王業(yè)流，白昌龍，肖立志

（1. 湖南中車時代通信信號有限公司，湖南 長沙 410129；2. 中國鐵路哈爾濱集團有限公司 電務部，黑龍江 哈爾濱 150006）

0 引言

鐵路機車定位一般有機車位置遠程監(jiān)測和高精準列車運行控制定位兩種典型應用場景。機車位置遠程監(jiān)測是通過電子地圖、信息列表等形式實時查詢顯示機車位置，使地面系統(tǒng)實時掌握機車位置分布，要求能夠?qū)C車定位準確到區(qū)間、車站、機務段等范圍，水平精度（方均根值）約10 m。高精準列車運行控制定位用于列車運行控制系統(tǒng)，對機車實施自動控制，定位精度為厘米級，要求能準確識別機車所處線路、股道、里程標，滿足庫內(nèi)調(diào)車、站內(nèi)定點停車和開車對標、區(qū)間位置校正等要求。

目前，運用于鐵路列車控制的主流定位技術除傳統(tǒng)的衛(wèi)星單點定位法，還有測速定位和應答器定位方法[1-3]。測速定位是一種連續(xù)定位方式，其通過不斷地測量列車的實時運行速度并計算列車的運行距離而實現(xiàn)定位；定位精度為每個區(qū)間內(nèi)10 m，但誤差會隨時間累積。該方法的優(yōu)點是抗電磁干擾能力強、易于實現(xiàn)且成本低，缺點是精度無法滿足機車的精確控制需求且易受列車輪對磨損、空轉及滑行等因素影響而導致誤差增大。應答器定位是一種間斷定位方式，其利用電磁感應技術在特定地點實現(xiàn)地面向機車傳輸信息。該方法的優(yōu)點是定位精度高（＜0.3 m）、抗干擾性強、可靠性好；缺點是必須結合其他定位技術才能實現(xiàn)連續(xù)定位，且造價高、施工困難[4]。衛(wèi)星單點定位法是一種連續(xù)定位方式，其通過接收導航衛(wèi)星發(fā)送的導航電文實現(xiàn)自主定位，定位精度為10 m，且誤差不隨時間累積。該方法的優(yōu)點是全天候、全天時、低成本；缺點是會受信號遮擋和電磁干擾等因素影響而導致定位精度下降甚至不可用[5]。

全球已建成的四大衛(wèi)星系統(tǒng)（北斗，GPS，GLONASS，Galileo）水平定位精度和高程精度一般約為10 m[6]，雖可滿足機車位置遠程監(jiān)測等使用要求，但要實現(xiàn)機車精準控制，定位精度則明顯不足。若要進一步提高精度，就必須消除定位結果中的固有誤差，其主要包括衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、SA干擾誤差以及與傳輸途徑有關的誤差（如電離層、對流層折射誤差），這就需要利用衛(wèi)星差分定位技術來實現(xiàn)。

此外，為避免因列車運行控制系統(tǒng)依賴于國外的衛(wèi)星系統(tǒng)而給鐵路運輸安全帶來的隱患，我國自主研發(fā)的列車運行控制系統(tǒng)應立足于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)來實現(xiàn)列車可靠定位，這不僅對鐵路運輸安全有著至關重要的作用，而且有助于打破國外圍繞GPS，GLONASS及Galileo等衛(wèi)星系統(tǒng)實現(xiàn)列車高精準定位而形成的專利保護壁壘，建立并形成具有中國特色的基于衛(wèi)星定位的列控系統(tǒng)技術標準體系。為此，本文提出一種基于北斗衛(wèi)星差分定位技術、適用于列控系統(tǒng)的機車精確定位方案。

1 衛(wèi)星差分定位技術原理

衛(wèi)星差分定位技術是一種高精準定位技術，其通過將所獲得的偽距修正量或位置修正量提供給用戶終端設備，對測量數(shù)據(jù)進行修正，從而消除衛(wèi)星系統(tǒng)和電磁波傳輸路徑中的固有誤差，實現(xiàn)厘米級偏差精度定位。實時差分技術主要分為實時動態(tài)碼相位差分（realtime differential，RTD）和實時動態(tài)差分法（real - time kinematic，RTK）兩種。RTD即偽距差分，其根據(jù)偽距誤差解算值修正用戶接收機偽距觀測值的導航定位方法，定位精度一般為分米級。RTK即載波相位差分，其是一種基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術，定位精度可達厘米級，用于列控系統(tǒng)的衛(wèi)星差分技術為RTK技術。

衛(wèi)星差分定位技術原理如圖1所示。在已知點部署地基差分增強站，用于接收導航衛(wèi)星的載波和導航電文，實時計算差分修正值并提供給附近的用戶終端設備進行位置修正。當差分站和用戶終端設備間距離在一定范圍內(nèi)且兩者觀測到的衛(wèi)星數(shù)量滿足要求時，在這些衛(wèi)星向地面發(fā)送電磁波的路徑上，電離層和對流層的折射系數(shù)可被視為一致，即兩者具有相同的誤差因子，此時差分站首先將該因子作為未知數(shù)進行方程式求解，然后再通過通信傳輸網(wǎng)絡告知用戶終端設備，從而使終端設備消除該誤差。

圖1 衛(wèi)星差分定位技術原理Fig. 1 Principle of satellite differential positioning technology

2 列車控制系統(tǒng)北斗衛(wèi)星差分定位方案設計

列車控制北斗衛(wèi)星差分定位系統(tǒng)（圖2）由差分基準站（簡稱“差分站”）、數(shù)據(jù)中心和移動站（用戶終端設備）3部分組成[7]。差分基準站用于長期連續(xù)跟蹤觀測衛(wèi)星信號，求得差分修正值，再通過通信網(wǎng)絡實時將修正值傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心用于管理各差分站的運行，接收和處理各差分站的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫和分流，根據(jù)各移動站的用戶請求和當前位置進行差分站匹配和數(shù)據(jù)分發(fā)。移動站實時從北斗, GPS, GLONASS,Galileo等衛(wèi)星系統(tǒng)獲得導航電文，解算當前位置，并將位置發(fā)送給數(shù)據(jù)中心，從數(shù)據(jù)中心獲得差分修正值，對位置修正，從而實現(xiàn)高精度定位結果。

圖2 列車控制北斗衛(wèi)星差分定位系統(tǒng)原理框圖Fig. 2 Principle block diagram of the Beidou differential positioning system for train control

2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡框架

通信網(wǎng)絡的選擇決定了差分定位系統(tǒng)的網(wǎng)絡框架，一般有數(shù)傳電臺及移動通信網(wǎng)絡等方式。數(shù)傳電臺的網(wǎng)絡結構相對簡單，信號傳輸半徑最遠可達10 km，受電臺通信距離限制，至少每隔20 km需部署1個差分站，在該范圍內(nèi)，凡是能接收到差分站信息的車載終端均能使用并獲得RTK高精度定位結果。移動通信網(wǎng)絡是廣域網(wǎng)，通信傳輸不受距離制約，按差分站有效作用半徑30 km計算，可每隔60 km部署1個差分站，隨著技術的進步，差分站作用范圍甚至可達100 km，所需差分站數(shù)量甚至只有電臺方案的1/10；但若采用移動通信網(wǎng)絡方式，則需由專門的數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)差分站與車載終端的匹配。同時，數(shù)據(jù)中心能夠?qū)崿F(xiàn)差分站和車載終端的集中管理，有利于鐵路部門的運營維護。該方案的缺點是網(wǎng)絡服務質(zhì)量受到運營商網(wǎng)絡信號覆蓋的影響，若處于信號盲區(qū)或網(wǎng)絡延時過大，則RTK定位自動降為單點定位。本文選擇移動通信網(wǎng)絡方式，圖3示出基于移動通信網(wǎng)絡的列車控制北斗衛(wèi)星差分定位系統(tǒng)的網(wǎng)絡框架。

圖3 列車控制北斗衛(wèi)星差分定位系統(tǒng)網(wǎng)絡框架Fig. 3 Network framework of the Beidou differential positioning system for train control

2.2 系統(tǒng)設計要點

應用于列車控制系統(tǒng)的北斗衛(wèi)星差分定位系統(tǒng)必須滿足高可靠性和高可用性要求，若系統(tǒng)輸出的位置數(shù)據(jù)錯誤或不可用，將引發(fā)嚴重行車事故。有別于常規(guī)的衛(wèi)星差分系統(tǒng)，本系統(tǒng)設計要點如下：

（1）差分站有效作用范圍和可靠性。差分站分布在鐵路沿線的不同區(qū)域，其有效作用范圍一般在半徑30 km內(nèi)，該范圍可經(jīng)過優(yōu)化設計擴大到50～80 km。為避免單站因長時間不間斷工作而發(fā)生故障，或區(qū)域內(nèi)發(fā)生電磁干擾或區(qū)域停電，差分站在部署時，采用多站冗余交疊覆蓋。當某個差分站故障或差分數(shù)據(jù)異常時，可采用鄰近的基準站數(shù)據(jù)。

（2）差分站與數(shù)據(jù)中心之間通信協(xié)議。差分站主機通過移動網(wǎng)絡VPN通道與數(shù)據(jù)中心的差分服務器通信，以避免網(wǎng)絡黑客攻擊差分站。雙方采用Ntrip(networked transport of RTCM via internet protocol)協(xié)議（RTCM3.2）進行通信交互。Ntrip即通過互聯(lián)網(wǎng)進行RTCM(radio technical commission for maritime services)網(wǎng)絡傳輸?shù)膮f(xié)議。RTCM為國際海運事業(yè)無線電技術委員會，是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（global navigation satellite system，GNSS）方面的國際標準化組織。

（3）通信安全性。數(shù)據(jù)中心承擔差分數(shù)據(jù)接收、轉發(fā)及系統(tǒng)運用維護等工作，其與差分站、移動終端通過移動網(wǎng)絡通信；在該網(wǎng)絡邊界部署防火墻，采用訪問控制策略僅允許正常的業(yè)務數(shù)據(jù)通過，阻斷非法設備攻擊。旁路部署入侵檢測系統(tǒng)（intrusion detection system,IDS），用于檢測、限制和抵御來自移動公網(wǎng)的網(wǎng)絡攻擊行為；同時設置安全監(jiān)管審計平臺、堡壘機等設備，記錄網(wǎng)絡通信行為，對運維人員的操作權限進行控制和操作行為審計，在線掌握系統(tǒng)整體安全威脅和風險，對危及系統(tǒng)網(wǎng)絡安全的因素做出預警分析，實現(xiàn)標準GB/T 22239-2019 《信息安全技術 網(wǎng)絡安全等級保護基本要求》規(guī)定的安全物理環(huán)境、安全通信網(wǎng)絡、安全區(qū)域邊界、安全計算環(huán)境和安全管理中心等5個分類的技術要求，防止非法設備攻擊或滲透系統(tǒng)，造成數(shù)據(jù)泄露、丟失或被篡改。

（4）數(shù)據(jù)中心的可靠性和可用性。數(shù)據(jù)中心不間斷運行，有發(fā)生系統(tǒng)崩潰、工作宕機及器件損壞等故障的可能性，這會導致中心無法正常工作。為提高數(shù)據(jù)中心的可靠性和可用性，服務器采用雙套冗余架構設計[8]。各差分站同時向I系和II系服務器發(fā)送差分數(shù)據(jù)。兩系差分服務器同時向車載終端提供差分數(shù)據(jù)，車載終端對兩路差分數(shù)據(jù)進行篩選。

（5）車載終端與數(shù)據(jù)中心之間通信協(xié)議。車載設備向數(shù)據(jù)中心發(fā)送差分定位請求，數(shù)據(jù)中心接收差分修正值并修正定位結果，從而實現(xiàn)高精度定位。車載終端與數(shù)據(jù)中心之間采用基于TCP/IP的私有定制協(xié)議進行通信交互，對RTCM3.2協(xié)議格式的內(nèi)容進行封包加密傳輸。

（6）車載終端的可靠性和可用性。車載終端同樣存在電子元器件或芯片失效、內(nèi)置軟件系統(tǒng)崩潰、長時間連續(xù)工作引起的軟件不穩(wěn)定等問題，因此終端采用I系和II系雙套冗余，兩系均與差分服務器建立通信。每系內(nèi)置的無線通信模塊接入不同運營商的網(wǎng)絡，以規(guī)避信號盲區(qū)或弱信號區(qū)域的影響。

3 實施方案

3.1 需求分析及規(guī)劃

列車控制北斗衛(wèi)星差分定位系統(tǒng)在實施前，應根據(jù)系統(tǒng)需求確定差分站數(shù)量及規(guī)模。例如，某衛(wèi)星差分定位系統(tǒng)用于輔助車載GNSS終端實現(xiàn)精確定位，在衛(wèi)星信號質(zhì)量良好的區(qū)域，RTK定位精度達到10 cm（方均根值），要求系統(tǒng)配屬的差分站能覆蓋4個車站，并且每個差分站覆蓋半徑可達30 km?；谠撔枨螅蓪⒉罘只鶞收静渴鹪谏鲜?個車站附近，并在車站1、車站2附近各增加1個冗余站點，車站3和車站4距離為45 km，通過優(yōu)化車載終端實現(xiàn)差分站有效作用范圍達到50 km以上，因此車站3和車站4兩處的差分站可互為冗余，實現(xiàn)信號重疊覆蓋，無須額外增加冗余站點。具體部署方案如圖4所示，其中黑色為主差分站，紅色為冗余差分站。

圖4 差分站部署規(guī)劃Fig. 4 Deployment planning of differential stations

數(shù)據(jù)中心采用移動網(wǎng)絡與差分站和車載終端通信，因此其部署位置不受限制，主要考慮維護管理的便利性問題。

3.2 差分站選址

差分站天線部署于樓頂?shù)拈_闊地帶，選址時遵循以下原則[9]：站址高度角10°以上沒有任何遮擋物；與容易產(chǎn)生多徑效應的地面物體（樹木、水體、海灘和易積水地帶、金屬物體）的距離大于200 m；與電磁干擾區(qū)（如微波站、無線電發(fā)射塔、高壓線穿越地帶等）的距離大于200 m。

粗略選定位置后，采用差分設備連續(xù)觀測24 h，主要指標應滿足要求：可用衛(wèi)星數(shù)量不少于25顆；多路徑效應值MP1≤0.5，MP2≤0.65，MP3≤0.5；數(shù)據(jù)完好性不低于95%；周跳比不小于400。

3.3 設備安裝和調(diào)試

差分站天線（圖5）宜安裝在建筑物樓頂且至少高出底座1.70 m，以避免人體遮擋。采用方形混凝土底座及直徑25～30 cm的PVC管灌注混凝土，用于支撐天線，以確保天線不發(fā)生細微的晃動而影響定位精度。差分站接收機、差分服務器及相關網(wǎng)絡設備部署在機房內(nèi)，機房環(huán)境滿足標準GB 50174-2017《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》要求。

差分站安裝完成后，首先需對差分站扼流圈天線安裝位置的經(jīng)緯度坐標進行精準測量，然后再對設備進行初始化配置和調(diào)試，主要包括以下信息：基站坐標、以太網(wǎng)IP、差分站ID、傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容及傳輸網(wǎng)絡等。

圖5 差分站天線實物圖Fig. 5 Actual antenna of differential station

4 關鍵技術難點及優(yōu)化策略

衛(wèi)星差分定位技術在鐵路環(huán)境的應用，除采取差分站交疊冗余覆蓋、數(shù)據(jù)中心冗余、網(wǎng)絡信息安全設計及車載終端冗余設計等方法提高可靠性和可用性設計外，在提高其環(huán)境適應性方面還有其相應的特點和關鍵技術難點需解決：（1）在保障定位精度的同時，如何擴大差分站作用范圍，以減少差分站部署數(shù)量，降低投資成本；（2）鐵路沿線存在移動通信網(wǎng)絡的信號盲區(qū)，網(wǎng)絡延時較大，甚至短時中斷，如何降低網(wǎng)絡通信的影響；（3）在隧道、山區(qū)、橋梁等鐵路環(huán)境中，衛(wèi)星信號接收質(zhì)量受到影響，如何提高車載設備對衛(wèi)星信號的重捕獲能力并快速進入RTK狀態(tài)。

4.1 擴大差分站的有效作用范圍

差分站RTK定位的有效作用半徑一般為30 km，在此范圍內(nèi)，定位精度誤差與距離呈線性關系，即誤差=±(10+10-6×D)mm（D為差分站與終端的距離，單位為km）。隨著參考站和移動站間距離的增加，一旦超出有效作用范圍，定位誤差與基線長度間將逐漸失去線性關系，即便經(jīng)過差分處理，用戶數(shù)據(jù)仍然存在很大的觀測誤差，導致定位精度逐漸降低，嚴重時甚至無法解算出載波相位的整周模糊度。

為了確保更遠距離仍能獲得高精度定位結果，無論是差分站還是移動站都需捕獲到更多的衛(wèi)星信號，保障兩者觀測到的共同衛(wèi)星的數(shù)量足以獲得差分解算。提高衛(wèi)星捕獲能力的措施和策略主要有：（1） 采用以北斗系統(tǒng)為主， GPS, GLONASS和Galileo為補充，支持11頻（B1/B2/B3, L1/L2/L5, G1/G2和E1/E5a/E5b）的GNSS接收器；（2）采用支持低仰角信號接收的天線，以盡可能提高信號捕捉能力。

圖6示出某終端優(yōu)化前的試驗數(shù)據(jù)，其橫坐標為采集點編號；左側縱坐標為定位狀態(tài)代號（5為浮點解，4為RTK固定解，3為未定義值，2為偽距差分RTD，1為單點解），右側縱坐標為終端距差分站的直線距離。試驗結果表明，終端在30 km內(nèi)可維持在高精度的RTK固定解，且隨著距離增加，逐步保持在差分浮點解狀態(tài)。

圖6 優(yōu)化前的RTK作用范圍Fig. 6 RTK action range of the terminal before optimization

圖7所示為優(yōu)化后數(shù)據(jù)。在100 km范圍內(nèi)，終端基本保持在RTK固定解。與優(yōu)化前相比，車載終端增加Galileo衛(wèi)星 E1頻點信號的接收，GNSS天線增益由4 dBic提升到6 dBic，特別是低仰角信號，20°仰角方向接收增益可達-4.5 dBic。

圖7 優(yōu)化后的RTK作用范圍Fig. 7 Optimized RTK action range

圖8所示為終端距基站100 km范圍內(nèi)在RTK固定解狀態(tài)下的定位偏差，其右側縱坐標為終端與差分站的直線距離。試驗數(shù)據(jù)顯示，定位偏差平均值約5.1 cm，最大偏差27.1 cm，發(fā)生在距離基站79 km處?？梢?，優(yōu)化后的終端設備的定位偏差隨著與基站距離變化有較大的波動，但仍滿足機車精準控制的需要。

圖8 100 km范圍內(nèi)的定位偏差Fig. 8 Positioning deviation within 100 km

4.2 降低網(wǎng)絡延時對差分穩(wěn)定性的影響

差分修正值是提高差分定位精度的必要信息，且具有一定的時效性。當網(wǎng)絡中斷后，若車載終端繼續(xù)使用最后一條差分修正值數(shù)據(jù)，隨著車載設備遠離差分站，引入的定位誤差將持續(xù)增大；并且即使網(wǎng)絡恢復連接，再次定位也較為困難，因此車載終端一般設置有差分延時閾值。若延時超過閾值，則車載終端退出差分固定解，進入差分浮點解狀態(tài)，而浮點解精度一般在厘米級與米級范圍內(nèi)波動，定位數(shù)據(jù)不可用于列控系統(tǒng)對機車的精準控制。

降低網(wǎng)絡通信延時（或中斷）對機車精確定位的影響，需要在定位精度和數(shù)據(jù)可用性之間取得平衡。差分定位技術最初主要應用于測繪行業(yè)，對測量精度要求較高，差分延時閾值一般設置為30 s。該技術在列控系統(tǒng)中使用并在機車上進行了大量試驗，積累的試驗數(shù)據(jù)證明，可將該值放寬至60 s。圖9示出某終端優(yōu)化前后的效果，其中差分延遲1代表通信正常的終端，差分延遲2為通信中斷的終端。可以看出，終端在優(yōu)化前，差分延時閾值為30 s；優(yōu)化后為60 s。實際測試過程中，人為斷開該終端與差分服務器之間的數(shù)據(jù)通信，在60 s范圍內(nèi)，終端繼續(xù)采用斷線前接收到的差分數(shù)據(jù)進行RTK解算。采用通信正常的終端作為參考對象。通信中斷前，兩者平均定位偏差約為3.21 cm，最大偏差約為4.68 cm；通信中斷后60 s內(nèi)，兩者平均偏差3.35 cm，最大偏差為4.88 cm；前后偏差0.2 cm。測試結果表明，優(yōu)化后的終端能夠容忍60 s的通信中斷仍保持精確定位，差分閾值的合理設定對于該系統(tǒng)適應于鐵路沿線移動公網(wǎng)信號質(zhì)量差的環(huán)境使用具有重要的指導意義。

圖9 差分延時與定位偏差Fig. 9 Differential delay and positioning deviation

4.3 提高衛(wèi)星失鎖后重捕獲及快速進入RTK

鐵路沿線地形環(huán)境復雜，接收機與衛(wèi)星失鎖后，對外輸出無效定位信息；待重捕獲衛(wèi)星信號、完成RTK初始化后，才能再次輸出RTK精確定位信息。如列控系統(tǒng)用于調(diào)車自動作業(yè)防護過程，機務段、車站等區(qū)域均有遮擋環(huán)境，在駛出遮擋環(huán)境至行駛至信號機等關鍵地標期間，若不能獲得RTK固定解，則可能造成控制精度不足，嚴重時會引發(fā)安全事故。

若要縮短RTK初始化時間，需提高RTK接收機的靈敏度和搜星能力。在高精度衛(wèi)星導航領域，隨著國內(nèi)外智能駕駛技術的發(fā)展，定位終端的技術發(fā)展路線由測量型向?qū)Ш叫桶l(fā)展。前者對信號嚴格篩選，靈敏度低，追求高精度；后者適當放寬對接收信號質(zhì)量的要求，靈敏度高，追求高可用性，適當保障定位精度。因此鐵路差分定位系統(tǒng)宜選用高靈敏度的模組，以改善重捕獲速度；并輔以合理的定位算法，對捕獲的衛(wèi)星信號進行篩選，提高收斂速度。

圖10示出不同靈敏度模組的定位狀態(tài)對比，其橫坐標為采集點編號，左側縱坐標為模組1（高靈敏度）在鐵路機車高速運行過程中的定位狀態(tài)，右側坐標為模組2（低靈敏度）的定位狀態(tài)。在地點1，經(jīng)過一個長隧道后，模組1比模組2提前43 s進入RTK固定解；在地點2，衛(wèi)星信號處于半遮擋狀態(tài)，模組2無法維持RTK固定解，進入單點定位狀態(tài)，時間長達89 s；在地點3，衛(wèi)星信號質(zhì)量差，模組1經(jīng)歷35 s的波動進入穩(wěn)定RTK固定解，而模組2經(jīng)過116 s的波動后進入RTK固定解?？梢钥闯?，在弱信號環(huán)境下，高靈敏度模組穩(wěn)定性更高；在信號受遮擋的環(huán)境中，高靈敏度模組具有更高的響應速度，可更快恢復RTK固定解。

圖10 不同靈敏度定位模組的定位狀態(tài)對比Fig. 10 Comparison of positioning status of modules with different sensitivity

5 應用

本文提出的列車控制系統(tǒng)北斗衛(wèi)星差分定位方案已在LKJ-15列車控制系統(tǒng)中得到深入應用。由北斗衛(wèi)星差分定位系統(tǒng)向LKJ-15列車控制系統(tǒng)實時輸出2組冗余的精密定位數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)中包含了多星座混合定位數(shù)據(jù)、北斗單系統(tǒng)數(shù)據(jù)及GPS單系統(tǒng)數(shù)據(jù)。LKJ-15列車控制系統(tǒng)對多組冗余數(shù)據(jù)進行表決和仲裁，從而避免單終端或單衛(wèi)星星座偶發(fā)的錯誤數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的高可靠性。借助本系統(tǒng)提供的精密可信數(shù)據(jù)，滿足LKJ-15列車控制系統(tǒng)對智能行車控制的需求。

2018年3月，采用北斗衛(wèi)星差分定位技術和車載地圖數(shù)據(jù)庫的LKJ-15列車控制系統(tǒng)在南昌鐵路局武夷山站進行運用試驗，實現(xiàn)了站內(nèi)精準定位（厘米級精度）和調(diào)車自動防護，不僅可對站界、車擋、接觸網(wǎng)終點等關鍵位置進行防護，還可進行調(diào)車信號機安全防護和區(qū)間作業(yè)安全防護。

2018年8月，采用北斗衛(wèi)星差分定位技術和車載地圖數(shù)據(jù)庫的LKJ-15C列車控制系統(tǒng)在朔黃鐵路裝車應用，實現(xiàn)了重載列車站內(nèi)自動開車對標功能，其定位精度約5 cm，控制精度約50 cm，由于人工對標被取代，因此司乘人員的操縱難度被大幅降低。

2019年10月，采用該北斗衛(wèi)星差分定位方案的LKJ-15列車控制系統(tǒng)被應用于國家能源集團神朔鐵路智能駕駛系統(tǒng)，為列車自動喚醒、自動運行、自動停車、自動調(diào)車及自動休眠等列車控制全過程提供了精確的列車位置，使萬噸重載列車實現(xiàn)了運營全過程的自動駕駛及機車作業(yè)的自動化，提升了運輸效率并保障了列車運輸安全[10]。

6 結語

本文設計了一種適用于鐵路環(huán)境的北斗衛(wèi)星差分定位系統(tǒng)，其服務于列車運行控制系統(tǒng)。文中詳細闡述了系統(tǒng)設計方案及設計要點，描述了系統(tǒng)具體實施方案；針對系統(tǒng)關鍵技術難點進行闡述，并給出了相應的優(yōu)化策略，通過相應的試驗進行了對比驗證。

對列車控制系統(tǒng)北斗衛(wèi)星差分定位技術的研究，不僅需充分發(fā)揮其精度高、成本低、應用便捷等優(yōu)點，同時也必須充分考慮到其受信號遮擋、電磁干擾及網(wǎng)絡通信質(zhì)量等方面的影響。下一步將從以下幾個方面開展深入研究：（1） 將慣性導航系統(tǒng)和超寬帶等定位技術作為北斗差分定位技術的補充，解決弱信號環(huán)境或信號完全遮擋環(huán)境下的可靠精確定位問題；（2）研究天線抗干擾技術，加大射頻載波信號和干擾信號之間的隔離度，提高射頻抗干擾性；（3）將北斗差分定位技術與 5G 技術相結合，進一步提高網(wǎng)絡通信鏈路的通信質(zhì)量，降低數(shù)據(jù)傳輸延時。