劉 鋒

(深圳地鐵3號(hào)線投資有限公司，518000，深圳∥工程師)

列車測(cè)速定位在列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中有著非常重要的地位:列車定位方法的精度和可靠性是影響列車安全防護(hù)距離的重要因素之一，關(guān)系到列車的運(yùn)行間隔，影響軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營效率;列車定位方法的機(jī)理和采用的傳感器是影響列車運(yùn)行控制系統(tǒng)制式的一個(gè)重要因素，關(guān)系到可采用的閉塞制式，影響到列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的兼容性和生命周期費(fèi)用。所以列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的性能與列車定位子系統(tǒng)密不可分。在軌道交通行車安全和指揮系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地獲得列車速度和位置信息是列車安全、高效運(yùn)行的保障，對(duì)列車測(cè)速定位方法的深入研究，對(duì)于推動(dòng)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的研究和軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展具有重大意義。

1 列車定位技術(shù)及其發(fā)展歷程

列車測(cè)速定位系統(tǒng)是利用傳感器技術(shù)來獲得列車的運(yùn)行速度和位置信息。當(dāng)列車在某段線路上正常運(yùn)行時(shí)，由于軌道對(duì)列車運(yùn)行的導(dǎo)向和約束作用，列車的軌跡可被認(rèn)為是唯一的。因此，傳統(tǒng)的利用傳感器進(jìn)行列車定位的方法是把曲線段視為直線段，將列車的定位問題變化為對(duì)線路的長(zhǎng)度測(cè)量問題。

固定閉塞技術(shù)中采用軌道電路作為檢測(cè)列車位置的基本手段。美國人魯賓遜1870年發(fā)明了開路式軌道電路，從此誕生了自動(dòng)化的列車定位技術(shù)。其列車定位原理是將線路劃分為多個(gè)固定的軌道區(qū)段，利用列車車軸短路軌道電路使軌道繼電器失磁落下或勵(lì)磁吸起(開路式軌道電路)來給出這一區(qū)段的列車占用信息。傳統(tǒng)的固定閉塞制式下，系統(tǒng)無法知道列車在區(qū)段內(nèi)的具體位置，因此列車制動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)總在某一區(qū)段的邊界。為充分保證安全，必須在兩列車間增加一個(gè)防護(hù)區(qū)段，這使得列車間的安全間隔較大，影響了線路的使用效率。

準(zhǔn)移動(dòng)閉塞在控制列車的安全間隔技術(shù)上比固定閉塞進(jìn)了一步。它通過采用報(bào)文式軌道電路輔之環(huán)線或應(yīng)答器來判斷分區(qū)占用并傳輸信息，信息量大，可以告知后續(xù)列車?yán)^續(xù)前行的距離;后續(xù)列車可根據(jù)這一距離合理地采取減速或制動(dòng)。準(zhǔn)移動(dòng)閉塞制式下，列車制動(dòng)的起點(diǎn)可延伸至保證其安全制動(dòng)的地點(diǎn)，從而可改善列車速度控制，縮小列車安全間隔，提高線路利用效率。但準(zhǔn)移動(dòng)閉塞中后續(xù)列車的最大目標(biāo)制動(dòng)點(diǎn)仍必須在先行列車占用分區(qū)的外方，因此它并沒有完全突破軌道電路的限制。

基于WLAN無線通信的移動(dòng)閉塞是一種采用先進(jìn)的通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)，連續(xù)控制、監(jiān)測(cè)列車運(yùn)行的控制方式。其列車定位技術(shù)大多采用交叉感應(yīng)環(huán)線、信標(biāo)、測(cè)速電機(jī)、多普勒雷達(dá)和信標(biāo)讀取器等技術(shù)，擺脫了用軌道電路判別閉塞分區(qū)占用情況，突破了固定及準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的局限性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)列車位置的精確定位，較以往系統(tǒng)具有更大的技術(shù)優(yōu)越性和先進(jìn)性，代表著目前世界上列車定位技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 列車定位技術(shù)現(xiàn)狀分析

隨著工程技術(shù)的發(fā)展，人們提出了多種列車定位技術(shù)，如軌道電路、里程計(jì)、查詢/應(yīng)答器、測(cè)速儀、衛(wèi)星系統(tǒng)、無線通信、感應(yīng)回線等，目前常用的有以下幾種。

(1)基于軌道電路的列車定位:將鋼軌分成不同的區(qū)段，在每個(gè)區(qū)段的始端和終端加上發(fā)送、接收器件，構(gòu)成一個(gè)信息傳輸回路。當(dāng)列車進(jìn)入?yún)^(qū)段時(shí)，輪對(duì)將兩根鋼軌短路，信息不能到達(dá)接收端，接收端繼電器失磁落下，達(dá)到列車定位的目的。軌道電路定位方式的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、方便、可靠性高，既可以實(shí)現(xiàn)列車定位，又可以檢測(cè)軌道的完好情況。其缺點(diǎn)是定位精度取決于軌道電路的長(zhǎng)度，不精確，無法構(gòu)成移動(dòng)閉塞。

(2)基于查詢/應(yīng)答器的列車定位:是世界鐵路上運(yùn)用最為廣泛的一種方式，一般由車載查詢器、地面應(yīng)答器和軌旁電子單元組成。應(yīng)答器以一定間隔距離設(shè)置在鐵路沿線上，列車每經(jīng)過一個(gè)地面應(yīng)答器，車載查詢器就會(huì)讀取存儲(chǔ)在其上的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)列車的點(diǎn)式定位。查詢/應(yīng)答器定位方式的優(yōu)點(diǎn)是地面應(yīng)答器安裝地點(diǎn)的定位精度較高，在復(fù)雜道路上可以正確區(qū)分列車的行駛股道，維修費(fèi)用低、使用壽命長(zhǎng)且能在惡劣條件下穩(wěn)定工作。其缺點(diǎn)是只能給出點(diǎn)式定位信息，存在設(shè)置間距和投資規(guī)模的矛盾。一般采用混合定位法，即用輪軸編碼器累加測(cè)距，以查詢/應(yīng)答器糾正累計(jì)。在輪徑變化、打滑或空轉(zhuǎn)時(shí)，累計(jì)誤差可能很大，臨近前方應(yīng)答器時(shí)，累計(jì)誤差達(dá)到最大。

(3)基于測(cè)速的列車定位:由于軌道線路是一維的，只要檢測(cè)出列車的行駛速度，經(jīng)過計(jì)算得出行駛里程，就可以確定列車在軌道線路上的具體位置。列車的行駛速度可采用速度傳感器(陀螺儀)測(cè)量列車在三維空間的加速度，然后通過積分計(jì)算獲得，也可通過多普勒雷達(dá)測(cè)速方式測(cè)量?；跍y(cè)速的列車定位是一種典型的增量式相對(duì)定位，存在累計(jì)誤差。在定位精度要求較高的地點(diǎn)，可以通過加標(biāo)志位(如查詢應(yīng)答器)的方法不斷校正其位置信息。

(4)基于無線通信的列車定位:在列車上和軌道沿線設(shè)置擴(kuò)頻無線電設(shè)備，利用先進(jìn)的無線擴(kuò)頻通信、偽碼和計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的實(shí)時(shí)定位、跟蹤。無線擴(kuò)頻列車定位的優(yōu)點(diǎn)是定位比較精確，但需要在沿線設(shè)置專用擴(kuò)頻基站，投資成本較高。利用GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))數(shù)字蜂窩網(wǎng)、CDMA(碼分多址通信)等地面通信網(wǎng)也可以實(shí)現(xiàn)列車的定位，主要包括基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間或時(shí)間差、基于信號(hào)到達(dá)角度、基于接收信號(hào)以及混合定位等基本方式。該技術(shù)充分利用了現(xiàn)有的通信系統(tǒng)，系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)營維護(hù)成本較低;但目前尚不成熟，定位精度不高，定位誤差為幾十米到幾百米，不能滿足列車控制對(duì)定位精度的要求。

(5)基于感應(yīng)回線的列車定位:在軌道線路上鋪設(shè)等距交叉的電纜，當(dāng)列車經(jīng)過每個(gè)電纜交叉點(diǎn)時(shí)，車載設(shè)備檢測(cè)到回線內(nèi)信號(hào)的極性變化，并對(duì)極性變化的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而確定列車經(jīng)過的距離，達(dá)到列車定位的目的。交叉感應(yīng)回線定位方式成本較低，實(shí)現(xiàn)也比較簡(jiǎn)單，但只能實(shí)現(xiàn)列車的相對(duì)定位，每隔一段距離要對(duì)列車的位置進(jìn)行修正，而且定位精度受交叉區(qū)長(zhǎng)度的影響。如果交叉區(qū)比較窄，位置脈沖漏計(jì)的可能性增大。

除上述常用的列車定位技術(shù)外，科技工作者在新型列車定位方法研究方面做出了不懈的努力，提出了一些各具特色的定位方法。例如，利用接觸網(wǎng)定位器進(jìn)行列車定位，通過電渦流傳感器檢測(cè)線路沿線由鋼軌扣件和道岔產(chǎn)生的非特性隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行列車的測(cè)速和定位。

3 城市軌道交通運(yùn)行環(huán)境分析

城市軌道交通有著自己的特點(diǎn):

(1)由于城市土地資源緊張，一般的城市軌道交通都是地下鐵道，列車運(yùn)行于地下一定的深度，地面上的電磁波無法直接傳播到地鐵中，列車無法接收到GPS(全球定位系統(tǒng))等的衛(wèi)星信號(hào)，所以在城市軌道交通中，GPS等定位技術(shù)己無用武之地。

(2)城市軌道交通中列車的運(yùn)行路線比較固定，而且比較簡(jiǎn)單，可看作是一維的，故只要測(cè)量出列車運(yùn)行的距離就可以確定列車的位置。

(3)城市軌道交通的列車速度不是很高，一般為80 km/h。但城市軌道交通中CBTC系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展，移動(dòng)自動(dòng)閉塞的實(shí)現(xiàn)，使列車之間的追蹤間隔越來越小，一般能到90 s，未來會(huì)更小，測(cè)速定位的實(shí)時(shí)性和精度就顯得更加重要。

(4)城市軌道交通的路面情況雖然沒有鐵路復(fù)雜，但也有很多的不確定因素，對(duì)雷達(dá)測(cè)速有一定的隨機(jī)干擾(白色和有色噪聲)。城市軌道交通與鐵路一樣存在輪對(duì)空轉(zhuǎn)和滑行等情況，輪軸測(cè)速傳感器測(cè)速也因此受到影響。加速度由于列車的振動(dòng)等也會(huì)有測(cè)量誤差。

4 基于多傳感器信息融合的列車測(cè)速定位新技術(shù)

4.1 多傳感器信息融合結(jié)構(gòu)分析

多級(jí)式融合結(jié)構(gòu)的各局部節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)或分別是集中式、分布式、或混合式融合中心。它們將接收和處理來自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)或來自多個(gè)融合節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)估計(jì)，而系統(tǒng)的融合中心要再次對(duì)各局部融合節(jié)點(diǎn)傳送來的狀態(tài)估計(jì)進(jìn)行融合。也就是說，列車的狀態(tài)估計(jì)要經(jīng)過多達(dá)兩級(jí)以上的狀態(tài)融合處理。如圖1所示，局部融合節(jié)點(diǎn)1的融合對(duì)象是輪軸速度傳感器和加速度計(jì)，而局部融合節(jié)點(diǎn)2的融合對(duì)象是多普勒雷達(dá)速度傳感器和加速度計(jì);加速度計(jì)在這里有兩個(gè)用途，首先是用于輪軸速度傳感器的空轉(zhuǎn)滑行檢測(cè)和處理，另外也作為數(shù)據(jù)融合的其中一個(gè)對(duì)象。

由于輪軸速度傳感器和多普勒雷達(dá)速度傳感器的測(cè)速原理不同，它們的誤差來源也有很大的區(qū)別，采用這兩種傳感器能有效地進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。加速度計(jì)與這兩種傳感器的差別更大，上述兩種傳感器測(cè)量的是列車速度分量，而加速度計(jì)測(cè)量的是列車加速度分量，其隨機(jī)誤差主要是其固有測(cè)量誤差和列車振動(dòng)引起的測(cè)量誤差，不受軌道狀況的影響，所以加速度計(jì)與上述兩種傳感器進(jìn)行信息融合能進(jìn)一步提高測(cè)速定位的精度。

圖1 多級(jí)式多傳感器融合結(jié)構(gòu)

4.2 測(cè)速定位系統(tǒng)的算法模型分析

信息融合的結(jié)構(gòu)方案關(guān)系到測(cè)速定位系統(tǒng)的性能，對(duì)列車狀態(tài)估計(jì)的精度和實(shí)時(shí)性有很大的影響。但如果沒有好的處理算法，再好的融合結(jié)構(gòu)也無從發(fā)揮。

應(yīng)用于隨機(jī)系統(tǒng)的Kalman濾波理論在航空、航天、工業(yè)過程控制等領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用。它建立在精確的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)之上，并假設(shè)噪聲輸入為嚴(yán)格的高斯過程或高斯序列。然而實(shí)際問題常常不能滿足這些條件，導(dǎo)致濾波發(fā)散?；隰敯鬑∞濾波融合的測(cè)速定位方法與基于Kalman濾波融合的測(cè)速定位方法很相似，但H∞濾波對(duì)干擾信號(hào)的頻譜特性不需做任何假設(shè)，過程和測(cè)量噪聲可以是具有有界能量的任意信號(hào)(見圖2)，這與 Kalman濾波剛好相反。Kalman濾波融合算法估計(jì)精度較高，但需要對(duì)干擾信號(hào)有準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)描述，魯棒性不強(qiáng);H∞濾波融合算法估計(jì)精度沒有Kalman濾波融合算法高，但其不需要對(duì)干擾信號(hào)作任何假設(shè)，有較高 的魯棒性。

圖2 基于多級(jí)H∞濾波的多傳感器信息融合列車測(cè)速定位方法

4.3 基于多級(jí)H∞濾波的多傳感器信息融合列車測(cè)速定位系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)

測(cè)速定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。其硬件設(shè)備主要包括輪軸速度傳感器、多普勒雷達(dá)、加速計(jì)、查詢應(yīng)答器、測(cè)速板和計(jì)算機(jī)等。測(cè)速板是為了保證數(shù)據(jù)采集的同步設(shè)計(jì)的。測(cè)速板上設(shè)計(jì)了需要的各種接口，其功能是:①實(shí)時(shí)采集各種傳感器的測(cè)量信息，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的預(yù)處理，如速度計(jì)算、數(shù)據(jù)幀分析、應(yīng)答器報(bào)文分析等，同時(shí)對(duì)各個(gè)傳感器進(jìn)行簡(jiǎn)單的工作狀態(tài)檢測(cè);②把處理好的信息通過以太網(wǎng)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)進(jìn)行濾波融合計(jì)算，得到較高精度和較高可靠性的測(cè)速定位估計(jì)，送到列車控制系統(tǒng)。為了提高系統(tǒng)的可靠性，利用設(shè)備供應(yīng)商提供的軟件，計(jì)算機(jī)可對(duì)多普勒雷達(dá)、加速計(jì)和應(yīng)答器的數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)的分析，以增加信息的冗余，也能更好地檢測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)。

綜上所述，基于多級(jí)H∞濾波的多傳感器信息融合列車測(cè)速定位系統(tǒng)，把輪軸速度傳感器、多普勒雷達(dá)、加速度計(jì)和查詢應(yīng)答器等結(jié)合起來進(jìn)行多傳感器信息融合，能有效進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。同時(shí)，它采用了適于城市軌道交通的基于聯(lián)合H∞濾波融合的測(cè)速定位算法，并針對(duì)各個(gè)傳感器測(cè)速定位的特點(diǎn)進(jìn)行了相應(yīng)的處理，如測(cè)速輪對(duì)的名義輪徑的修正、多普勒雷達(dá)速度傳感器的速度系數(shù)的調(diào)整等，達(dá)到了較高的列車定位精度和可靠性。

圖3 基于多級(jí)H∞濾波的多傳感器信息融合列車測(cè)速定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5 基于漏泄同軸光纜的列車定位新技術(shù)

目前，世界上只有日本的高速列車區(qū)段采用漏泄同軸實(shí)現(xiàn)車地通信。日本所采用的漏泄同軸輻射槽是“八”字形的，其耦合損耗波動(dòng)高達(dá)20 dB。同時(shí)，由于在漏纜中沒有光纖束管，不能構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換穩(wěn)定的寬帶車地通信系統(tǒng)，故整個(gè)系統(tǒng)的使用帶寬不到1 MHz，不能傳遞高速列車準(zhǔn)確定位和實(shí)時(shí)追蹤的信息。此外，其車載的發(fā)射和接收天線都是開放式天線，車載的發(fā)射系統(tǒng)將對(duì)外界產(chǎn)生電磁場(chǎng)干擾，車載接收系統(tǒng)也很容易受到外界電磁波的干擾。車地通信系統(tǒng)關(guān)系到行車安全，如受到外界干擾，將增加誤碼，甚至使行車指令產(chǎn)生錯(cuò)誤，危及行車安全。

5.1 雙鋼絲加強(qiáng)內(nèi)導(dǎo)體E形開槽外導(dǎo)體漏泄同軸光纜

該漏泄同軸光纜由聚乙烯或其它塑料擠塑形成塑料空管，在塑料空管的兩側(cè)含有兩根加強(qiáng)鋼絲。兩根加強(qiáng)鋼絲與塑料空管中心在同一平面上。這種含有兩根加強(qiáng)鋼絲的塑料空管是內(nèi)導(dǎo)體的機(jī)械強(qiáng)度支撐體。在擠塑過程中，在含有兩根加強(qiáng)鋼絲的塑料空管中縱向放置具有充油的光纖束管(充油束管中的光纖數(shù)由系統(tǒng)需求確定)。該充油光纖束管是車－地通信的光傳輸媒質(zhì)，可以構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換高質(zhì)量的車－地通信系統(tǒng)。由于內(nèi)導(dǎo)體是由0.05 mm左右的銅塑復(fù)合帶所組成，所以可節(jié)省大量的銅，使漏纜的價(jià)格下降。這種新型內(nèi)導(dǎo)體的大小尺寸由漏泄同軸的結(jié)構(gòu)尺寸所決定。在內(nèi)導(dǎo)體上有相應(yīng)厚度的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣層。寬度大于物理發(fā)泡聚乙烯絕緣層、橫截面周長(zhǎng)5～7 mm、厚0.1 mm的銅帶上，周期性軋制正反E字形輻射槽。將軋有周期性正反E字形輻射槽的銅帶縱包在物理發(fā)泡聚乙烯絕緣層上，形成漏泄同軸外導(dǎo)體。在漏泄同軸外導(dǎo)體上擠塑2.5 mm厚的聚乙烯護(hù)層，就制成了雙鋼絲加強(qiáng)內(nèi)導(dǎo)體E形開槽外導(dǎo)體漏泄同軸光纜。

5.2 漏泄同軸電纜車載天線

漏泄同軸電纜制成的車載天線利用外導(dǎo)體縱向長(zhǎng)槽漏泄同軸的nλ/4(n為奇數(shù)，λ為車載發(fā)送天線或接收天線的電磁波波長(zhǎng))的短路線作為車載系統(tǒng)的發(fā)射和接收天線。截取nλ/4長(zhǎng)度的漏泄同軸電纜，并將其終端內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體用直徑與縱向長(zhǎng)槽漏泄同軸外導(dǎo)體直徑一致的銅片密封短路，始端內(nèi)外導(dǎo)體分別接饋線的內(nèi)外導(dǎo)體，即制成縱向長(zhǎng)槽漏泄同軸車載天線。這種天線與漏泄同軸間的耦合性能穩(wěn)定可靠，使車載天線接收系統(tǒng)對(duì)外來電磁波干擾具有很高的防衛(wèi)度，車載發(fā)射天線系統(tǒng)場(chǎng)強(qiáng)隨距離增加而迅速衰減。

5.3 光電變換發(fā)送接收模塊

光電變換發(fā)送接收模塊示意如圖4所示。光電變換發(fā)送接收模塊中的功率分配器分別接在兩根長(zhǎng)度為500 m(或1 000 m)的漏泄同軸光纜的端頭;這兩根漏泄同軸光纜的另一端接有該漏泄同軸光纜的特性阻抗。漏泄同軸光纜中的兩根光纖在整個(gè)線上是連通的，其中一根在光電變換發(fā)送接收結(jié)構(gòu)中有光的分波器，分下λi(i=1，2，…，n)的波長(zhǎng)，λi的光信號(hào)經(jīng)光電變換為發(fā)送的電信號(hào)，放大后進(jìn)入功率分配器，再連接到左右兩根漏泄同軸光纜的內(nèi)外導(dǎo)體。

光電變換發(fā)送接收模塊利用了漏泄同軸光纜中的光纖束構(gòu)成了光電變換發(fā)送接收結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)中含有光纖的合波和分波器、光的調(diào)制器和探測(cè)器、大功率高頻放大器、電的濾波器和功率分配器。采用500～900 MHz范圍內(nèi)的頻率，也可采用 400～450 MHz的頻率。

圖4 光電變換發(fā)送接受模塊示意圖

光電變換發(fā)送接收模塊中功率分配器與左右兩根漏泄同軸光纜的連接點(diǎn)、兩根漏泄同軸光纜終端特性阻抗的連接點(diǎn)就是準(zhǔn)確位置標(biāo)定點(diǎn)。

5.4 列車定位和指揮系統(tǒng)終端

列車定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。其中，車載數(shù)字信息處理系統(tǒng)包括濾波器、QPSK(四相相移鍵控信號(hào))調(diào)制系統(tǒng)、高頻寬帶的放大器、高速數(shù)據(jù)處理終端、根據(jù)軌道曲率半徑和路基情況制定的三維電子地圖、車載發(fā)射和接收天線、執(zhí)行列車定位和指揮系統(tǒng)終端下達(dá)的行車指令的執(zhí)行結(jié)構(gòu)等;列車定位和指揮系統(tǒng)的終端含有光纖發(fā)射和接收模塊、電的濾波器、QPSK電的調(diào)制系統(tǒng)、高頻寬帶電的放大器、高速數(shù)據(jù)處理終端、根據(jù)軌道曲率半徑和路基情況制定的電子地圖、最優(yōu)化行車運(yùn)行圖的決策結(jié)構(gòu)和行車指令發(fā)出系統(tǒng)。

列車定位和指揮系統(tǒng)的終端發(fā)出的行車指令由漏泄同軸輻射到車載天線，列車可無誤碼地接收到終端所發(fā)出的行車指令。第二根光纖在光電變換發(fā)送接收結(jié)構(gòu)中有λi的合波器，從漏泄同軸經(jīng)波長(zhǎng)分配器接收的機(jī)車信號(hào)，經(jīng)光電變換為光信號(hào)，再經(jīng)合波器傳至列車定位和指揮系統(tǒng)的終端，這樣列車定位和指揮系統(tǒng)的終端就可以接收到整個(gè)行車調(diào)度區(qū)段所有機(jī)車發(fā)出的信息。

圖5 基于漏泄同軸電纜的列車定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

光電變換發(fā)送接收模塊結(jié)構(gòu)中的功率分配器與左右兩根漏泄同軸光纜相連。兩根漏泄同軸光纜的間隔約0.2 m，兩根同軸特性阻抗連接處的間隔也是0.2 m，車載天線在經(jīng)過0.2 m時(shí)收到的是“位置標(biāo)定信號(hào)”。這個(gè)“位置標(biāo)定信號(hào)”就是準(zhǔn)確定位定標(biāo)信號(hào)。列車準(zhǔn)確定位和實(shí)時(shí)追蹤系統(tǒng)采用QPSK調(diào)制，傳輸速率達(dá)4 Mbik/s，每隔20 ms發(fā)送一組列車信息，且每組信息重復(fù)發(fā)10次，所以“位置標(biāo)定信號(hào)”不會(huì)影響列車信息傳輸?shù)恼_性。這種車－地信息通信的誤碼率遠(yuǎn)小于10－6。

車載天線的接收系統(tǒng)在λi的位置上收到“位置標(biāo)定信號(hào)”，這時(shí)車載計(jì)算機(jī)的電子地圖上將明確標(biāo)出該車所在的準(zhǔn)確位置，還可精確計(jì)算出列車的實(shí)際運(yùn)行速度和加速度。這樣，列車定位和指揮系統(tǒng)的終端接收到每趟列車發(fā)出的實(shí)時(shí)信息，就可在三維電子地圖上實(shí)時(shí)顯示出整個(gè)調(diào)度區(qū)間內(nèi)每趟列車所在的準(zhǔn)確標(biāo)定位置、運(yùn)行速度和加速度。計(jì)算機(jī)根據(jù)該電子地圖內(nèi)存數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)接收到的各列車的信息，可迅速計(jì)算出最佳列車運(yùn)行圖，并向各趟列車發(fā)出相應(yīng)的行車指令。列車接收到行車指令后，按指令操縱列車加速、減速甚至剎車。

綜上所述，基于E型開槽漏泄同軸光電纜的列車定位技術(shù)，對(duì)原有漏泄同軸電纜進(jìn)行技術(shù)改造，并設(shè)計(jì)了與之配套的車載漏泄同軸天線、光電纜轉(zhuǎn)換發(fā)送接收系統(tǒng)和列車定位指揮終端，使之適用于軌道交通中高速列車的車－地通信和列車定位系統(tǒng)，有利于提高車－地通信的可靠性，簡(jiǎn)化列車定位系統(tǒng)設(shè)置，提高列車定位精度。

6 結(jié)語

基于多級(jí)H∞濾波的多傳感器信息融合列車測(cè)速定位技術(shù)，引入了多級(jí)融合和H∞濾波融合算法相結(jié)合的新技術(shù)，有助于解決現(xiàn)階段因誤差累積、坡度、車輪空轉(zhuǎn)打滑蠕行、列車振動(dòng)等因素產(chǎn)生的列車定位精度不高的缺陷?；诼┬雇S光電纜的列車定位技術(shù)將車－地通信和列車測(cè)速定位融合為一體，提高了車－地通信的可靠性和列車定位的精度，簡(jiǎn)化了列車定位系統(tǒng)，減少了工程投資，為未來城市軌道交通車－地通信和列車定位系統(tǒng)的發(fā)展提供了借鑒思路。

［1］簡(jiǎn)水生，延鳳平，童治，等.采用漏泄同軸光纜實(shí)現(xiàn)列車定位和實(shí)時(shí)追蹤的方法及系統(tǒng):中國，200610169814.3［P］.2007 －07－11.

［2］張振興.城市軌道交通中的列車定位方法研究［D］.北京:北京交通大學(xué)，2008.

［3］浙江浙大網(wǎng)新集團(tuán)有限公司.深圳市軌道交通二期3號(hào)線工程信號(hào)系統(tǒng)投標(biāo)文件［G］.2008.

［4］龐巴迪運(yùn)輸集團(tuán).深圳市軌道交通二期3號(hào)線工程信號(hào)系統(tǒng)CBTC系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格書［G］.2008.