运动平台位置确定系统和方法技术方案

提供用于确定运动平台（１００）位置的系统和方法。所述方法包括从运动平台和固定平台（１５０）中的一个发射载波信号；在运动平台和固定平台中的另一个接收接收信号；导出载波信号和接收信号之间的频移；以及利用频移和载波信号的频率计算视在接近速度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及速度估算系统，更准确地说涉及用于估算运动平台相对于固定平台的视在接近速度(apparent closing velocity)的系统和方法。在许多应用中，例如铁路系统，经常使用先进的基于无线电的控制系统提高操作的安全性。对于铁路系统，为了实现安全性和有效性需要知道高速行进的火车头可能走那一条轨道。最通常的事是由于火车头通过轨道的道岔并切换到另一条平行轨道时，确定火车头的位置是重要的挑战。在上述例子中，火车头是运动平台。利用标准的全球定位系统(GPS)和有效校正GPS的方法可以非常精确地确定火车头的位置。但是这样的系统通常不能提供足够的信息跟踪通过道岔并进入平行轨道的快速运动的火车。一般地说，为了降低噪声，位置的估算是在时间上求平均，并在位置估算上获得足够的可靠性。由于火车头通常是以非常高的速度行进，使用这种方法确定火车头在哪一条平行轨道上行进是非常困难的。一般地说，增加传感器，例如加速仪和陀螺仪可以用于扩展全球定位系统的功能，以便提供更加健全的惯性导航系统。对于现有的GPS，增加传感器的一个问题是明显增加了系统的综合成本、复杂性和系统的故障方式。因此，需要实现一个低成本、高性能的系统，所述系统能够精确确定高速行进的运动平台，例如火车头的位置。专利技术的简要说明简要地说，根据本专利技术的一个实施例，提供用于确定运动平台位置的方法。所述方法包括从运动平台和固定平台中的一个平台发送载波信号，并在运动平台和固定平台中的另一个接收接收信号。所述方法还包括导出载波信号和接收信号之间的频移，并利用所述频移和载波信号的频率计算视在接近速度。在另一个实施例中，提供一种确定运动平台位置的系统。所述系统包括配置成用于从运动平台和固定平台中的一个发送载波信号的发射机和配置成用于在运动平台和固定平台中的另一个接收接收信号的接收机。所述系统还包括配置成导出载波信号和接收信号之间的频移并利用接收信号的频移和载波信号的频率计算视在接近速度的处理器。在另一个实施例中，提供用于确定运动平台位置的系统。所述系统包括配置成发送调制的载波信号的发射机和配置成对发射信号解调的接收机。所述接收机还包括配置成导出载波信号和接收信号之间频移并利用接收信号相对于发送信号的中心频率的频移来计算视在接近速度、以及通过监视一定时段中的视在接近速度来估算运动平台位置的处理器。附图的简要说明当参照附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本专利技术的这些和其它特征、方面和优点，附图中相同的符号表示各个附图的相同部件，其中附图说明图1是说明运动平台相对于固定平台的运动的方框图；图2是说明实现确定运动平台位置的系统实施例的方框图；图3-4是说明使用扩展频谱实现估算运动平台视在接近速度的系统的另一个实施例的方框图；以及图5是说明通过估算运动平台的视在接近频率确定运动平台位置的方法的流程图。专利技术的详细说明图1是说明运动平台100相对于固定平台150的运动的方框图。在一个实施例中，运动平台100是火车。本说明书使用的”火车”指带有或不带有连接的客车或货车的一个或几个火车头。在还有一个实施例中，固定平台包括相对于铁路轨道的位置已知的无线电发射机。在更加具体的实施例中，发射机相对于铁路轨道上的道岔或转辙器的位置为已知。在供选择的实施例中，固定平台为移动通信平台基站。在另一个实施例中，固定平台为宽带站。在另一个实施例中，固定平台为蜂窝网络基站。图2是根据本专利技术的一个方面实现的接收机系统200的方框图。在一个实施例中，接收机系统是在运动平台上实现的。在另一个实施例中，接收机系统是在固定平台上实现的。作为例子，以下继续参照在运动平台上实现的接收机系统进行说明。本说明书使用的”适合于”、”配置”等指部件之间的机械或结构的连接，允许部件组合以提供所述效应；这些术语也指电子元件，例如模拟或数字计算机或专用装置(例如专用集成电路(ASIC))的工作能力，可以对它们进行编程以便响应给定的输入信号而提供输出。所述接收系统配置成使用运动平台的视在接近速度确定运动平台的相对位置。所述视在接近速度是中运动平台在固定平台方向上的速度分量。在一个实施例中，运动平台包括火车头。接收机系统200包括接收机部件，例如配置成用于接收由发射机(作为例子，在图1中它表示定位在固定平台150上)发送的载波信号的天线215。所述接收机系统还包括放大天线215的输出信号的低噪声放大器210。本机振荡器220配置成用于产生发射机中心频率的本机标称信号。在一个实施例中，载波信号具有标称的中心频率160MHz。在另一个实施例中，载波信号具有标称的中心频率5.8GHz。基带变换器213配置成把接收的RF信号变换成复合基带信号。接收机系统还包括与基带变换器连接并配置成把模拟基带信号变换成相应的数字表示形式的模数转换器225。处理器230连接到模数转换器225并配置成用于分析接收信号的频谱。处理器230配置成用于处理接收信号的数字表示形式，以便估算运动平台的视在接近速度。处理器230可以包括模拟处理器、数字处理器或它们的组合。在一个实施例中，所述处理器可以在显示装置240上显示估算的视在接近速度和运动平台的位置。在另一个实施例中，处理器可以把估算的视在接近速度和运动平台的位置传送给能够相应地传送信息的控制站。下面还要详细说明处理器估算视在接近速度的方法。参考图1，当火车接近轨道110上的道岔140时，火车可能要切换到轨道120或切换到轨道130。如图1所示，火车在轨道120上以速度s1运动，并且当在轨道130上行进时火车以速度s2运动。当火车开始通过道岔时，不管它通过哪一个轨道其速度一般为常数。当运动平台处于轨道110和轨道120上时，火车上的天线和固定平台上的天线之间随位置变化的角为θ1(z)。类似地，当运动平台处于轨道110和轨道130上时，火车上的天线和固定平台上的天线之间随位置变化的角为θ2(z)。独立变量z表示火车已经沿着轨道行进的距离。由于两条轨道之间的几何差异的缘故两个函数θ1(z)和θ2(z)的形状是不同的。两条轨道之间的不同速度的效应引起角度函数θ1(s1*t)和θ2(s2*t)彼此相关地展宽或压缩。随时间变化的视在接近速度可以用角函数表示如下vc(t)＝s×cos(θ(s×t)) (1)在一个实施例中，分别在固定平台和运动平动上的发射机和接收机用于测量标称发射频率的接收信号频率的频移。频移的一个原因是由发射机和接收机上的本机振荡器频率之间的失配引起的。频移的另一个原因是由运动平台的运动引起的。可以利用以下方程式来确定视在接近速度fd(t)=fcvc(t)c+fm+n(t)---(2)]]>其中fd(t)是随时间变化的频移，fc是发送的载波信号的中心频率，c是无线电波的传播速度，fm是发射机和接收机上的本机振荡器之间的恒定频率偏差，n(t)是测量噪声，而vc(t)是方程式(1)中定义的随时间变化的视在接近速度。在系统的一个实施例中，处理器230通过估算复残留载波信号的频率来估算本机振荡器频率和接收的载波信号频率之间的偏差fm。在通信理论中实现这种操作的方法是众所周知的。在一种这样的方法中，样本之间的相位差是从测量结果提取的并使其通过低通滤波器以便消除噪声。在另一个实施例中，所述接收信号是已调数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定运动平台（１００）位置的方法，所述方法包括：从所述运动平台和固定平台（１５０）中的一个发射载波信号；在所述运动平台和固定平台中的另一个上接收接收信号；导出所述载波信号和所述接收信号之间的频移；以及利用所述频移和所述载波信号的频率计算视在接近速度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DM达文波尔特，JE赫尔希，RT霍克托尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]