基于振动信号的列车速度估算装置及方法制造方法及图纸

公开了一种列车速度估算装置及方法。通过第一和第二传感器以相同的采样频率对列车在行进中产生的固有频段的振动进行采样，以分别获得第一组和第二组采样信号；分别基于第一组和第二组采样信号获得第一组和第二组振动信号，并且对第一组和第二组振动信号进行互相关性分析，以获得目标采样差；以及基于目标采样差来计算列车速度。根据本公开的列车速度估算装置及方法不依赖于任何速度传感器或全球导航卫星系统就能够对实时列车速度进行精确监测。测。测。

【技术实现步骤摘要】
基于振动信号的列车速度估算装置及方法


[0001]本公开涉及列车速度估算，并且更具体地涉及一种基于振动信号的列车速度估算装置及方法。

技术介绍

[0002]在铁路列车中，为了检测列车转动部件的故障，通常需要对实时列车运行速度进行精确监测。目前，使用速度传感器或基于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)来监测列车速度。然而，速度传感器的能耗和硬件成本相对较高，而基于GNSS的系统对于信号条件有很高要求，在例如隧道等信号条件不好的场景下，往往不能准确地得到实时列车速度。

技术实现思路

[0003]针对以上问题，本公开提出了一种列车速度估算装置及方法，通过同步采样和分析振动信号来估算实时列车速度。
[0004]根据本公开的一方面，提出了一种列车速度估算装置，包括：至少一个传感器对，所述传感器对包括沿列车的行进方向设置的第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和所述第二传感器被配置为以相同的采样频率对所述列车在行进中产生的固有频段的振动进行采样，以分别获得第一组采样信号和第二组采样信号；以及处理器，被配置为分别基于所述第一组采样信号和所述第二组采样信号获得第一组振动信号和第二组振动信号，并且对所述第一组振动信号和所述第二组振动信号进行互相关性分析，以获得目标采样差，所述目标采样差得到所述第一组振动信号和所述第二组振动信号之间的最大互相关性，并且所述处理器被配置为基于所述目标采样差来计算列车速度。
[0005]根据本公开的另一方面，提出了一种列车速度估算方法，包括：通过至少一个传感器对中的第一传感器和第二传感器以相同的采样频率对所述列车在行进中产生的固有频段的振动进行采样，以分别获得第一组采样信号和第二组采样信号，其中，所述第一传感器和所述第二传感器沿列车的行进方向设置；分别基于所述第一组采样信号和所述第二组采样信号获得第一组振动信号和第二组振动信号，并且对所述第一组振动信号和所述第二组振动信号进行互相关性分析，以获得目标采样差，所述目标采样差得到所述第一组振动信号和所述第二组振动信号之间的最大互相关性；以及基于所述目标采样差来计算列车速度。
[0006]根据本公开的原理，不依赖于任何速度传感器或全球导航卫星系统就能够对实时列车速度进行精确监测。与现有技术相比，根据本公开的列车速度估算装置及方法能够降低实时列车速度估算中的能耗，具有比基于GNSS的列车速度估算方法更高的精度，并且尤其适用于非GNSS信号条件下的地铁速度估算。此外，根据本公开的列车速度估算装置及方法可适用于地铁、动车、高铁、空轨等各类型轨道车辆，不会受到列车类型和轨道类型等因素的影响。
被配置为以相同的采样频率fs对列车在行进中产生的固有频段的振动进行采样，以分别获得第一组采样信号和第二组采样信号。
[0019]图3示出了根据本公开的一个实施例的在采样之前传感器对进行通信的过程。
[0020]如图3所示，根据本公开的一个实施例，在第一传感器202
‑
1和第二传感器202
‑
2进行采样之前，第一传感器202
‑
1向第二传感器202
‑
2发送p次标准初始脉冲，p为大于等于1的自然数。例如，p＝3。第二传感器202
‑
2每当从第一传感器202
‑
1接收到一次标准初始脉冲时，向第一传感器202
‑
1发送一次反馈初始脉冲。第一传感器202
‑
1和第二传感器202
‑
2可以各自记录其发送脉冲和接收脉冲的时间戳。根据本公开的一个实施例，在列车中设置的不同传感器对使用不同的无线信道频段进行通信，以避免产生信号串扰。
[0021]如果第一传感器202
‑
1从第二传感器202
‑
2接收到p次反馈初始脉冲，则第一传感器202
‑
1向第二传感器202
‑
2发送标准同步脉冲，并开始进行采样。
[0022]否则，如果第一传感器202
‑
1没有从第二传感器202
‑
2接收到p次反馈初始脉冲，则第一传感器202
‑
1返回到发送p次标准初始脉冲的子步骤。
[0023]如果第二传感器202
‑
2从第一传感器202
‑
1接收到标准同步脉冲，即，第p+1次脉冲，则第二传感器202
‑
2开始进行采样，并向第一传感器202
‑
1发送反馈同步脉冲。
[0024]如果第一传感器202
‑
1从第二传感器202
‑
2接收到反馈同步脉冲，则第一传感器202
‑
1继续进行采样。
[0025]否则，如果第一传感器202
‑
1没有从第二传感器202
‑
2接收到反馈同步脉冲，则第一传感器202
‑
1停止进行采样，并返回到发送p次标准初始脉冲的子步骤。
[0026]如果第二传感器202
‑
2从第一传感器202
‑
1再次接收到标准同步脉冲，则第二传感器202
‑
2停止进行采样，然后返回到开始进行采样并向第一传感器202
‑
1发送反馈同步脉冲的子步骤。
[0027]根据本公开的一个实施例，可以重复执行以上子步骤，直到第一传感器202
‑
1和第二传感器202
‑
2完成采样。
[0028]根据本公开的一个实施例，在第一传感器202
‑
1和第二传感器202
‑
2完成采样之后，第一传感器202
‑
1基于其发送标准初始脉冲与接收到相应的反馈初始脉冲之间的时间差，计算第一传感器202
‑
1和第二传感器202
‑
2开始采样的时间点之间的采样开始时间差ΔT。
[0029]例如，通过下式计算采样开始时间差ΔT：
[0030][0031]其中，ΔT
l
为第一传感器202
‑
1发送第l次标准初始脉冲与第一传感器202
‑
1从第二传感器202
‑
2接收到第l次反馈初始脉冲之间的时间差。
[0032]然后，第一传感器202
‑
1基于得到的采样开始平均时间差ΔT，使第一传感器202
‑
1获得的第一组采样信号与第二传感器202
‑
2获得的第二组采样信号对准。例如，通过删除第一传感器202
‑
1在前ΔT时段中获得的采样信号来进行该对准。
[0033]根据本公开的一个实施例，处理器203被配置为对第一传感器202
‑
1和第二传感器202
‑
2获得的第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种列车速度估算装置，包括：至少一个传感器对，所述传感器对包括沿列车的行进方向设置的第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和所述第二传感器被配置为以相同的采样频率对所述列车在行进中产生的固有频段的振动进行采样，以分别获得第一组采样信号和第二组采样信号；以及处理器，被配置为分别基于所述第一组采样信号和所述第二组采样信号获得第一组振动信号和第二组振动信号，并且对所述第一组振动信号和所述第二组振动信号进行互相关性分析，以获得目标采样差，所述目标采样差得到所述第一组振动信号和所述第二组振动信号之间的最大互相关性，并且所述处理器被配置为基于所述目标采样差来计算列车速度。2.根据权利要求1所述的列车速度估算装置，其中，所述处理器还被配置为获得所述第一组采样信号和所述第二组采样信号在低频范围中具有高于阈值的幅值的特性频带，以及在所述特性频带中，对所述第一组采样信号和所述第二组采样信号进行滤波，以获得所述第一组振动信号和所述第二组振动信号。3.根据权利要求1所述的列车速度估算装置，其中，在所述第一传感器和所述第二传感器进行所述采样之前，所述第一传感器还被配置为发送p次标准初始脉冲，p为大于等于1的自然数，所述第二传感器还被配置为每当接收到所述标准初始脉冲时发送一次反馈初始脉冲；如果所述第一传感器接收到p次所述反馈初始脉冲，则所述第一传感器还被配置为发送标准同步脉冲并开始进行所述采样；如果所述第二传感器接收到所述标准同步脉冲，则所述第二传感器还被配置为开始进行所述采样并发送反馈同步脉冲；以及如果所述第一传感器接收到所述反馈同步脉冲，则所述第一传感器还被配置为继续进行所述采样。4.根据权利要求3所述的列车速度估算装置，其中，如果所述第一传感器没有接收到所述反馈同步脉冲，则所述第一传感器还被配置为停止进行所述采样，并返回到发送所述p次标准初始脉冲的子步骤；以及如果所述第二传感器再次接收到所述标准同步脉冲，则所述第二传感器还被配置为停止进行所述采样，然后返回到开始进行所述采样并发送所述反馈同步脉冲的子步骤。5.根据权利要求3或4所述的列车速度估算装置，其中，在所述第一传感器和所述第二传感器完成...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文军，韩海勇，程刚，J魏，
申请(专利权)人：斯凯孚中国有限公司，
类型：发明
国别省市：