CZ2013741A3 - Způsob určení směru a polohy vozidla na principu satelitní navigace a systém k provádění tohoto způsobu - Google Patents
Způsob určení směru a polohy vozidla na principu satelitní navigace a systém k provádění tohoto způsobu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2013741A3 CZ2013741A3 CZ2013-741A CZ2013741A CZ2013741A3 CZ 2013741 A3 CZ2013741 A3 CZ 2013741A3 CZ 2013741 A CZ2013741 A CZ 2013741A CZ 2013741 A3 CZ2013741 A3 CZ 2013741A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- vehicle
- track
- antennas
- satellite
- satellite navigation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 2
- 239000005433 ionosphere Substances 0.000 description 2
- 238000012502 risk assessment Methods 0.000 description 2
- 239000005436 troposphere Substances 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
- G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/42—Determining position
- G01S19/50—Determining position whereby the position solution is constrained to lie upon a particular curve or surface, e.g. for locomotives on railway tracks
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
- B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
- B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
- G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/42—Determining position
- G01S19/43—Determining position using carrier phase measurements, e.g. kinematic positioning; using long or short baseline interferometry
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L2205/00—Communication or navigation systems for railway traffic
- B61L2205/04—Satellite based navigation systems, e.g. global positioning system [GPS]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
Způsob určení směru a polohy vozidla, zejména kolejového vozidla (7), na principu satelitní navigace, kdy se nejprve určuje poloha vozidla (7) měřením fáze kódu signálu (10) systému satelitní navigace se šířkou konfidenčního (spolehlivostního) intervalu polohy určenou ze statistického rozložení dle požadované spolehlivosti na v podstatě přímém úseku (E) tratě (8) vozidla (7) a takto určená poloha se přiřadí identické poloze v databázi mapy tratě (8) a této poloze odpovídajícímu směru tratě (8) v databázi mapy tratě (8). Měří se fáze nosné vlny signálu (10) systému satelitní navigace z alespoň jednoho satelitu (9), jehož poloha je v čase tohoto měření známa, přijímaného nejméně jednou dvojicí antén (2, 3) situovaných na vozidle (7), následně se určuje rozdíl mezi měřenými hodnotami fáze nosné vlny signálu (10) přijímaného jednotlivými anténami (2, 3), načež se ze známé polohy satelitu (9) a poloh alespoň jedné dvojice antén (2, 3), určených ze známé trajektorie tratě (8) z databáze mapy tratě (8) a přiřazených poloze vozidla (7) na trati (8), určují skutečné vzdálenosti mezi anténami (2, 3) a satelitem (9) a následně rozdíl těchto vzdáleností pro alespoň jednu dvojici antén (2, 3). Porovnáním rozdílů skutečných vzdáleností a rozdílu měřených fází nosné vlny signálu (10) satelitní navigace se vyberou nejbližší rozdíly a stanoví aktuální poloha a směr vozidla (7) na trati (8). Předmětem vynálezu je i systém pro provádění způsobu.
Description
Způsob určení směru a polohy vozidla na principu satelitní navigace a systém k provádění tohoto způsobu
Oblast techniky
Předmětem tohoto vynálezu je způsob určení směru a polohy vozidla, zejména kolejového vozidla, na principu satelitní navigace a systém k. provádění tohoto způsobu.
Dosavadní stav techniky
Pro určení absolutní polohy a vektoru směru vlaku (na výhybce) bylo do současnosti navrženo několik systémů. Tyto systémy jsou dvojího charakteru - první druh systémů je fixován v kolejišti a případně částečně na vozidle (balízy, magnetické značky, počítače náprav, kolejové obvody), druhý druh systémů představují autonomní systémy instalované na vozidle. Systémy fixované v kolejišti jsou standardně používány pro bezpečnostní aplikace z důvodů jejich jednodušší koncepce, i jednodušší analýzy rizika, v porovnání s autonomními systémy na vozidlech, založených na kombinaci různých typů senzorů, na fůzích nebo filtracích rekurzivního typu jejich dat.
Autonomní systémy vždy zahrnují systém satelitní navigace, který využívají minimálně pro určení absolutní polohy, dále pak rychlosti a směru. Pro určení směru nebo změny směru, s dostatečnou přesností pro aplikaci rozlišení směru vlaku na výhybce, již byly vyvinuty metody a systémy, využívající princip interferometrie přijímaného signálu od satelitů systému satelitní navigace. Tyto systémy a metody zahrnují dva nebo více přijímačů (antén) signálů satelitní navigace a pro řešení orientace systému, resp. orientace spojnice antén fixované se systémem, vůči referenčnímu systému vyžadují splnění následujících podmínek:
- antény přijímačů systému satelitní navigace jsou pro vysokou přesnost metody situovány v podélné ose vozidla;
- musí být nalezeno řešení systému rovnic jednoduchých diferencí měřené fáze nosné vlny signálu systému satelitní navigace pro stanovení vektoru spojnice antén ve trojrozměrném prostoru (signál od minimálně tří satelitů musí být trvale přijímán anténami přijímačů systému satelitní navigace);
~2~
- musí být aplikována metoda druhých diferencí měřené fáze nosné vlny signálu systému satelitní navigace pro odstranění rozdílných ofsetů času jednotlivých přijímačů vůči času systému satelitní navigace;
- musí být určeny počáteční ambiguity (celočíselný počet vlnových délek mezi anténou přijímače a anténou satelitu) při inicializaci a reinicializaci metody určení směru vektoru spojnice antén.
Cílem tohoto vynálezu je zvýšit pohotovost určení směru a polohy vozidla i při malém počtu dostupných signálů (satelitů) systému satelitní navigace, dále snížení četnosti provádění reinicializace a zvýšení spolehlivosti určení směru, změny směru a polohy vozidla při příjmu signálů od více satelitů systému satelitní navigace. Dalším cílem je odstranit časově náročné a z hlediska případné analýzy rizika komplikované určení ambiguit při inicializaci a reinicializaci pozemní části systému po přerušení příjmu signálu od satelitů systému satelitní navigace a odstranění nutnosti aplikace druhých diferencí pro určení časových ofsetů mezi časovými základnami jednotlivých přijímačů systému satelitní navigace a časem systému satelitní navigace.
Podstata vynálezu
Předmětem vynálezu je způsob určení směru a polohy vozidla, zejména kolejového vozidla, na principu satelitní navigace, kdy se nejprve určuje poloha vozidla měřením fáze kódu signálu systému satelitní navigace a spolehlivostní interval k této poloze na v podstatě přímém úseku tratě vozidla. Tento úsek tratě musí být delší než délka spolehlivostního intervalu a musí obsahovat celý spolehlivostní interval. Takto určená poloha se přiřadí identické poloze v databázi mapy tratě a této poloze odpovídajícímu směru tratě v databázi mapy tratě. Podstata vynálezu spočívá v tom, že se měří fáze nosné vlny signálu systému satelitní navigace z alespoň jednoho satelitu, jehož poloha je v čase tohoto měření známa, k nejméně jedné dvojici antén situovaných na vozidle, následně se určuje rozdíl mezi měřenými hodnotami fáze nosné vlny signálu přijímaného jednotlivými anténami, načež se ze známé polohy satelitu a poloh alespoň jedné dvojice antén, určených ze známé trajektorie tratě z databáze mapy tratě a přiřazených poloze vozidla na trati, určují skutečné vzdálenosti mezi anténami a satelitem a následně rozdíl těchto vzdáleností pro alespoň jednu dvojici antén. Porovnáním rozdílů skutečných vzdáleností s rozdílem měřených fází nosné vlny signálu satelitní navigace se vyberou nejbližší rozdíly a ~3~ ' :, stanoví aktuální poloha a směr vozidla na trati. Podmínkou způsobu je společná časová základna pro měření fáze nosné vlny signálu satelitní navigace k oběma anténám. Polohou nebo souřadnicemi antény jsou myšleny, a to i nadále v textu, poloha nebo souřadnice fázového centra antény, to je geometrického bodu, ke kterému se vztahuje měření na anténě. Obdobně, spojnicí antén je myšlena spojnice fázových center antén.
Dvojice antén mohou být s výhodou orientovány příčně k podélné ose vozidla.
Pro zvýšení spolehlivosti v určení polohy a směru vozidla na trati se využívá množství satelitů.
Způsob podle tohoto vynálezu se může použít pro určení směru vlaku na výhybce trati. Pro zvýšení spolehlivosti v určení polohy a směru vozidla na trati se rovněž může použít pro určení počátečního a koncového úhlu oblouku na trati při průjezdu vozidla tímto obloukem a pro detekci po sobě jdoucích oblouků při průjezdu vozidla těmito oblouky.
Pro zvýšení spolehlivosti v určení polohy a směru vozidla na trati se rovněž může použít dvojice antén situovaných na opačných koncích vozidla. Uvedený způsob se dále může použít pro upřesnění nebo kalibraci absolutní polohy vozidla trvale určované z dalších relativních senzorů situovaných na vozidle.
Předmětem vynálezu je rovněž systém k provádění výše popisovaného způsobu, který obsahuje alespoň jeden přijímač signálů satelitní navigace z nejméně jednoho satelitu. Přijímač, připojený svými anténními vstupy k dvojici antén situovaných na vozidle, má nezávislé kanály pro zpracování signálů z obou anténních vstupů, umožňující paralelní zpracování signálů identického satelitu z obou těchto vstupů, a je pro tyto kanály opatřen společnou časovou základnou, tvořenou lokálním oscilátorem. Antény jsou na vozidle orientovány tak, že spojnice jejich středů je v příčném směru k podélné ose vozidla a má konstantní známou délku, přičemž k přijímači je připojena palubní procesní jednotka s mapovou databází trati. K palubní procesní jednotce může být připojen odometr áj/?nebo Dopplerův radar. Na vozidle může být rovněž uspořádána nejméně jedna další dvojice antén s odpovídajícím dalším přijímačem.
Objasnění výkresů
Na připojených výkresech jsou schematicky znázorněny příklady provedení tohoto vynálezu. Na obr. 1a je zobrazeno blokové schema systému, na obr. 1b kolejové vozidlo s tímto systémem na trati. Na obr. 2a je znázorněn princip diference měřené fáze nosné vlny signálu systému satelitní navigace, na obr. 2b princip změny v diferencích vlivem změny orientace spojnice antén na vozidla vůči satelitu systému satelitní navigace. Na obr. 3 je znázorněn princip inicializace způsobu určení směru a pohybu vozidla a systému k jeho provádění, kde vozidlo je zobrazeno na přímém úseku E tratě a kde část D přímého úseku E je určena pro inicializaci systému. Na obr. 4 je znázorněno určení správné polohy vozidla na trati komparací diference měřených fází nosné vlny signálu satelitní navigace a diferencí skutečných vzdáleností mezi anténami přijímače a satelitem systému satelitní navigace. Na obr. 5 jsou znázorněny dva modelové případy trvalého stínění tratě okolním terénem. Na obr. 6 je znázorněn princip funkce tohoto systému v oblouku tratě, na obr. 7 systém při počtu satelitů větším než dva satelity, se zvýšenou spolehlivostí. Na obr. 8 je znázorněn princip uvedeného systému se zvýšenou spolehlivostí, s dvojicí přijímačů a dvěma satelity, kdy každý přijímač disponuje dvěma anténními vstupy.
Příklady uskutečnění vynálezu
Blokové schéma systému určení směru a polohy vozidla 7 na principu satelitní navigace je zobrazeno na obr.jí a, schéma kolejového vozidla 7 na trati 8 se systémem na obr^ b. Systém obsahuje přijímač 1 signálů 10 satelitní navigace ze satelitu 9 na vozidla 7. Přijímač 1 je připojený svými anténními vstupy k dvojici antén 2, 3 situovaných na vozidle 7, má nezávislé kanály pro zpracování signálů z obou anténních vstupů, umožňující paralelní zpracování signálů 10 identického satelitu 9 z obou těchto vstupů, a je opatřen společnou časovou základnou, tvořenou lokálním oscilátorem. Antény 2, 3 jsou na vozidle 7 umístěny resp. orientovány tak, že spojnice jejich středů je v příčném směru k podélné ose vozidla 7 a má konstantní známou délku I, k přijímači 1 je připojena palubní procesní jednotka 4 s mapovou databází trati 8. Přijímač 1 je v reálném čase schopen měřit fázi nosné vlny signálů 10 systému satelitní navigace k oběma anténám 2, 3 (viz obr. 2a) a měřené hodnoty poskytovat palubní procesní jednotce 4. Přijímač je schopen ze signálu 10 systému ~5~ satelitní navigace dekódovat navigační zprávu a poskytovat palubní procesní jednotce 4 efemeridy satelitů 9 (parametry jejich oběžných drah 11).
Vynález dále využívá princip interferometrie, kde změna orientace spojnice antén 2, 3 vůči zdroji signálu 10 ze satelitu 9 vyvolá změnu fází nosné vlny signálu 10 systému satelitní navigace na anténách 2, 3 (viz obr. 2b) a odpovídající změnu jednoduché diference ΔΦ těchto fází nosné vlny. Změna orientace spojnice antén 2, 3 vůči zdroji signálu 10 vyvolá také změnu skutečných vzdáleností antén 2, 3 od satelitu 9 a odpovídající změnu jednoduché diference Ad skutečných vzdáleností. Změna jednoduché diference měřených fází nosné vlny, přepočtená na metrické jednotky délky, je pak rovna změně jednoduché diference skutečných vzdáleností.
Vynález tak spočívá v komparaci jednoduché diference měřených fází nosné vlny signálu 10 systému satelitní navigace, šířeného od satelitu 9 k anténám 2, 3 a jednoduchých diferencí skutečných vzdáleností antén 2, 3 od satelitu 9. Jednoduché diference skutečných vzdáleností jsou získány z polohy satelitu 9 a z poloh antén 2, 3. Poloha satelitu 9 je vypočtena z parametrů oběžné dráhy 11 satelitu 9 pro daný čas systému satelitní navigace. Polohy antén 2, 3 jsou stanoveny v diskrétních bodech ze známé trajektorie (osy) tratě 8, ze vzdálenosti antén 2, 3 a výšky středu spojnice antén 2, 3 nad tratí 8 v závislosti na parametrech vozidla 7. To je, pro každou i -tou polohu P^íi) vozidla 7 na ose tratě 8 je poloha a orientace spojnice antén 2, 3 jednoznačně určena parametry tratě 8 a parametry vozidla 7 (při zanedbání „kolébání“ vozidla 7, resp. jeho skříně, na trati 8). Je tak jednoznačně dána i diference skutečných vzdáleností Ad'(r) mezi polohou satelitu 9 a polohami antén 2, 3 pro každou i - tou polohu vozidla 7 na trati 8 pro daný čas t systému satelitní navigace (viz. obr. 2b). Pro stanovení orientace spojnice antén 2, 3, resp. směru podélné osy vozidla 8, je tedy využito pouze závislosti jednoduché diference skutečných vzdáleností na poloze vozidla 7 na trati 8 v daném čase systému satelitní navigace.
V dosud navržených metodách se určuje a porovnává orientace vektoru spojnice antén 2, 3 ve trojrozměrném prostoru s možnými orientacemi spojnice antén 2, 3 v ~6~ :
databázi mapy tratě 8. Ve způsobu podle tohoto vynálezu se počítá a porovnává pouze skalární hodnota jednoduché diference fází nosné vlny signálu 10 satelitu 9 s jednoduchými diferencemi skutečných vzdáleností od satelitu 9 k anténám 2, 3 pro každou i -tou polohu Ρ^,ύ) vozidla 7 na ose tratě 8. Poloha satelitu 9 je určena pro čas tRx hodin přijímače 1, ve kterém bylo provedeno měření fáze nosné vlny signálu 10 systému satelitní navigace. Vzniklá chyba, způsobená změnou polohy satelitu 9 za dobu šíření signálu 10, je v diferenci měřených fází zanedbatelná (dosáhne v nejhorším případě hodnoty cca 10'5m).
Způsob určení směru a polohy vozidla na principu satelitní navigace podle tohoto vynálezu je následující. Pro daný okamžik se změří fáze nosné vlny signálu 10 systému satelitní navigace vysílaného z jednoho satelitu 9 a přijímaného na obou anténách 2, 3. Toto měření pro jeden z kanálů přijímače 1 popisuje v metrických jednotkách délky rovnice (1).
φ(ύ&) = P^Rx) + ^Rx^Rx) ~ £Sat(T^ + N + dp(T) ~ φ(7/ίι) měřená fáze v metrech (= X^(t/7x)rněřená fáze v cyklech) v čase tfa ) ... pseudovzdálenost mezi anténou 2 resp. 3 a satelitem 9 v čase £rx^rx) časový offset mezi časem přijímače 1 a časem t systému satelitní navigace eSat(T) ... časový offset mezi časem T satelitu 9 a časem t systému satelitní navigace c ... rychlost světla λ ... vlnová délka signálu 10 vysílaného satelitem 9
N ... ambiguity - celočíselný počet vlnových délek mezi anténou přijímače 2 resp. 3 a anténou satelitu 9 dp(T) ... chyba polohy satelitu 9 dion ... chyba vlivem šíření signálu 10 satelitní navigace ionosférou dtrop ... chyba vlivem šíření signálu 10 satelitní navigace troposférou ~7~ '*··· :
£(Φ ) ... chyba vlivem vícecestného šíření signálu 10 satelitní navigace
ε) · · bias antén 2 resp. 3 (včetně svodu) ε(ΦΛΐ) ... šum měření fáze vdaném procesním kanále přijímače 1 systému satelitní navigace tKx ... čas hodin přijímače 1 systému satelitní navigace
T ... čas hodin satelitu Q^systému satelitní navigace
Z naměřených hodnot fáze nosné vlny signálu 10 systému satelitní navigace je stanovena jednoduchá diference v (metrických jednotkách), jak je uvedeno v rovnici (2). Při délce spojnice antén 2, 3 řádově jednotky metrů budou pro oba kanály identické následující parametry: offset časové základny přijímače 1 vůči času systému satelitní navigace, offset časové základny satelitu 9 vůči systému satelitní navigace, chyba polohy satelitu 9, jehož signál 10 je anténami 2, 3 přijímán, chyba vlivem ionosféry i troposféry. Vícecestné šíření signálu 10 systému satelitní navigace, vzájemný bias antén 2,3 a vzájemný šum měření fáze mezi danými kanály budou určovat chybu měření.
ΔΦ(^Χ) = Δρ(^) + /1-(^-^) + Δ£(Φ„ρ) + Δ£(Φ, J + Δε(Φβχ) (2)
V dalším kroku je vypočtena poloha satelitu 9. Dále je osa tratě v okolí naposledy známé polohy vozidla 7 na trati 8 diskretizována do n bodů P^/z), kde i = l...n, odpovídajícím možné poloze vozidla 7 na trati 8. Ze známé trajektorie (to je osy a sklonových parametrů) tratě 8, parametrů vozidla 7 a známé délky spojnice antén 2, 3 se stanoví pro každý bod Ρ^β) dvojice souřadnic poloh antén 2, 3.
Následně se určí diference skutečných vzdáleností mezi těmito dvojicemi souřadnic antén 2, 3 a souřadnicemi satelitu 9 v čase přijímače 1. Tyto diference pro každou i - tou polohu Ρβΐ) vozidla 7 na trati 8 popisuje rovnice (3).
Δί/ (/fa) — (/fa) άβίβ~ ~ XS βχ )) * (j7! yS (/fa)) * U1 (t/β) (3) XS (/fa )) + (f 2 (/fa))” + (^2 zs(/fa)) ~8~
Δ<7 ‘ (tRx) · · diference vzdáleností mezi polohou fázového centra antény satelitu 9 a polohami fázových center antén 2, 3 přijímače 1 v z-té poloze Pxy,(i) vozidla 7 na trati 8 v čase d‘(t ) vzdálenost mezi polohou fázového centra antény satelitu 9 a polohou fázového centra první antény 2 přijímače 1 v z-té poloze /^.(z) vozidla 7 na trati 8 v čase ^2(hx) · vzdálenost mezi polohou fázového centra antény satelitu 9 a polohou fázového centra druhé antény 3 přijímače 1 v z - té poloze P^.(0 vozidla 7 na trati 8 v čase ίΛχ χ',γ',ζ, ·· souřadnice polohy fázového centra první antény 2 v i -té poloze
Ρ^(ζ) vozidla 7 na trati 8 v čase x‘,y',4 ... souřadnice polohy fázového centra druhé antény 3 v z-té poloze vozidla 7 na trati 8 v čase xs(tR), ys(tRx)’Zs(tRx') souřadnice polohy fázového centra antény satelitu 9 v čase
Konečně komparací diferencí (viz. obr. 4) jsou vybrány nejlépe se shodující skutečné a měřené jednoduché diference a určena poloha Piyz vozidla 7 na trati 8, viz rovnice (4).
Vze Z+,3z0 :|(Δζ/'»(ζβχ)-ΔΦ(^))|<|(Δί/1(^)-ΔΦ(^))|=>Ρνζ =P^(z0) (4)
Přesnost určení polohy na trati 8 je přímo úměrná poloměru oblouku - čím menší je poloměr oblouku, tím přesněji je poloha určena a naopak pro poloměr -> °° (přímá trať) bude poloha neurčitá. Je zřejmé, že pro dostatečně přesné určení polohy v každém okamžiku (to je i na přímé trati) musí být přijímač 1 doplněn o odometrický (rychloměrný) systém zahrnující odometr 5 a/nebo Dopplerův radar 6. Naopak, absolutní poloha vozidla 7 na trati 8, určená pouze palubními relativními senzory odometrického systému od nějakého známého bodu na trati 8, se upřesní / kalibruje při průjezdu obloukem nebo výhybkou (do odbočky), kdy je určena absolutní poloha vozidla 7 na trati 8 pomocí této metody komparace.
Jak je patrné z rovnice (2), pro neznámé ambiguity N{,N2 nastává nejednoznačné řešení. Proto je třeba provést inicializaci metody - stanovit pro daný satelit 9 diferenci (V, - N2 a nalézt tak jednoznačné řešení určení diference fáze.
Inicializaci lze provést s využitím určení polohy na základě měření fáze kódu některého ze signálů 10 systému satelitní navigace a dostatečně širokého konfidenčního (spolehlivostního) intervalu (-Δ; Δ) pro Gaussovo případně Rayleighovo rozložení na části D přímého úseku E tratě 8 a s pomocí databáze mapy tratě 8 s vázanými údaji o poloze a směru (viz obr. 3).
Podmínky pro příjem signálu 10 a určení polohy v takovém úseku tratě 8 by měly být velmi dobré, identické s podmínkami uvažovanými pro tak zvanou virtuální balízu (vybrané místo na trati 8, kde je kontrolována absolutní poloha vozidla 7 pomocí satelitní navigace), to je oblast s otevřeným výhledem na oblohu, omezeným výskytem mnohacestného šíření, dostatečným počtem LOS (Line Of Sight- s přímou viditelností) satelitů 9 v konstelaci s nízkým parametrem DOP (Dilution Of Precision tak zvané zředění přesnosti v určení polohy, to je parametr vlivu konstelace geometrické konfigurace satelitů na přesnost určení polohy). V případě reinicializace systému za provozu se použije stejný postup jako při inicializaci systému, případně se systém reinicializuje s využitím odometrického systému a mapy tratě 8 v časovém intervalu, kdy nedojde k chybě větší než přípustné v měřené ujeté vzdálenosti.
Umístění antén 2, 3 na vozidle 7 (na střeše vozidla 7):
Vzhledem k častému výskytu stínění tratě 8 okolním terénem (prostředím) je pro koncepci tohoto způsobu uvažován případ trvalého stínění antén 2, 3 přijímače 1 okolním terénem při příjmu signálů 10 od satelitů 9. V takovém případě se LOS satelity 9 nacházejí pouze v prostoru omezeném dvěma pomyslnými polorovinami v případě přímé tratě 8 (obr. 5a) nebo dvěma pomyslnými částmi ploch kuželového pláště v případě oblouku tratě 8 (obr. 5b).
Předpokládá se tedy vždy větší počet dostupných LOS satelitů 9 s malou elevací, situovaných ve směru podélné osy vozidla 7 spíše než ve směru jeho příčné osy, kde satelity 9 s malou elevací mohou být častěji stíněny okolním terénem. Pro zvýšení ~ 10 ~ . e 4 ♦ t 1 ’ - 4 * ·* pohotovosti a současně zajištění potřebné citlivosti systému a způsobu určení směru, změny směru a polohy vozidla 7 je s ohledem na dostupné LOS satelity 9 spojnice antén 2, 3 navržena výhradně v příčném směru k podélné ose vozidla 7.
Jak již bylo uvedeno, je jedním z cílů tohoto vynálezu zvýšení pohotovosti určení směru, změny směru a polohy vozidla 7 i při malém počtu dostupných satelitů 9 systému satelitní navigace. Z popisu funkce způsobu podle vynálezu je patrné, že jediný satelit 9 dostačuje pro určení diference fází nosné vlny a s využitím mapy tratě k určení směru a polohy vozidla 7 na trati 8. V případě stíněné obloukovité tratě 8 (například vedené údolím), kdy bývá přijímán malý počet satelitů 9, bude docházet k postupnému „předávání“ (tak zvanému „handover“) přijímače 1 od jednoho satelitu k jinému satelitu 9 a poloha vozidla 7 na trati 8 tak bude určována bez častějších výpadků (obr. 6).
Dalším cílem je snížení četnosti provádění reinicializace, potlačení účinků mnohacestného šíření signálu 10 a zvýšení spolehlivosti určení směru, změny směru a polohy vozidla 7 při příjmu signálů 10 od více satelitů 9 systému satelitní navigace. Každý satelit 9, který je „inicializovaný“ (je pro daný satelit 9 znám rozdíl ambiguit k anténám 2, 3) na rovném úseku nebo ze známé polohy vozidla 7 na trati 8, určené pomocí již inicializovaného satelitu 9 nebo satelitů 9, přidává samostatné řešení úlohy určení směru/polohy vozidla 7 na trati 8.
Pokud dojde k zastínění signálu 10 od jednoho nebo více satelitů 9 překážkou (například trakční bránou, lávkou, mostem a podobně) a tak zvanému cycle-slipu (nezapočtení cyklu, resp. jedné vlnové délky) pro jednu nebo obě antény 2, 3, není nutná reinicializace jako u doposud vyvinutých metod. Pomocí signálů 10 z ostatních satelitů 9 (alespoň jednoho) lze pokračovat ve stanovení jednoduchých diferencí fází nosné vlny signálu 10 systému satelitní navigace, to je v určení směru a polohy vozidla 7 na trati 8 (obr. 7).
Řešení od jednotlivých satelitů 9 se komparují. Tak je zvýšena spolehlivost, ale také detekováno mnohacestné šíření signálu 10 od konkrétního satelitu 9. Další zvýšení spolehlivosti v určení polohy vozidla 7 na trati 8 je dosaženo využitím znalosti počátečního a koncového úhlu oblouku tratě 8 projetého vozidlem 7, případně i celé ~11~ : ; í í : * » trajektorie oblouku tratě 8. Dále je spolehlivost určení polohy vozidla 7 na trati 8 zvýšena postupnou detekcí jednotlivých projetých oblouků tratě 8, s využitím předchozího principu porovnání počátečního a koncového úhlu oblouku tratě 8, případně trajektorie celého oblouku tratě 8. Konečně další zvýšení spolehlivosti je dosaženo využitím druhého přijímače 1 s anténami 2, 3 na opačném konci vozidla 7 (obr. 8). Tato konfigurace je vhodná zvláště pro elektrická vozidla 7, jejichž trakční výstroj může omezovat výhled na oblohu v podélném směru pod malým elevačním úhlem.
Dalším cílem tohoto vynálezu je odstranění určení ambiguit při reinicializaci po úplném přerušení příjmu signálu 10 systému satelitní navigace. Pro případ celkového řešetu a opětovné inicializace způsobu a systému pro určení směru, změny směru a polohy vozidla 7 na trati 8 lze využít postup identický s inicializací, to je určení polohy vozidla 7 na trati 8 na základě měření fáze kódu některého ze signálů 10 systému satelitní navigace s dostatečně širokým konfidenčním intervalem na přímém úseku trati 8 a s pomocí databáze mapy tratě 8 s vázanými údaji o poloze a směru vozidla 7 na trati 8. Takto je okamžitě určen rozdíl ambiguit Nl - N2 potřebný pro řešení rovnice (2). V případě přerušení příjmu signálu 10 od posledního satelitu 9 je po určitou dobu (kdy chyba v ujeté vzdálenosti nepřesáhne požadovanou hodnotu) využit odometrický systém (odometr 5 a/nebo Dopplerův radar 6), s jehož pomocí a s mapou tratě 8 lze způsob a systém pro určení směru, změny směru a polohy vozidla 7 na trati 8 rychle reinicializovat.
Dalším cílem tohoto vynálezu je odstranění nutnosti určení časových offsetů mezi časovými základnami jednotlivými přijímačů a času systémů satelitní navigace. Pokud dva nebo více procesních kanálů přijímače 1 systému satelitní navigace zpracovávají signál 10 z identického satelitu 9 s využitím společné časové základny přijímače 1, je časový offset mezi časovou základnou přijímače 1 a časovou základnou systému satelitní navigace shodný pro všechny tyto procesní kanály přijímače 1, a je pomocí první diference eliminován, jak je patrné z rovnic (1) a (2).
Průmyslová využitelnost
Způsob a systém podle tohoto vynálezu pro určení směru a polohy vozidla na principu komparace jednoduchých diferencí měřených fází signálu nosné vlny ~ 12 ~ systému satelitní navigace a jednoduchých diferencí skutečných vzdáleností mezi satelitem systémů satelitní navigace a anténami přijímače signálů systémů satelitní navigace jsou využitelné zejména pro detekci směru vlaku na výhybkách a určování polohy vlaku.
2_O .
Seznam vztahových značek
... přijímač signálů 10 systémů satelitní navigace
2, 3... antény
... palubní procesní jednotka
... odometr
... Dopplerův radar
... vozidlo
... trať
... satelit
... signály systémů satelitní navigace
11... oběžné dráhy satelitů 9
D ... část přímého úseku tratě 8 vhodná pro inicializaci systému E ... přímý úsek tratě 8
Claims (10)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob určení směru a polohy vozidla, zejména kolejového vozidla, na principu satelitní navigace, kdy se nejprve určuje poloha vozidla (7) měřením fáze kódu signálu (10) systému satelitní navigace se šířkou konfidenčního (spolehlivostního) intervalu polohy určenou ze statistického rozložení dle požadované spolehlivosti na v podstatě přímém úseku (E) tratě (8) vozidla (7), takto určená poloha se přiřadí identické poloze v databázi mapy tratě (8) a této poloze odpovídajícímu směru tratě (8) v databázi mapy tratě (8), vyznačující se tím, že se měří fáze nosné vlny signálu (10) systému satelitní navigace z alespoň jednoho satelitu (9), jehož poloha je v čase tohoto měření známa, přijímaného nejméně jednou dvojicí antén (2^3) situovaných na vozidle (7), následně se určuje rozdíl mezi měřenými hodnotami fáze nosné vlny signálu (10) přijímaného jednotlivými anténami (2,^), načež se ze známé polohy satelitu (9) a poloh alespoň jedné dvojice antén (2^), určených ze známé trajektorie tratě (8) z databáze mapy tratě (8) a přiřazených poloze vozidla (7) na trati (8), určují skutečné vzdálenosti mezi anténami (2^) a satelitem (9) a následně rozdíl těchto vzdáleností pro alespoň jednu dvojici antén (2,3), a porovnáním rozdílů skutečných vzdáleností a rozdílu měřených fází nosné vlny signálu (10) satelitní navigace se vyberou nejbližší rozdíly a stanoví aktuální poloha a směr vozidla (7) na trati (8).
- 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dvojice antén (2^3) jsou orientovány příčně k podélné ose vozidla (7).
- 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se pro zvýšení spolehlivosti v určení polohy a směru vozidla (7) na trati (8) využívá množství satelitů (9).
- 4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se použije pro určení směru vlaku na výhybce trati (8).
- 5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se pro zvýšení spolehlivosti v určení polohy a směru vozidla (7) na trati (8) použije pro určení počátečního a koncového úhlu oblouku na trati (8) a pro detekci po sobě jdoucích oblouků při průjezdu vozidla (7) tímto obloukem nebo oblouky.
- 6. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se pro zvýšení spolehlivosti v určení polohy a směru vozidla (7) na trati (8) použijí dvojice antén (2,3) situované na opačných koncích vozidla (7).
- 7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se použije pro upřesnění resp. kalibraci absolutní polohy vozidla (7) trvale určované z dalších relativních senzorů situovaných na vozidle (7).
- 8. Systém k provádění způsobu podle některého z nároků 1 až 7, obsahující alespoň jeden přijímač (1) signálů (10) satelitní navigace z nejméně jednoho satelitu (9), vyznačující se tím, že přijímač (1), připojený svými anténními vstupy k dvojici antén (2, 3) situovaných na vozidle (7), má nezávislé kanály pro zpracování signálů z obou anténních vstupů, umožňující paralelní zpracování signálů (10) identického satelitu (9) z obou těchto vstupů, a je opatřen společnou časovou základnou, tvořenou lokálním oscilátorem, kde antény (2, 3) jsou na vozidle (7) orientovány tak, že spojnice jejich středů je v příčném směru k podélné ose vozidla (7) a má konstantní známou délku (I), přičemž k přijímači (1) je připojena palubní procesní jednotka (4) s mapovou databází trati (8).
- 9. Systém podle nároku 8, vyznačující se tím, že k palubní procesní jednotce (4) je připojen odometr (5) a / nebo Dopplerův radar (6).
- 10. Systém podle nároku 8, vyznačující se tím, že na vozidle (7) je uspořádána nejméně jedna další dvojice antén (2, 3) s odpovídajícím dalším přijímačem (1).
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-741A CZ2013741A3 (cs) | 2013-09-25 | 2013-09-25 | Způsob určení směru a polohy vozidla na principu satelitní navigace a systém k provádění tohoto způsobu |
| RS20170023A RS55570B1 (sr) | 2013-09-25 | 2014-06-05 | Metod za određivanje pravca kretanja i pozicije vozila zasnovan na satelitskoj navigaciji, i sistem za primenu ovog metoda |
| LTEP14001956.3T LT2853922T (lt) | 2013-09-25 | 2014-06-05 | Būdas judėjimo krypčiai ir transporto priemonės pozicijai nustatyti, remiantis palydovine navigacija ir sistema šiam būdui įgyvendinti |
| EP14001956.3A EP2853922B1 (en) | 2013-09-25 | 2014-06-05 | Method for determining the movement direction and position of a vehicle based on satellite navigation and the system for carrying out this method |
| HRP20170243TT HRP20170243T1 (hr) | 2013-09-25 | 2017-02-15 | Postupak za određivanje pravca kretanja i pozicije vozila zasnovan na satelitskoj navigaciji, i sustav za primjenu ovog postupka |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-741A CZ2013741A3 (cs) | 2013-09-25 | 2013-09-25 | Způsob určení směru a polohy vozidla na principu satelitní navigace a systém k provádění tohoto způsobu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ305073B6 CZ305073B6 (cs) | 2015-04-22 |
| CZ2013741A3 true CZ2013741A3 (cs) | 2015-04-22 |
Family
ID=50972410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2013-741A CZ2013741A3 (cs) | 2013-09-25 | 2013-09-25 | Způsob určení směru a polohy vozidla na principu satelitní navigace a systém k provádění tohoto způsobu |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2853922B1 (cs) |
| CZ (1) | CZ2013741A3 (cs) |
| HR (1) | HRP20170243T1 (cs) |
| LT (1) | LT2853922T (cs) |
| RS (1) | RS55570B1 (cs) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104865589A (zh) * | 2015-06-14 | 2015-08-26 | 成都可益轨道技术有限公司 | 铁路机车车辆安全导航系统 |
| FR3041768B1 (fr) * | 2015-09-25 | 2017-09-08 | Thales Sa | Procede et systeme de positionnement ferroviaire |
| WO2017145575A1 (ja) * | 2016-02-24 | 2017-08-31 | 三菱電機株式会社 | 衛星測位装置及び列車制御システム |
| KR102656655B1 (ko) * | 2018-08-16 | 2024-04-12 | 삼성전자 주식회사 | 외부 전자 장치의 이동 방향에 기반하여 동작을 수행하는 전자 장치 및 전자 장치의 동작 방법 |
| US11662477B2 (en) * | 2018-11-16 | 2023-05-30 | Westinghouse Air Brake Technologies Corporation | System and method for determining vehicle position by triangulation |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5296861A (en) * | 1992-11-13 | 1994-03-22 | Trimble Navigation Limited | Method and apparatus for maximum likelihood estimation direct integer search in differential carrier phase attitude determination systems |
| US5543804A (en) * | 1994-09-13 | 1996-08-06 | Litton Systems, Inc. | Navagation apparatus with improved attitude determination |
| US6005514A (en) * | 1997-09-15 | 1999-12-21 | United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method for attitude determination using GPS carrier phase measurements from nonaligned antennas |
| WO2001018558A1 (en) * | 1999-09-10 | 2001-03-15 | Ge-Harris Railway Electronics, Llc | Methods and apparatus for measuring navigational parameters of a locomotive |
| US6421003B1 (en) * | 2000-05-19 | 2002-07-16 | Sri International | Attitude determination using multiple baselines in a navigational positioning system |
| EP1299746B1 (fr) * | 2000-06-30 | 2004-12-08 | Alstom Belgium S.A. | Procede de determination en securite de la localisation d'un objet, de preference un vehicule, se deplacant selon une trajectoire connue |
| US7027918B2 (en) * | 2003-04-07 | 2006-04-11 | Novariant, Inc. | Satellite navigation system using multiple antennas |
| US7310062B1 (en) * | 2005-07-28 | 2007-12-18 | Rockwell Collins, Inc. | Dual antenna diversity method to detect GPS signal tampering |
-
2013
- 2013-09-25 CZ CZ2013-741A patent/CZ2013741A3/cs unknown
-
2014
- 2014-06-05 RS RS20170023A patent/RS55570B1/sr unknown
- 2014-06-05 EP EP14001956.3A patent/EP2853922B1/en active Active
- 2014-06-05 LT LTEP14001956.3T patent/LT2853922T/lt unknown
-
2017
- 2017-02-15 HR HRP20170243TT patent/HRP20170243T1/hr unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ305073B6 (cs) | 2015-04-22 |
| RS55570B1 (sr) | 2017-05-31 |
| EP2853922B1 (en) | 2016-11-30 |
| EP2853922A1 (en) | 2015-04-01 |
| LT2853922T (lt) | 2017-03-27 |
| HRP20170243T1 (hr) | 2017-04-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7292185B2 (en) | Attitude determination exploiting geometry constraints | |
| Chen et al. | Railway track irregularity measuring by GNSS/INS integration | |
| US7233864B2 (en) | Method for improving GPS integrity and detecting multipath interference using inertial navigation sensors and a network of mobile receivers | |
| CN109613585A (zh) | 一种对基站天线超短基线gnss双天线实时测向的方法 | |
| CZ2013741A3 (cs) | Způsob určení směru a polohy vozidla na principu satelitní navigace a systém k provádění tohoto způsobu | |
| US10996345B2 (en) | Signal fault detection for global navigation satellite system using multiple antennas | |
| US9810790B2 (en) | Method for evaluating a satellite signal in a global navigation satellite system with respect to a multipath error, receiver for a global navigation satellite system and motor vehicle | |
| US20110288728A1 (en) | Navigation method, navigation system, navigation device, vehicle provided therewith and group of vehicles | |
| US10501101B2 (en) | Train-position detection device | |
| JP4729197B2 (ja) | 物体の姿勢検出装置および整数バイアス再決定方法 | |
| Zhu et al. | Dual-antenna GNSS integrated with MEMS for reliable and continuous attitude determination in challenged environments | |
| KR100443550B1 (ko) | 오차보정시스템을 구비하는 관성측정유닛-지피에스통합시스템과 미지정수 검색범위 축소방법 및 사이클 슬립검출방법, 및 그를 이용한 항체 위치, 속도,자세측정방법 | |
| Han et al. | Robust GPS/BDS/INS tightly coupled integration with atmospheric constraints for long-range kinematic positioning | |
| CN105510945A (zh) | 一种应用于卫导着陆外场检测的ppp定位方法 | |
| Falco et al. | Positioning based on tightly coupled multiple sensors: A practical implementation and experimental assessment | |
| Kubo et al. | Performance improvement of RTK-GNSS with IMU and vehicle speed sensors in an urban environment | |
| JP4322829B2 (ja) | サイクルスリップ検出装置及びサイクルスリップ検出方法 | |
| JP7140443B2 (ja) | アンテナ間相対位置推定方法及びアンテナ間相対位置推定プログラム | |
| Li et al. | Inertial aided cycle slip detection and repair for PPP/INS tightly coupled navigation | |
| Gehrt et al. | A pseudolite position solution within a Galileo test environment for automated vehicle applications | |
| CZ26249U1 (cs) | Systém pro určení směru a polohy vozidla, zejména kolejového vozidla, na principu satelitní navigace | |
| KR100341801B1 (ko) | 다중안테나를이용한도시형차량항법시스템 | |
| Vasilyuk et al. | Attitude determination with the aid of a triple-antenna GNSS receiver without integer ambiguity resolutions integrated with a low-cost inertial measurement unit | |
| Neri et al. | A multi-sensor autonomous integrity monitoring approach for railway and driver-less cars | |
| EP3124999B1 (en) | A method and apparatus for determining an object heading |