組合導航定位技術(shù)在機車安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應用研究

針對目前火車機車監(jiān)控系統(tǒng)中GPS定位精度低、抗遮蔽性差的問題，提出了一種基于GPS、ADXRS150微硅陀螺儀和機車速度傳感器的組合導航定位設計方案，建立了組合導航信息融合算法模型，給出了實驗結(jié)果數(shù)據(jù)。

在實際應用中準確判斷了機車進站軌道，提高了定位精度，為機車的遠程監(jiān)控提供了可靠的位置數(shù)據(jù)。

從1997年至今我國鐵路實施了五次大提速，提速網(wǎng)絡基本覆蓋了全國主要地區(qū)，特快列車最高時速從120公里提高到了160～200公里。隨著機車運行速度的提高，對安全可靠性的要求也相應提高，這就需要對系統(tǒng)進行同步改造，加強監(jiān)控措施，確保運行安全。行車安全監(jiān)控是鐵路信息化總體規(guī)劃應用體系中的重要組成部分，是提高鐵路運輸安全保障能力的重要技術(shù)手段。組合導航定位技術(shù)在機車安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應用，可以解決單一GPS定位精度低、抗遮蔽性差的問題[1]，實現(xiàn)機車運行軌跡的準確定位和進站軌道的準確判斷，為行車安全監(jiān)控系統(tǒng)提供可靠的運行數(shù)據(jù)。

1 機車組合導航定位終端設計原理

機車組合導航定位終端要求對GPS信息、陀螺儀信息、機車速度傳感信息進行融合處理，并將融合處理后的信息通過GPRS無線網(wǎng)絡傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。同時，在本地采用大容量Flash存儲器，保存軌道線路的一些特征參數(shù)，該特征參數(shù)可以通過無線方式自動更新，確保軌道特征參數(shù)的實時性。終端通過對采集到的各種狀態(tài)信息進行融合處理，并和軌道特征參數(shù)進行比較，發(fā)出各種提示信號。終端原理圖如圖1所示。

系統(tǒng)主控CPU為LPC2138，該CPU為ARM7內(nèi)核[2]，負責對各種信息的融合處理；GPS模塊采用GARMIN15 引擎板，在定位情況下，用于獲取機車所在位置的經(jīng)度、緯度、海拔高度信息；ADXRS150微硅陀螺儀，用于獲取機車的角速度信息。AD574是12位 A/D轉(zhuǎn)換芯片,用于對ADXRS150微硅陀螺儀輸出的模擬角速度信號進行采樣和量化；三星K9F5608 Flash用于存儲軌道的一些特征參數(shù)；電源管理模塊輸入為110V直流電源，輸出為12V、5V、3.3V電壓，為各模塊的正常工作提供穩(wěn)定的電源。

2 組合定位信息的分析與處理

2.1 GPS定位信息

GARMIN15 GPS引擎板定位精度15米(無干擾)，輸出數(shù)據(jù)格式為NMEA0183。該格式包含多種語句，其中GPRMC是最常用的語句，該語句說明了所在位置的經(jīng)度、緯度、時間、海拔高度以及目前的速度等信息。其具體語句格式為：＄GPRMC，1>，2>，3>，4>，5>，6>，7>，8>，9>，10>，11>，12>? 鄢hh。GPS引擎板每隔1秒鐘通過串口輸出一次數(shù)據(jù)，其串口波特率為9600bps。GPS在定位的情況下能夠提供非常準確的時間信息。