基于蓝牙AOA定位技术的磁浮列车绝对位置定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于蓝牙AOA定位技术的磁浮列车绝对位置定位系统及方法。该系统包括AOA基站、蓝牙标签和终端服务器，所述AOA基站由天线阵列构成，安装于磁浮列车的两侧，所述蓝牙标签数量为若干个，沿轨道两侧分布，所述AOA基站分别与蓝牙标签与终端服务器连接，当磁浮列车沿轨道行驶经过蓝牙标签时，蓝牙标签被唤醒，发出电磁波信号，AOA基站基于接收到的电磁波信号计算得到电磁波的到达角，所述终端服务器基于该电磁波的到达角根据空间几何关系计算得到磁浮列车的位置，从而实现磁浮列车的绝对位置定位。本发明专利技术满足了磁浮列车的定位精度需求。精度需求。精度需求。

【技术实现步骤摘要】
基于蓝牙AOA定位技术的磁浮列车绝对位置定位系统及方法


[0001]本专利技术主要涉及定位
，具体地说，涉及一种基于蓝牙AOA定位技术的磁浮列车绝对位置定位系统及方法。

技术介绍

[0002]随着磁浮列车往中速和高速方向不断发展，磁浮列车的安全可靠运行受到了进一步的关注，而磁浮列车的控制系统需要准确的位置信息作为参考。磁浮列车的定位系统用于给列车控制系统提供准确的车辆位置信息。
[0003]目前国内轮轨列车主要是利用轨道电路和安装在车轮上的光电编码器来实现列车的定位，然而磁浮列车以非接触式方式在轨道上运行，列车的定位通常利用轨道上的线圈和车载的应答器来实现定位，在列车运行过程中，列车的定位存在较大误差，并且易受环境的影响。
[0004]现有技术中常采用基于交叉感应回线、基于计数轨枕、基于长定子直线同步电机定子齿槽计数、基于雷达的列车定位方法进行列车定位。
[0005](1)基于交叉感应回线的定位方法
[0006]先采用交叉感应回线来测量磁浮列车的速度，然后再采用相对定位的方法来得到列车的位置。这种方法是在轨道上铺设交叉回线，交叉回线中通以一定频率的交流电信号，然后列车通过车载的感应线圈测得交叉回线产生的感应电压，再通过计数列车位置。
[0007](2)基于计数轨枕的定位方法
[0008]采用接近式传感器检测轨枕的方法来实现列车的定位。在列车上安装接近式传感器，当接近式传感器通过轨枕时，接近式传感器会输出一个脉冲信号，然后再根据轨枕的间距来计算得到列车的位置。/>[0009](3)基于长定子直线同步电机定子齿槽计数的定位方法
[0010]高速磁浮列车利用同步直线电机来牵引，带齿槽的长定子安装在轨道线路上，列车利用车载的检测线圈检测得到齿槽的数量，从而计算得到列车的位置。
[0011](4)基于雷达的定位方法
[0012]基于多普勒雷达的测速定位方法指在车底安装多普勒雷达，向轨面发射电磁波，根据多普勒频移效应，由于列车与轨面存在相对运动，通过检测发射波和反射波之间的频移就可以得到列车的速度。
[0013]但是，上述基于交叉感应回线、基于计数轨枕以及基于长定子直线同步电机定子齿槽计数的列车定位方法都是采用相对定位的技术，列车定位误差会随着时间而增加，且针对整个轨道而言整套定位系统的成本比较高，且在道理交叉口需要特殊处理，因此在其造价和维护工作成本较高。基于多普勒雷达的测速定位具有维护简单、应用范围广的优点，在列车速度很高时误差较小，但其易受外部条件的影响，如振动、安装误差、雨雪和轨道的接缝或不平整等都会造成测量误差。

技术实现思路

[0014]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于蓝牙AOA定位技术的磁浮列车绝对位置定位系统及方法，来实现磁浮列车在轨道上的定位。
[0015]本专利技术的基于蓝牙AOA定位技术的磁浮列车绝对位置定位系统包括AOA基站、蓝牙标签和终端服务器，所述AOA基站由天线阵列构成，安装于磁浮列车的两侧，所述蓝牙标签数量为若干个，沿轨道两侧分布，所述AOA基站分别与蓝牙标签与终端服务器连接，当磁浮列车沿轨道行驶经过蓝牙标签时，蓝牙标签被唤醒，发出电磁波信号，AOA基站基于接收到的电磁波信号计算得到电磁波的到达角，所述终端服务器基于该电磁波的到达角根据空间几何关系计算得到磁浮列车的位置，从而实现磁浮列车的绝对位置定位。
[0016]进一步地，所述AOA基站基于接收到的电磁波信号计算得到电磁波的到达角具体表现为：所述AOA基站中天线阵列的不同天线接收到的电磁波信号会存在相位差，根据该相位差可以计算AOA基站接收蓝牙标签电磁波信号的方向，即得到电磁波的到达角。
[0017]进一步地，所述基于蓝牙AOA定位技术的磁浮列车绝对位置定位系统还包括微处理器、信号处理单元、列车控制单元、测速模块和通信模块，其中：微处理器用于计算蓝牙标签与AOA基站之间的相对位置信息，并将该相对位置信息发送给信号处理单元；测速模块用于测量磁浮列车的速度，并将测量的磁浮列车的速度发送给信号处理单元；信号处理单元用于接收该相对位置信息和磁浮列车的速度，并将两者进行数据融合，得出精度更高的最终定位结果；通信模块将最终定位结果发送给终端服务器；所述列车控制单元用于接收最终定位结果；所述AOA基站与微处理器连接，所述信号处理单元分别与微处理器、列车控制单元、测速模块和通信模块连接，所述终端服务器与通信模块连接。
[0018]进一步地，所述AOA基站包括AOA信号发射器、AOA定位器和AOA信号接收器，所述AOA信号接收器与蓝牙标签连接，所述AOA信号发射器与微处理器连接，所述AOA定位器分别与AOA信号发射器和AOA信号接收器连接，用于计算AOA基站中不同两个天线接收到同一蓝牙标签发射的电磁波信号的相位差。
[0019]进一步地，所述蓝牙标签发射的电磁波信号的相位差通过以下过程求解：所述蓝牙标签发射未白化的固定频率的蓝牙信号；所述AOA信号接收器接收蓝牙标签发出的电磁波信号，所述AOA定位器对该电磁波信号进行采样解析得到电磁波信号的I/Q数据，再通过I/Q数据计算该电磁波的相位差。
[0020]进一步地，所述电磁波的到达角通过如下公式计算得到：
[0021][0022]式中，θ为AOA基站接收到的蓝牙标签发射的电磁波的到达角，d为不同两个天线之间的水平间距，λ为蓝牙标签发射的电磁波信号的波长，为AOA基站中不同两个天线接收到的同一蓝牙标签发射的电磁波信号的相位差。
[0023]进一步地，所述AOA基站中天线阵列采用线性阵列，所述终端服务器通过如下过程计算磁浮列车的位置：
[0024]1)构建xyz三维坐标系，其中，x轴向为列车轴向方向，y轴向为列车横向方向，z轴向为列车高度方向；
[0025]2)设计蓝牙标签和AOA基站位于相同的高度，两者的z轴坐标相同，将构建的xyz三
维坐标系转换为xy二维坐标系；
[0026]3)通过AOA基站计算得到电磁波的到达角θ；
[0027]4)磁浮列车的位置通过(d
x
,d
y
)定位，d
y
为AOA基站到轨道沿线的垂直间距，d
x
为AOA基站在x轴的投影与蓝牙标签的水平距离，且d
x
表达式为：
[0028]d
x
＝(d
y
‑
h)sin(θ+φ)
[0029]式中，φ为AOA基站中阵列天线平面与轨道的夹角，h为蓝牙标签的厚度。
[0030]进一步地，当电磁波的到达角存在Δθ的误差时，则测得的定位误差Δd
x
如下:
[0031]Δd
x
＝(d
y
‑
h)[sin(θ+φ)
‑
sin(θ+Δθ+φ)]。
[0032]进一步地，还包括若干个界桩，若干个所述界桩沿轨道两侧均匀间隔设置，每个所述界桩上至少设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于蓝牙AOA定位技术的磁浮列车绝对位置定位系统，其特征在于，包括AOA基站、蓝牙标签和终端服务器，所述AOA基站由天线阵列构成，安装于磁浮列车的两侧，所述蓝牙标签数量为若干个，沿轨道两侧分布，所述AOA基站分别与蓝牙标签与终端服务器连接，当磁浮列车沿轨道行驶经过蓝牙标签时，蓝牙标签被唤醒，发出电磁波信号，AOA基站基于接收到的电磁波信号计算得到电磁波的到达角，所述终端服务器基于该电磁波的到达角根据空间几何关系计算得到磁浮列车的位置，从而实现磁浮列车的绝对位置定位。2.根据权利要求1所述的基于蓝牙AOA定位技术的磁浮列车绝对位置定位系统，其特征在于，所述AOA基站基于接收到的电磁波信号计算得到电磁波的到达角具体表现为：所述AOA基站中天线阵列的不同天线接收到的电磁波信号会存在相位差，根据该相位差可以计算AOA基站接收蓝牙标签电磁波信号的方向，即得到电磁波的到达角。3.根据权利要求2所述的基于蓝牙AOA定位技术的磁浮列车绝对位置定位系统，其特征在于，还包括微处理器、信号处理单元、列车控制单元、测速模块和通信模块，其中：微处理器用于计算蓝牙标签与AOA基站之间的相对位置信息，并将该相对位置信息发送给信号处理单元；测速模块用于测量磁浮列车的速度，并将测量的磁浮列车的速度发送给信号处理单元；信号处理单元用于接收该相对位置信息和磁浮列车的速度，并将两者进行数据融合，得出精度更高的最终定位结果；通信模块将最终定位结果发送给终端服务器；所述列车控制单元用于接收最终定位结果；所述AOA基站与微处理器连接，所述信号处理单元分别与微处理器、列车控制单元、测速模块和通信模块连接，所述终端服务器与通信模块连接。4.根据权利要求3所述的基于蓝牙AOA定位技术的磁浮列车绝对位置定位系统，其特征在于，所述AOA基站包括AOA信号发射器、AOA定位器和AOA信号接收器，所述AOA信号接收器与蓝牙标签连接，所述AOA信号发射器与微处理器连接，所述AOA定位器分别与AOA信号发射器和AOA信号接收器连接，用于计算AOA基站中不同两个天线接收到同一蓝牙标签发射的电磁波信号的相位差。5.权利要求4所述的基于蓝牙AOA定位技术的磁浮列车绝对位置定位系统，其特征在于，所述蓝牙标签发射的电磁波信号的相位差通过以下过程求解：所述蓝牙标签发射未白化的固定频率的蓝牙信号；所述AOA信号接收器接收蓝牙标签发出的电磁波信号，所述AOA定位器对该电磁波信号进行采样解析得到电磁波信号的I/Q数据，再通过I/Q数据计算该电磁波的相位差。6.根据权利要求5所述的基于蓝牙AOA定位技术的磁浮列车绝对位置定位系统，其特征在于，所述电磁波的到达...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴春辉，龙志强，叶红运，苗欣，韩纪昱，温韬，杨彪，
申请(专利权)人：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：