基于嵌入式多信息融合的列车测速定位系统
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基金项目：国家科技支撑计划基金资助项目“高速磁浮交通技术创新及产业化研究”(B18HQ210-09109)
作者简介：郭自刚(1975－)，男，工程师，主研方向：嵌入式系统，计算机体系结构；赵建波，工程师；倪明，研究员收稿日期：2012-11-29
修回日期：2013-02-04
E-mail ：guozigang@https://www.360docs.net/doc/27491348.html,
基于嵌入式多信息融合的列车测速定位系统
郭自刚，赵建波，倪明
(中国电子科技集团公司第三十二研究所，上海 200233)
摘
要：列车的测速定位是提高列车运行安全及运输效率的关键技术。为此，根据国内外研究发展现状，提出一种基于嵌入式多传感器信息融合的列车测速定位系统。通过轮轴速度传感器、多普勒雷达速度传感器、加速度计和查询应答器采集列车的状态信息，并在嵌入式系统中利用联邦Kalman 滤波及融合技术对信息进行处理，实现测速轮径的自适应校正以及空转/滑行的检测与补偿，减小由于车轮磨损、空转、滑行、环境等因素造成的列车测速定位误差。Matlab 仿真结果表明，该系统能够有效提高列车测速定位的精度。
关键词：嵌入式；信息融合；多传感器；列车；测速；定位
Train Speed Detection and Positioning System Based on
Embedded Multi-information Fusion
GUO Zi-gang,ZHAO Jian-bo,NI Ming
(The 32nd Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Shanghai 200233, China)
【Abstract 】Train speed detection and positioning are key technologies for improving the safety and efficiency of train operation.According to the domestic and foreign research in this field, a train detection and positioning system is designed based on embedded processor and multi-sensor information fusion. An axle speed sensor, a Doppler radar speed sensor, an acceleration sensor and query bails are employed to collect train status information. Federal Kalman filtering and the multi-sensor information fusion method are used to process these information in an embedded system. Problem of errors caused by train wheel diameter wearing, idling, sliding and other factors in tradition system is solved. Simulation results in Matlab show that the system can effectively improve the precision of train speed detection and positioning.
【Key words 】embedded; information fusion; multi-sensor; train;speed detection;positioning DOI: 10.3969/j.issn.1000-3428.2013.12.003
计算机工程Computer Engineering
第39卷第12期V ol.39 No.122013年12月December 2013
·轨道交通专题·
文章编号：1000—3428(2013)12—0011—06
文献标识码：A
中图分类号：U231.7
1概述
在基于CBTC 的轨道交通信号系统中[1]，列车的测速和
定位信息成为列车自动驾驶、安全防护、自动监督过程中最为关键的信息，实时、准确地获得列车速度和位置信息，是列车安全、高效运行的保障。因此，针对列车测速定位方法的研究，对于推动城市轨道交通的发展具有重大和深远的意义。
列车在运行过程中由于列车牵引状态及运行环境发生变化引起列车轮径磨损、空转、滑行等现象，对列车的测速定位带来了很大影响。目前，列车测速定位系统的发展趋势主要是采用多传感器信息融合的方法。文献[2]通过轮轴速度传感器、加速度传感器、多普勒雷达、查询应答器等多传感器检测的技术，并利用多信息融合算法实现列车的测速定位，有效地降低了轮径磨损、空转、滑行等因素
造成的误差问题。
本文分析列车测速定位系统的特点，研究多信息融合算法，设计并实现一种基于ARM9+μC/OS-Ⅱ多传感器信息融合的列车定位系统。
2
控制系统设计
2.1
系统工作原理
轮轴速度传感器具有安全编码特性，列车正常运行时
轮轴速度传感器的测量精度比多普勒雷达等其他测速传感器的测量精度要高得多，能够利用其获取速度、位置及方向的基准信息，但列车在牵引/制动的运行过程中会产生轮径磨损、滑行和空转的现象，进而引起误差的产生。针对该问题，本文在使用轮轴速度传感器的基础上引入加速度传感器、多普勒雷达传感器及地面查询应答器等辅助传感器，通过四者的结合有效地检测轮径磨损、空转、滑行现