應(yīng)答器中心點(diǎn)的定位的制作方法
【專利摘要】在用于沿著導(dǎo)軌移動的車輛的無線電定位系統(tǒng)中，發(fā)射器用于激勵(lì)在導(dǎo)軌旁的應(yīng)答器。第一檢測器檢測來自被激勵(lì)的應(yīng)答器的響應(yīng)信號以確定所述應(yīng)答器的標(biāo)識。第二檢測器檢測從所述應(yīng)答器接收的位置信號，該位置信號從第一信號解耦并且包含精確位置信息。在一種實(shí)施方式中，所述第二檢測器從交叉天線獲取交叉信號。
【專利說明】應(yīng)答器中心點(diǎn)的定位
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車輛定位系統(tǒng)領(lǐng)域，并且尤其涉及裝配有應(yīng)答器(transponder)的移動車輛的精確定位。
【背景技術(shù)】
[0002]應(yīng)答器，尤其是RFID (射頻識別)應(yīng)答器被用于獲得例如沿著軌道移動的列車的車輛的絕對位置。然而，應(yīng)答器延展覆蓋被稱為覆蓋區(qū)(footprint)的有限距離，并且由于無線電傳輸傳播的性質(zhì)，定位應(yīng)答器(RFID)的中心來提供精確的位置信息是困難的，尤其是在隧道中。
[0003]近來，最佳的解決方案是通過外部裝置或使用昂貴的應(yīng)答器來估計(jì)應(yīng)答器中心點(diǎn)的位置。這些控制應(yīng)答器的覆蓋區(qū)來保證位置的正確識別。然而，從無線電傳輸這一點(diǎn)上很難保證覆蓋區(qū)不會超過其規(guī)定值。
[0004]由于不能保證列車會在車站中精確地停下，尤其是有月臺門的車站，估計(jì)是不夠好的。雖然昂貴的應(yīng)答器保證了覆蓋區(qū)被最優(yōu)化，卻由于無線電傳輸?shù)男再|(zhì)而不能以安全重要的方式保證應(yīng)答器的位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的實(shí)施方式以高精度識別用于絕對定位的應(yīng)答器的中心點(diǎn)。此外，由于在CBTC (基于通信的鐵路控制)系統(tǒng)中的定位的重要性質(zhì)，應(yīng)答器的中心的檢測具有安全性的寓意，這可以由本解決方案來保證。
[0006]本發(fā)明的基本理念是為標(biāo)簽ID解耦無線電傳輸并且因此將覆蓋區(qū)從應(yīng)答器的中心點(diǎn)的識別解耦出來。通過提供獨(dú)立的次級裝置以允許應(yīng)答器的中心的精確檢測實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，本文中的“中心”指的是在應(yīng)答器上的已知參考點(diǎn)并且沒有必要指幾何中心。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于沿著導(dǎo)軌移動的車輛的無線電定位系統(tǒng)，包括:發(fā)射器，用于激勵(lì)在導(dǎo)軌旁的應(yīng)答器；第一檢測器，用于檢測來自被激勵(lì)的應(yīng)答器的響應(yīng)信號以確定所述應(yīng)答器的標(biāo)識；以及第二檢測器，用于檢測從所述應(yīng)答器接收的位置信號，其中所述位置信號從第一信號解耦并且提供精確的位置信息。
[0008]本發(fā)明的實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)了移動車輛例如列車的位置在一或二厘米內(nèi)被估計(jì)。在一種實(shí)施方式中，交叉天線的交叉點(diǎn)提供中心點(diǎn)。注意的是，“中心點(diǎn)”實(shí)際上不需要在應(yīng)答器的中心，僅僅是使得次級系統(tǒng)提供的精確位置可以被得到的已知的參考點(diǎn)。給出應(yīng)答器的ID的主系統(tǒng)建立列車的粗略位置，但由于應(yīng)答器的覆蓋區(qū)的有限而會不精確。由次級系統(tǒng)提供的精確位置確定在應(yīng)答器覆蓋區(qū)內(nèi)的列車的精確位置。
[0009]在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明包括在應(yīng)答器和移動車輛上的交叉天線。當(dāng)應(yīng)答器從列車接收到激勵(lì)信號，其通過交叉天線發(fā)送可以僅是載波的信號。該信號由列車上的交叉天線獲得，并且解調(diào)器通過檢測中心點(diǎn)交叉時(shí)的相位變化來確定交叉天線的中心點(diǎn)何時(shí)重
口 ο[0010]位置信號發(fā)射器由從移動的車輛接收到的能量供電，編碼信號發(fā)射器也一樣。在一種實(shí)施方式中，列車具有兩個(gè)交叉天線，位于主應(yīng)答器天線的每一側(cè)，從而無論列車向哪個(gè)方向移動，交叉天線將是應(yīng)答器天線的下游。
[0011]本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種精確地確定在導(dǎo)軌上移動的車輛的位置的方法，包括從移動的車輛向軌道旁的應(yīng)答器傳送激勵(lì)信號；一接收到所述激勵(lì)信號，從所述軌道旁的應(yīng)答器傳送編碼的識別信號；一接收到所述激勵(lì)信號，從與所述軌道旁的應(yīng)答器相關(guān)聯(lián)的附加天線傳送第二信號，所述第二信號從所述編碼的識別信號解耦；以及根據(jù)所述第二信號確定所述移動的車輛的精確位置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]本發(fā)明將參考附圖以僅示例的方式被詳細(xì)地描述，其中:
[0013]圖1是車載檢測系統(tǒng)的框圖；以及
[0014]圖2是軌道旁應(yīng)答器系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]RFID系統(tǒng)一般由三個(gè)部件組成:應(yīng)答器或標(biāo)簽(或多個(gè)標(biāo)簽)、讀出器或詢問器以及必要的支撐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(硬件和軟件)。
[0016]RFID讀出器或詢問器是與RFID標(biāo)簽通信的設(shè)備。其廣播由標(biāo)簽接收的無線電信號。接下來標(biāo)簽使用由發(fā)射器提供的能量將其信息傳送回至讀出器。讀出器可以是便攜式手持終端或在諸如列車的移動車輛上的固定的設(shè)備，用于確定位置/定位確定。
[0017]RFID標(biāo)簽，也被稱為應(yīng)答器，通常是小塊的材料，典型地包括三個(gè)部件:天線、包含存儲裝置的微芯片單元以及封裝材料。標(biāo)簽可以是只讀或讀寫標(biāo)簽。這些術(shù)語指的是存儲在標(biāo)簽上的信息是否可以被更改或擦除。只讀標(biāo)簽是具有識別碼(更具體地，電子產(chǎn)品碼)的RFID標(biāo)簽的形式，該識別碼提供在導(dǎo)軌中的應(yīng)答器的絕對位置。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，由RFID讀出器/發(fā)射器提供的能量被用于激勵(lì)適配至應(yīng)答器的次級電路，接下來該次級電路為具有封裝在應(yīng)答器內(nèi)的單轉(zhuǎn)位交叉的回路供電。在列車上的天線檢測當(dāng)該天線經(jīng)過回路時(shí)而在回路中感應(yīng)的電流和在回路中的電流的相移，以檢測應(yīng)答器的中心點(diǎn)。
[0019]車載RFID讀出器/發(fā)射器傳送用于激勵(lì)應(yīng)答器中的反射信號的能量以提供應(yīng)答器ID。當(dāng)應(yīng)答器反射回能量，信號被解調(diào)以提供ID的編碼。
[0020]當(dāng)列車上的RFID接收器檢測到反射信號，鎖定信號被設(shè)為高。該鎖定信號向車載計(jì)算機(jī)指示:應(yīng)答器在檢測范圍內(nèi)。然而，由于信號的反射和多重路徑，不能確定接收到的信號是僅在RFID讀出器/發(fā)射天線實(shí)際經(jīng)過應(yīng)答器時(shí)被檢測到的。
[0021]當(dāng)鎖定信號被檢測到，用于評估交叉的相變的檢測電路被通電。被交叉檢測天線接收到的信號被評估，并且當(dāng)相移指示交叉點(diǎn)時(shí)，信號被提供至車載計(jì)算機(jī)以指示與應(yīng)答器的中心一致的交叉的精確位置。
[0022]通過使用不同的應(yīng)答器ID檢測裝置和交叉的檢測，應(yīng)答器ID和應(yīng)答器的中心位置之間的解耦被實(shí)現(xiàn)。由于交叉點(diǎn)的檢測獨(dú)立于覆蓋區(qū)，這種解耦降低了檢測對應(yīng)答器覆蓋區(qū)的變化的敏感度。覆蓋區(qū)的變化不會影響交叉檢測。[0023]應(yīng)答器可以被修改以添加電路來提供用于電波功率的調(diào)節(jié)(conditioning)從而允許由電波對交叉電路供電。用于原始信號的頻分的電路或振蕩器以及為交叉供電的電路可以被添加至應(yīng)答器。
[0024]每當(dāng)應(yīng)答器被來自列車的詢問器光束照明，交叉電路被激勵(lì)。車載應(yīng)答器詢問器通過增加交叉接收天線和交叉檢測電路而被增強(qiáng)。當(dāng)電路接收到信號，其評估感應(yīng)信號并記錄該信號的相位。
[0025]由于被提供至交叉的能量低，交叉接收天線需要很靠近應(yīng)答器從而與生成在近場的信號進(jìn)行磁耦合。一旦列車經(jīng)過應(yīng)答器中心，交叉被檢測到并且信息傳到車載計(jì)算機(jī)。車載計(jì)算機(jī)關(guān)聯(lián)應(yīng)答器ID和交叉點(diǎn)以及數(shù)據(jù)庫中的位置來精確地定位在導(dǎo)軌上的列車。
[0026]在交叉的接收天線和交叉的檢測之間的感應(yīng)耦合提供獨(dú)立于應(yīng)答器的覆蓋區(qū)的大小的應(yīng)答器中心點(diǎn)的精確和重要的識別。
[0027]現(xiàn)在參看示出了本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施方式的圖1，無線電定位系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)的操作的車載計(jì)算機(jī)10，該系統(tǒng)包括RFID發(fā)射器12和RFID檢測器/接收器14。所述RFID發(fā)射器和檢測器/接收器被連接至RFID天線16。
[0028]一接收到由天線16獲得的編碼的RFID信號，所述RFID檢測器/接收器14發(fā)送該解碼后的RFID ID至所述車載計(jì)算機(jī)10，該車載計(jì)算機(jī)10通過在存儲器11中的查找表中查找該ID來確定軌道旁的應(yīng)答器的粗略位置。
[0029]一接收到編碼的RFID信號，RFID檢測器/接收器14還生成鎖定信號，該鎖定信號被發(fā)送至所述車載計(jì)算機(jī)10和相位解調(diào)器18以激活這二者。
[0030]所述相位解調(diào)器18被連接至在所述RFID天線16的任一側(cè)的每個(gè)交叉天線20，從而無論列車的運(yùn)動方向如何，所述交叉天線20將位于所述RFID天線16的下游。
[0031]軌道旁應(yīng)答器在圖2中被示出。該應(yīng)答器包括應(yīng)答器天線30、RFID信號接收器/發(fā)射器單元32以及接收器/整流器34。響應(yīng)于由所述應(yīng)答器30接收到激勵(lì)信號，所述RFID信號接收/發(fā)射器單元32通過所述應(yīng)答器天線30向列車上的RFID天線16發(fā)送編碼的信號。RFID設(shè)備由從移動的車輛接收到的激勵(lì)信號生成的電壓供電。
[0032]所述接收器/整流器34還為振蕩器36供電，該振蕩器36生成經(jīng)過放大器信號調(diào)節(jié)器38至交叉天線40的信號，該交叉天線40位于相對于應(yīng)答器的已知位置，并且其交叉點(diǎn)對應(yīng)于應(yīng)答器的“中心”或參考點(diǎn)，或者至少位于距離該應(yīng)答器的“中心”或參考點(diǎn)已知距離的位置。
[0033]現(xiàn)有技術(shù)中已知的交叉天線包括兩個(gè)電流方向相反的回路。結(jié)果是來自兩個(gè)回路的輻射在遠(yuǎn)場抵消，但在近場不會。
[0034]當(dāng)移動的車輛(該車輛可以是隧道中的列車)經(jīng)過交叉天線，當(dāng)接收天線的中心點(diǎn)經(jīng)過發(fā)射天線的中心點(diǎn)，接收交叉天線獲取相變。檢測到相變的點(diǎn)指示列車正經(jīng)過發(fā)射天線40的中心點(diǎn)的時(shí)刻。因此，車載計(jì)算機(jī)10可以以高精度確定列車的位置。
[0035]需要注意的是，在上述實(shí)施方式中，定位信號從RFID信號中解耦。此外，定位信號可以是純正弦波。該信號不需要通過任何方式被編碼，因?yàn)檐囕d計(jì)算機(jī)從標(biāo)簽的ID確定其粗略位置。由于交叉天線的中心的位置被精確地得知，可以由車載計(jì)算機(jī)確定列車的精確位置。
[0036]上述實(shí)施方式的優(yōu)勢是其允許了對應(yīng)答器中心點(diǎn)的精確度為l_2cm的精確確定，該確定獨(dú)立于無線電傳輸并且因此獨(dú)立于應(yīng)答器覆蓋區(qū)。
[0037]可以理解的是，術(shù)語“電路”以最普遍的意義在這里被使用，包括執(zhí)行軟件。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該理解的是，這里的任意框圖代表了體現(xiàn)本發(fā)明的原理的示意性電路的概念上的視圖。例如，處理器可以通過使用專用軟件和與適合的軟件相關(guān)聯(lián)的能夠執(zhí)行軟件的硬件來提供。當(dāng)由處理器來提供時(shí)，功能可以由單專用處理器、單共享處理器或多個(gè)可以共享其中一些的單獨(dú)處理器來提供。此外，術(shù)語“處理器”的明確使用不應(yīng)該被解釋為僅指能夠執(zhí)行軟件的硬件，并且可以隱含包括，但不僅限于數(shù)字信號處理器(DSP)硬件、網(wǎng)絡(luò)處理器、專用集成電路(ASIC)、場可編程門陣列(FPGA)、用于存儲軟件的只讀存儲器(ROM))、隨機(jī)存取存儲器(RAM)以及非易失性存儲裝置。其他硬件，傳統(tǒng)的和/或定制的也可以被包括在內(nèi)。在此使用的術(shù)語電路包括在實(shí)踐中以軟件實(shí)施的功能塊。
【權(quán)利要求】
1.一種用于沿著導(dǎo)軌移動的車輛的無線電定位系統(tǒng)，包括: 發(fā)射器，用于激勵(lì)在導(dǎo)軌旁的應(yīng)答器； 第一檢測器，用于檢測來自被激勵(lì)的應(yīng)答器的響應(yīng)信號以確定所述應(yīng)答器的標(biāo)識；以及 第二檢測器，用于檢測從所述應(yīng)答器接收的位置信號，其中所述位置信號從所述第一信號解耦并且提供精確的位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)被配置為響應(yīng)于檢測到所述響應(yīng)信號而生成鎖定信號，并且其中車載計(jì)算機(jī)被配置為當(dāng)出現(xiàn)所述鎖定信號時(shí)提取所述精確的位置信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無線電定位系統(tǒng)，其中所述鎖定信號是由所述第一檢測器生成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線電定位系統(tǒng)，其中所述第二檢測器包括交叉天線，用于從與所述應(yīng)答器相關(guān)聯(lián)的交叉天線獲取所述位置信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無線電定位系統(tǒng)，其中所述第二檢測器還包括相位解調(diào)器，用于檢測當(dāng)所述車輛移動經(jīng)過與所述應(yīng)答器相關(guān)聯(lián)的天線時(shí)的相變。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線電定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括: 天線，用于獲取所述響應(yīng)信號；以及 位于所述應(yīng)答器天線的每 一側(cè)的交叉天線，用于檢測所述位置信號。
7.一種與用于沿著導(dǎo)軌移動的車輛的無線電定位系統(tǒng)使用的應(yīng)答器，該應(yīng)答器包括: 應(yīng)答器天線，用于從移動的車輛接收激勵(lì)信號以及傳送響應(yīng)信號； 第二天線，用于在接收到所述激勵(lì)信號時(shí)傳送第二信號，從該第二信號中能得到位置/[目息;以及 控制電路，被配置為在接收到所述激勵(lì)信號時(shí)傳送所述第二信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)答器，其中所述第二天線是交叉天線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)答器，該應(yīng)答器還包括: 射頻識別塊，用于通過所述應(yīng)答器天線發(fā)送編碼的識別信號；以及 振蕩器，用于生成由所述第二天線傳送的信號。
10.一種用于精確地確定在導(dǎo)軌上移動的車輛的位置的方法，該方法包括: 從移動的車輛接收至軌道旁的應(yīng)答器的激勵(lì)信號； 在接收到所述激勵(lì)信號時(shí)，從所述軌道旁的應(yīng)答器傳送編碼的識別信號； 在接收到所述激勵(lì)信號時(shí)，從與所述軌道旁的應(yīng)答器相關(guān)聯(lián)的附加天線傳送第二信號，所述第二信號從所述編碼的識別信號解耦；以及根據(jù)所述第二信號確定所述移動的車輛的精確位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第二信號從交叉天線被傳送，以及所述車輛的位置通過解調(diào)從所述交叉天線接收的所述信號而被確定。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中所述第二信號通過交叉天線在所述移動的車輛上被接收，以及通過對由在所述移動的車輛上的所述交叉天線接收到的所述信號進(jìn)行相位解調(diào)來得到所述位置信息。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中響應(yīng)于接收到所述編碼的識別信號而生成鎖定信號，以及在所述移動的車輛上的車載計(jì)算機(jī)在出現(xiàn)所述鎖定信號時(shí)檢測所述交叉天線的交叉點(diǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述移動的車輛具有兩個(gè)交叉天線，位于接收所述編碼的識別信號的天線的每一側(cè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10-14中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述應(yīng)答器是射頻識別標(biāo)簽。`
【文檔編號】G01S13/75GK103782190SQ201280030887
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月24日
【發(fā)明者】A·坎納, P·塞茨 申請人:泰雷茲加拿大公司