阵列光栅光纤、内保护组件、加强组件、外保护组件和双面胶带。如图7所示，图7为光纤光栅阵列振动传感光缆的横截面示意图。所述光缆主要组成包括HDPE护套701，钢丝702，铠管703，紧套光纤光栅阵列探头704，双面胶带705。HDPE护套701可防止光缆受到机械损伤；钢丝702可加强光缆的机械强度，铠管703可提高光缆的防水性能，紧套光纤光栅阵列探头704中设置有等间距的极弱反射率光栅，光栅反射率和反射带宽均一致。光栅反射率范围为-30～-50dB，反射带宽2～3nm，光栅间距≤1米；具有较高的检测精度，可满足列车定位系统的使用需求。

本实施例中，所述光纤光栅阵列振动传感光缆为自主研发生产，光缆中光栅节点的间距可以调节。本实施例选用但不限于节点间距为5米或3米。以节点间距5米为例，相邻两个光栅之间的光纤构成一个拾振器单元(检查分区)，所述拾振器单元能感知的最小相位差依据公式：

每个拾振单元可感知的最小应变量<50nε，ε为应变量单位，Δl为相邻光栅的间距。因此，可实现高精度的振动感知检测，准确捕捉列车位置。

为了使光纤光栅阵列振动传感光缆能够紧密地贴合在列车轨道上对列车振动信号进行探测，光缆的敷设方式尤其重要。光纤光栅阵列传感光缆敷设过程包括：

第一步：铺放光缆：将光缆牵直布放于轨道上；

第二步：初步固定：揭掉双面胶保护膜，将光纤光栅阵列传感光缆初步固定于轨道上；

第三步：密贴固化：在固定好的光缆表面滚涂结构胶，保证充分覆盖光缆表面，确保光缆与轨道紧固密贴；

下面结合图8对所述数据处理单元103进行进一步说明：

作为优选的实施例，所述数据处理单元103包括滑窗分析模块801和定位模块802；

所述滑窗分析模块801，用于创建滑窗，并利用所述滑窗对所述检查分区的待测振动信号的特征值进行分析，得到滑窗重心值；

所述定位模块802，根据所述滑窗重心值，确定所述待定位列车覆盖的检查分区的范围；根据所述待定位列车覆盖的检查分区的范围，确定所述待定位列车的位置信息。

作为优选的实施例，所述滑窗分析模块801包括特征值判断模块811和状态统计模块812；

所述特征值判断模块811，用于创建滑窗，并判断所述滑窗内的待测振动信号的特征值是否大于预设的占用判断阈值；根据所述判断结果确定所述检查分区的占用状态值；

所述状态统计模块812，用于统计所述滑窗内所有检查分区的占用状态值的总和，得到滑窗重心值。

作为优选的实施例，所述特征值包括所述待测振动信号能量大小的统计特征量。

作为优选的实施例，所述定位模块802包括重心值判断模块813和位置映射模块814；

所述重心值判断模块813，用于判断所述滑窗重心值是否达到最大值；如果未达到最大值，则向所述滑窗分析模块发送滑窗移动指令，令所述滑窗分析模块移动所述滑窗；如果达到最大值，则将所述滑窗内连续的占用状态值最大的检查分区确定为待定位列车覆盖的检查分区；

所述位置映射模块814，用于根据所述待定位列车覆盖的检查分区的范围，确定所述待定位列车的位置信息。

下面用一个具体的实施例对所述数据处理单元103对待测振动信号的处理过程进行展示：

首先，采用二维滑窗算法计算列车位置及速度，选取的二维滑窗为：

对于二维滑窗中的每一个元素A_ij，i表示第i个检查分区，j表示第j个时刻；因此，该滑窗中第i行对应第i个检查分区的干涉信号时间序列数据流。通过所述二维滑窗，实现了从检查分区和监测时间两个维度(即：时间和空间两个维度)对待测振动信号进行分析；并且通过二维滑窗大大降低了实际使用中的编程难度，减少了数据处理单元所需要的运算资源，提高了计算的效率。

若列车长度为L_T，则列车跨越k个检查分区(以下简称为测区)，则：k＝round(L_T/l)，式中round表示取整。

假定列车初始位置覆盖的连续测区为[S₀,S_k-1]。选取的二维滑窗为：

该滑窗覆盖的测区数为m，将列车覆盖区域前后各扩展e个测区，则对应的连续测区的区间为[S_-e，S_k+e-1]，亦即：

m＝k+2e

滑窗重心的计算方法为：

式中，q_i为占用状态值，其值为0或1，

式中为第i个测区序列[A_i1 A_i2 … A_in]的方差(即：选取每个测区的序列方差作为每个检查分区的特征值)，th为占用判断阈值；所述特征判断模块根据方差与占用判断阈值的大小关系确定该测区的占用状态值q_i。

其中，特征值的计算方法不限于利用方差作为特征参量，只要能反映该检查分区中信号序列动态信号能量大小的统计特征量即可。

作为一个具体的实施例，如图9所示，待测振动信号的数据处理具体实施步骤如下：

步骤S901：从第一个检查分区开始，获取滑窗中m个检查分区的数据流；

步骤S902：计算滑窗中m个检查分区的重心；

步骤S903：判断重心计算值是否大于当前重心存储值，即：比较滑窗重心存储值w和重心计算值w_c；如果w_c＞w，进入步骤S904；如果w_c≤w，则进入步骤S905；

步骤S904；滑窗向前移动一个检查分区，令S_i＝S_i+1,i＝0,1,2,…,m-1，更新重心存储值，令w＝w_c；

步骤S905：判断是否满足终止条件，即，采样是否结束，采样数据是否已经读取完成；如果满足条件，则进入步骤S907；如果不满足条件，进入步骤S906；

步骤S906：采集当前m个测区的干涉信号，用以更新滑窗的每个测区时间序列；返回步骤S902；

步骤S907：停止数据处理流程。

依据上述处理流程，则可实现列车的实时定位，列车的实时位置即为滑窗m个检查分区的中间的连续k个检查分区[S₀,S_k-1]。

位置映射模块根据每个检查分区对应的实际物理地址，得到列车占用的实际位置，从而得到列车的位置信息。

作为一个具体的实施例，数据处理单元103还包括速度计算模块，所述速度计算模块，用于根据所述待定位列车覆盖的检查分区的范围，确定所述待定位列车的速度信息。利用两个不同的检测周期内列车的位置变化，利用位置变化△s/△t，计算出列车的行驶速度。

本发明实施例还提供了一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位方法，采用上述技术方案任一项所述的基于栅阵列的轨道交通列车定位系统，其流程示意图如图10所示，包括：

步骤S1001：将所述光纤光栅阵列振动传感光缆中相邻两个光栅之间的光纤作为一个检查分区；

步骤S1002：利用所述传感检测单元发送调制光信号，并获取所述调制光信号经过所述检查分区反射后的反射光信号；根据所述反射光信号得到待测振动信号、将所述待测振动信号传输给所述数据处理单元；

步骤S1003：所述数据处理单元根据所述检查分区的待测振动信号，确定所述待定位列车覆盖的检查分区范围，得到待定位列车的位置信息，并将所述位置信息发送给所述输出单元；

步骤S1004：所述输出单元接收所述位置信息，并将所述位置信息进行发送。

本发明公开的一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统和方法，首先，通过光纤光栅阵列振动传感光缆作为检测探头，具有布设简单、成本低廉、抗干扰能力强的优点，适用于高铁和既有铁路的列控系统、驼峰场的列车定位，即使在恶劣的监测环境中也具有很高的可靠性，适应多种监测条件。其次，通过传感检测单元发送调制光信号，对光纤光栅阵列振动传感光缆中相邻光栅反射后的干涉信号进行解调，得到待测振动信号；再通过数据处理单元，利用时分复用的技术，实现振动信号的实时定位；定位精度由阵列光栅的间隔长度决定，而光栅间隔可设定为极短的长度，因此本发明能提供高精度的定位信息，并且可以实现大规模、长距离的列车定位。最后，本发明的数据处理单元采用的数据处理方法能够对信号进行快速处理，提高了定位的速度，输出单元通过将列车实时、精确的定位信息进行发送，为提高列车系统的运行效率提供了重要的数据基础。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统，其特征在于，包括沿待定位列车行驶轨道铺设的光纤光栅阵列振动传感光缆、依次电性连接的传感检测单元、数据处理单元和输出单元；

所述传感检测单元，用于发送调制光信号，并获取所述调制光信号经过所述光纤光栅阵列振动传感光缆反射后的反射光信号；根据所述反射光信号得到待测振动信号、将所述待测振动信号传输给所述数据处理单元；

所述数据处理单元，用于对所述待测振动信号进行处理，得到待定位列车的位置信息，并将所述位置信息发送给所述输出单元；

所述输出单元，用于接收所述位置信息，并将所述位置信息进行发送；

所述光纤光栅阵列振动传感光缆包括等距设置的光纤光栅，相邻两个所述光纤光栅之间的振动传感光纤为一个检查分区；

所述数据处理单元包括滑窗分析模块和定位模块；

所述滑窗分析模块，用于创建滑窗，并利用所述滑窗对所述检查分区的待测振动信号的特征值进行分析，得到滑窗重心值；

所述定位模块，根据所述滑窗重心值，确定所述待定位列车覆盖的检查分区的范围；根据所述待定位列车覆盖的检查分区的范围，确定所述待定位列车的位置信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统，其特征在于，所述传感检测单元包括：脉冲调制光源、光环形器和解调模块；

所述脉冲调制光源，用于发送调制光信号；

所述光环形器，用于将所述调制光信号传输给所述光栅阵列振动传感光缆、将所述反射光信号传输给所述解调模块；

所述解调模块，用于根据所述反射光信号得到待测振动信号，并将所述待测振动信号传输给所述数据处理单元。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统，其特征在于，所述滑窗分析模块包括特征值判断模块和状态统计模块；

所述特征值判断模块，用于创建滑窗，并判断所述滑窗内的待测振动信号的特征值是否大于预设的占用判断阈值；根据判断结果确定所述检查分区的占用状态值；

所述状态统计模块，用于统计所述滑窗内所有检查分区的占用状态值的总和，得到滑窗重心值。

4.根据权利要求3所述的一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统，其特征在于，所述定位模块包括重心值判断模块和位置映射模块；

所述重心值判断模块，用于判断所述滑窗重心值是否达到最大值；如果未达到最大值，则向所述滑窗分析模块发送滑窗移动指令，令所述滑窗分析模块移动所述滑窗；如果达到最大值，则将所述滑窗内连续的占用状态值最大的检查分区确定为待定位列车覆盖的检查分区；

所述位置映射模块，用于根据所述待定位列车覆盖的检查分区的范围，确定所述待定位列车的位置信息。

5.根据权利要求3所述的一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统，其特征在于，所述特征值包括所述待测振动信号能量大小的统计特征量。

6.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统，其特征在于，所述光纤光栅阵列振动传感光缆包括极弱反射率光栅，所述极弱反射率光栅的反射率和反射带宽均一致。

7.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统，其特征在于，所述光纤光栅阵列振动传感光缆包括阵列光栅光纤、内保护组件、加强组件、外保护组件和双面胶带。

8.一种基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位方法，采用权利要求1-7任一项所述的基于光纤光栅阵列的轨道交通列车定位系统，其特征在于，包括：

将所述光纤光栅阵列振动传感光缆中相邻两个光栅之间的光纤作为一个检查分区；

利用所述传感检测单元发送调制光信号，并获取所述调制光信号经过所述检查分区反射后的反射光信号；根据所述反射光信号得到待测振动信号、将所述待测振动信号传输给所述数据处理单元；

所述数据处理单元根据所述检查分区的待测振动信号，确定所述待定位列车覆盖的检查分区范围，得到待定位列车的位置信息，并将所述位置信息发送给所述输出单元；

所述输出单元接收所述位置信息，并将所述位置信息进行发送。