專利名稱：提高感應(yīng)無線位置檢測分辨率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高感應(yīng)無線位置檢測分辨率的方法。
背景技術(shù)：
1.感應(yīng)無線技術(shù)簡介
感應(yīng)無線技術(shù)是為了實現(xiàn)工業(yè)移動機車自動化而興起的一種工業(yè)應(yīng)用技術(shù)，它包括感 應(yīng)無線數(shù)據(jù)通信和感應(yīng)無線位置檢測兩個方面。在工業(yè)生產(chǎn)中，許多場合中有多臺大型作業(yè)機車按照一定的生產(chǎn)計劃和工藝要 求，相互配合，有序地工作。隨著現(xiàn)代工業(yè)自動化的發(fā)展，人們迫切需要實現(xiàn)計算機對作業(yè) 機車的集中管理控制，達(dá)到生產(chǎn)過程自動化。要實現(xiàn)計算機對作業(yè)機車的集中管理控制，就 必須解決兩個基本問題①地面中央控制室與移動機車之間可靠的數(shù)據(jù)通信問題。有線通 信方式存在著移動機車拖帶通信電纜不方便；而無線通信方式由于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，誤 碼率高，可靠性降低。②移動機車所在的位置檢測問題。要對移動機車實現(xiàn)計算機控制， 必須隨時了解移動機車的行走位置。感應(yīng)無線技術(shù)采用一條獨特的編碼電纜(又稱誘導(dǎo)母 線)，同時解決工業(yè)移動機車實現(xiàn)計算機集中管理控制的兩大難題——中央控制室與移動 機車之間可靠的數(shù)據(jù)通信；移動機車所在的位置檢測。因而在現(xiàn)代工業(yè)移動機車自動控制 中得到了廣泛的應(yīng)用。2.感應(yīng)無線位置檢測
感應(yīng)無線位置檢測，就是通過天線箱中感應(yīng)線圈與編碼電纜中傳輸對線之間的電磁感 應(yīng)，檢測到天線箱所在的X位置坐標(biāo)，以此作為移動機車的位置。其特點是 ①檢測到的位置是連續(xù)的、絕對的位置；檢測分辨率高，重復(fù)性好。②非接觸式檢測，抗干擾性強，可靠性高，適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。③檢測方式多樣，既可以在地面檢測移動機車的位置，也可以在移動機車上檢測 自身的位置。④與感應(yīng)無線數(shù)據(jù)通信融為一體。感應(yīng)無線位置檢測，按檢測方式可分為地面檢測和車上檢測兩種方式。地面檢測方式，是在機上局發(fā)送裝置向天線箱中發(fā)送線圈發(fā)送載波時，由中央控 制室地面局地址檢測器進行位置檢測，檢測到的是機車上天線箱中發(fā)送線圈的位置。車上檢測方式，是在中央控制室地面局發(fā)送裝置向編碼電纜發(fā)送載波時，由機上 局地址檢測器進行位置檢測，檢測的是機車上天線箱中接收線圈的位置。車上檢測位置與地面檢測位置相比較更具有優(yōu)勢，其特點在于
①車上控制系統(tǒng)迅速得到自身位置。工業(yè)作業(yè)機車自動定位，要求機車自動地、精確地 停止在目標(biāo)位置。若車上控制系統(tǒng)不能迅速得到自身位置，就會影響自動定位精度。地面 檢測位置方式，車上控制系統(tǒng)是接收地面發(fā)送來的位置數(shù)據(jù)，存在一個通信時間的時延。②便于一條編碼電纜共用。同一條軌道上有多臺機車情況下，若只采用一條編碼 電纜，地面檢測位置要采用分頻或分時的辦法對各機車位置進行檢測，分頻導(dǎo)致電路復(fù)雜，分時導(dǎo)致時延增大。車上檢測位置，在地面載波發(fā)生器對編碼電纜發(fā)送時，無論有多少臺機 車都能夠共用一條編碼電纜各自檢測自身的位置，互不影響。3.感應(yīng)無線車上檢測位置系統(tǒng) 1)編碼電纜中位置傳輸對線結(jié)構(gòu)
車上檢測位置系統(tǒng)編碼電纜中有R、G、G’三類位置傳輸對線。(I)R傳輸對線 編碼電纜有2對R傳輸對線禮、隊。禮、R1在編碼電纜中都不交叉，R1傳輸對線在載波 發(fā)生器端口處交叉。R0——基準(zhǔn)相位信號傳輸對線、即以Rtl信號作為基準(zhǔn)相位信號；禮—— 基準(zhǔn)時間傳輸對線，R1信號始終與Rtl信號反相，以此作為串行地址數(shù)據(jù)的起始位。(2) G傳輸對線
編碼電纜有η對G傳輸對線&、G1,……Gi……Glri，均按照格雷碼規(guī)則交叉，G傳輸對 線相鄰兩個交叉的間距為r，實際中r 一般取10cm。Gtl相距2r交叉，G1相距4r交叉，Gi相 距2 (i+l)r交叉。η的大小取決于檢測位置的長度。(3)G。’傳輸對線
編碼電纜中Gtl’傳輸對線與Gtl傳輸對線交叉間距相同，但交叉處與Gtl錯開r的距離， 見圖3。實際編碼電纜中各傳輸對線是疊在一起。圖1僅畫出3對G傳輸對線‘ G1, G2, 且將編碼電纜中各傳輸對線平鋪畫開，以此進行基本原理分析。約定X信號是指載波發(fā)生 器對X傳輸對線發(fā)送載波時感應(yīng)天線中主線圈感應(yīng)的信號。2)感應(yīng)天線
感應(yīng)天線內(nèi)由2個接收線圈構(gòu)成，稱為主線圈與副線圈。主、副線圈均是寬度為W=2r 多匝繞制線圈，相互間距r，如圖1所示。任何一傳輸對線兩個交叉間的網(wǎng)孔，可以看成一個矩形單圈線圈，載波發(fā)生器對 傳輸對線發(fā)送載波時，由于電磁感應(yīng)，接收線圈中產(chǎn)生感應(yīng)信號。副線圈的作用，就是保證 在載波發(fā)生器在向編碼電纜中發(fā)送載波時，無論感應(yīng)天線處于何位置，兩線圈接收的信號 不可能同時為0。3)載波發(fā)生器
地面載波發(fā)生器電路框圖如圖2。電路中，振蕩源產(chǎn)生所需的載波，由AT89C51控制功 率放大器，在不同的時間分別向各傳輸對線發(fā)送載波。以圖1編碼電纜為例，在tptpt”、、 t4、t5時間段，分別向禮、R1^G2, G1, G0, G0'傳輸對線發(fā)送載波信號，停止ts時間，然后循環(huán)。 其中，對IVGpGci’的發(fā)送時間和停止時間ts為T1, T1約為3-5ms ；其它發(fā)送時間為416us。4)車上檢測位置基本原理 APD位置檢測原理
一般位置檢測稱APD，是檢測主線圈的感應(yīng)信號相位運算得到APD位置，其分辨率為r。以Rtl信號作為基準(zhǔn)相位信號，其它信號與Rtl信號比較，同相記為“0”，反相記為 “1”;在、時間段，R1信號一定與R。信號反相，記為R1=I,將這個“1”作為串行數(shù)據(jù)的起始 位；在t2、t3、t4時間段，分別檢測為G2JpGtl信號，在圖1中，若主線圈的中線分別在①、 ②、③、④的位置，則主線圈的接收信號如圖3 (為了突出相位關(guān)系，圖中信號的幅度畫成一 樣大小或為0)，這就是二進制絕對相移鍵控(2PSK)調(diào)制信號。對2PSK調(diào)制信號解調(diào)——用I^GpGpGci信號與Rtl信號比較相位，并以R1=I作為起始位，則得到一組格雷碼串行數(shù)據(jù) G2G1G0,波特率為2400bit/s。設(shè)格雷碼G2G1Gtl對應(yīng)的十進制數(shù)為g，則得到APD位置公式 圖1 中若 r=10cm，在位置①、②、③，分別為=G2G1Gtl=OOO, g=0，APD=O ；G2G1G0=O 10, g=3，APD=30cm ；G2G1G0=I 10, g=4, APD=40cm ；在位置④，G1 幅度為 OiG2G1Gci=Ill 或 101，g=5 或 6，處于5、6交界處，故無論為5或為6都認(rèn)為正確，APD=50cm或60cm。5) HRPD位置檢測原理
高分辨率位置檢測稱HRPD，是檢測&、Gtl’信號的幅度A (GtlXA (Gc/)，進行運算，就得 到HRPD位置。圖4是根據(jù)圖1編碼電纜結(jié)構(gòu)所畫HRPD原理示意圖。將感應(yīng)天線主線圈與編碼 電纜中&、Gtl’傳輸對線平鋪開且畫在同一平面，且將一個主線圈畫成兩個，分別表示在t4、 t5時刻主線圈感應(yīng)信號狀況。以主線圈中心線為移動機車位置X，傳輸對線兩交叉間的區(qū) 域稱為K區(qū)域(K= I , ΙΙ,ΙΙΙ,…);主線圈中心線偏離GpGtl’傳輸對線所在區(qū)域中心線距離 分別為 Cl0U1, do+d^ro當(dāng)?shù)孛孑d波發(fā)生器對編碼電纜傳輸對線發(fā)送載波信號時，傳輸對線在空間產(chǎn)生的 磁場分布較為復(fù)雜。為了便于分析，我們建立均勻磁場模型當(dāng)接收線圈與編碼電纜間距離 ζ較小時，近似認(rèn)為傳輸對線產(chǎn)生的磁力線垂直穿過接收線圈且磁感強度沿X軸方向均勻 分布。根據(jù)均勻磁場模型，主線圈產(chǎn)生的感應(yīng)信號幅度與主線圈有效感應(yīng)面積成正比。 若主線圈在圖6所示位置，在t4時間段，載波發(fā)生器對Gtl傳輸對線發(fā)送載波時，Gtl的III區(qū)域 對主線圈的感應(yīng)面積為(W - d0) XB用_表示，該感應(yīng)信號與Rtl信號同相，G0的II區(qū)域 對主線圈的感應(yīng)面積為CltlXB用·表示，該感應(yīng)信號與Rtl信號反相，由于II、III區(qū)域?qū)χ?線圈產(chǎn)生的感應(yīng)信號極性相反，所以主線圈有效感應(yīng)面積=(W - d0) XB - CltlXB = (W — 2d0)XB = 2 (r - d。)XB。主線圈最大感應(yīng)面積Smax = WXB = 2rXB，對應(yīng)感應(yīng)信號最大
幅度為Amax，于是有
在t5時間段，載波發(fā)生器對Gtl ’傳輸對線發(fā)送載波時，對主線圈感應(yīng)信號作相同的分 析，有
令
從式(5)、(6)看出，只要在t4、t5時間段檢測到主線圈感應(yīng)信號幅度A (G0), A (G0'), 進行運算，便可計算出只與主線圈χ位置有關(guān)的Pp P1,從而得到HRPD位置=Cltl=P1Xr或 Cl1=P0Xi^分兩種情況討論
(1)主線圈的中心位于Gtl兩交叉間左半部(圖4位置①)，此處檢測出來的APD位置數(shù) 據(jù) g 為奇數(shù)，HRPD=Cl1=PtlXr
(2)主線圈的中心位于Gtl’兩交叉間左半部(圖4位置②)，此處檢測出來的APD位置數(shù) 據(jù) g 為偶數(shù)，HRPD=Cltl=P1Xr
由此，得到高分辨率位置HRPD的公式和綜合位置ADD的公式
在圖4中，設(shè)r=10cm，對主線圈的中心線分別處于位置①、②、③進行分析計算，可以得
到
位置①APD=30cm，HRPD=3. 75cm, ADD=33. 75cm ； 位置②APD=40cm，HRPD=5cm, ADD=45cm ；
位置③:APD=50cm, HRPD=IOcm, ADD=60cm ；或 APD=60cm，HRPD=Ocm, ADD=60cm。6)車上位置檢測器電路與工作原理
車上位置檢測電路框圖見圖5。感應(yīng)天線中的主、副線圈感應(yīng)的信號分別經(jīng)整流進行求 和得到2倍頻載波2f載波，由于主、副線圈相距r，只要載波發(fā)生器對任一傳輸對線發(fā)送載 波信號，就有2f載波。2f載波經(jīng)過整流、濾波、比較得到載波檢測信號DCD，當(dāng)載波發(fā)生器 開始新一輪、時間段發(fā)送約2ms后產(chǎn)生D⑶的上升沿，AT89C51檢測到D⑶的上升沿，就開 始新的一輪地址檢測。2f載波經(jīng)過整形、鎖相、2分頻后得到If載波，在D⑶的上升沿到來時，鎖定If載 波相位與當(dāng)前的Rtl信號相位一致。If載波作為基準(zhǔn)相位信號與主線圈接收信號進行相位 比較，第一次檢測到相位比較結(jié)果=1，表示、時間段開始，以此為時間基準(zhǔn)，依次在t2、t3、 t4時間段中間得到G2W1A信號相位比較結(jié)果的格雷碼G2G1Gtl，由此根據(jù)公式(1)計算得到 APD。主線圈接收信號經(jīng)過整流、低通濾波得到信號幅度直流電平。AT89C51在t4、t5時 間段，從A/D轉(zhuǎn)換器中讀出A (G0)和A (G?！?，由公式(5)、(6)、(7)計算出HRPD，由公式(8) 計算出ADD。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)中存在的缺點和問題加以改進和創(chuàng)新，提供一種感 應(yīng)無線位置檢測提高分辨率的方法。本發(fā)明專利在發(fā)明人已經(jīng)獲得的實用新型專利“感應(yīng) 無線位置車上檢測系統(tǒng)”基礎(chǔ)之上進行發(fā)明的，是針對車上檢測位置提出的方法，但第一種 方法同樣適用于地面檢測位置。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種提高感應(yīng)無線位置檢測分辨率的方法，所述的感應(yīng)無線 位置檢測就是通過天線箱中感應(yīng)線圈與編碼電纜中傳輸對線之間的電磁感應(yīng)，檢測到天線 箱所在的X位置坐標(biāo)，以此作為移動機車的位置；所述的位置檢測分為一般位置檢測APD和 高分辨率位置檢測HRPD ；所述的編碼電纜設(shè)有R、G、G’三類位置傳輸對線；本發(fā)明的特點 是
(1)在感應(yīng)天線箱中心在編碼電纜的交叉點附近時，對于一般位置檢測APD和高分辨 率位置檢測HRPD采用感應(yīng)天線箱內(nèi)同一線圈對相對應(yīng)的同一編碼電纜傳輸對線檢測的參 數(shù)，解決主線圈檢測APD主線圈檢測與HRPD之間不配套的問題，也解決了主線圈檢測APD 與副線圈檢測HRPD之間不配套的問題，從而提高檢測分辨率。(2)提出一種采用主線圈檢測APD，副線圈檢測HRPD的方法。①提出了一種提高檢測分辨率的主、副線圈結(jié)構(gòu)；
②提出了一種由副線圈檢測的相位修正主線圈檢測的一般位置APD的方法。本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果
①主、副線圈的位置結(jié)構(gòu)使它們之間的相互影響減小到最小。況且副線圈在絕大多數(shù) 時間接收信號幅度約為0，更談不上對主線圈影響。仍然保證了位置信號發(fā)生器向編碼電纜 中任意傳輸對線發(fā)送載波時，主、副線圈接收信號幅度不會同時為0。②副線圈的結(jié)構(gòu)在HRPD檢測時具有較好的信噪比。其一，副線圈對于上下分布不 均勻的干擾噪聲，有著良好的抑制效果，移動機車是左右運動，所以不存在左右分布不均勻 的干擾噪聲，因此抗干擾能力增強；其二，當(dāng)檢測精密位置HRPD時，即位置信號發(fā)生器向編 碼電纜中Gtl或Gtl’傳輸對線發(fā)送載波，副線圈的最大接收幅度是主線圈的最大接收幅度動 2倍，信噪比大大增強。因此提高了 HRPD檢測分辨率。③在感應(yīng)天線箱中心在編碼電纜的交叉點附近時，對于一般位置檢測APD和高分 辨率位置檢測HRPD采用感應(yīng)天線箱內(nèi)同一線圈對相對應(yīng)的同一編碼電纜傳輸對線檢測的 參數(shù)，解決主線圈檢測APD主線圈檢測與HRPD之間不配套的問題，也解決了主線圈檢測APD 與副線圈檢測HRPD之間不配套的問題，從而提高檢測分辨率。


圖1為編碼電纜結(jié)構(gòu)與檢測原理示意圖。圖2為載波發(fā)生器電路框圖。圖3為主線圈接受信號示意圖。圖4為高分辨率位置檢測原理示意圖。圖5為車上位置檢測器電路框圖。圖6為電纜交叉圖。圖7為主、副線圈結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為主線圈Z II、副線圈感應(yīng)的Gtl和Gtl’信號相位和相對幅度的關(guān)系示意圖。圖9為主線圈Z II感應(yīng)的Gtl和Gtl’信號相位和相對幅度的關(guān)系曲線示意圖。圖10副線圈感應(yīng)的Gtl和Gtl’信號相位和相對幅度的關(guān)系曲線示意圖。
具體實施例方式由圖1至10所示，本發(fā)明所述的感應(yīng)無線檢測位置技術(shù)提高檢測分辨率的關(guān)鍵是 提高在過交叉點時的分辨率。本發(fā)明提出了兩種方法提高在過交叉點時的分辨率。也可以 認(rèn)為第二種方法涵蓋了第一種方法。第一種方法采用常規(guī)的主線圈檢測APD和HRPD時，提出了一種方法，解決APD與 HRPD之間不配套的問題，從而提高檢測分辨率。第二種方法提出采用主線圈檢測APD，副線圈檢測HRPD的方法，設(shè)計了一種提高 檢測分辨率的主、副線圈結(jié)構(gòu)，解決APD與HRPD之間不配套的問題，而且也解決了主線圈檢 測APD與副線圈檢測HRPD之間不配套的問題，從而提高檢測分辨率。1.采用主線圈檢測APD和HRPD時，解決APD與HRPD之間不配套問題的方法， 1)問題產(chǎn)生的原因和現(xiàn)象
在APD為整偶數(shù)處，編碼電纜中Gn (n=l、2、…9)與Gtl’同時交叉。Gn作APD檢測，Gtl， 作HRPD檢測。由于編碼電纜中的各傳輸對線之間的相互影響以及對各傳輸對線影響的不 一致性，所以當(dāng)主線圈中心線位于這些交叉點時，有時會出現(xiàn)當(dāng)Gtl’幅度Α(&’ )達(dá)到最小 的位置，并不是Gn相位發(fā)生變化的位置。當(dāng)天線箱每隔2mm從小地址往大地址移動時，其產(chǎn)生的現(xiàn)象為 正常數(shù)據(jù):1· 796,1. 798，1. 800，1. 802，1. 804，1. 806，1. 808
檢測數(shù)據(jù)1. 796，1. 798，1. 800，1. 798，1. 796，1. 806,1. 808
在檢測數(shù)據(jù)為 1. 800 處，A(G0')最小約為 0，APD=170, HRPD=IO, APD+HRPD=180 ；天線 箱繼續(xù)從此往大地址方向移動2mm，下一檢測數(shù)據(jù)應(yīng)為第1.802，此時A(GcZ)已經(jīng)不是最小 了，但仍有APD=170，HRPD=9. 8，APD+HRPD=179. 8，出現(xiàn)錯誤；只有當(dāng)天線箱移動到1. 806米 時，APD=180, HRPD=O. 6，APD+HRPD=180. 6，才開始正確。這個問題使得在APD為整偶數(shù)的交 叉處分辨率大大地降低。2)解決APD與HRPD之間不配套問題的方法
由于產(chǎn)生問題的原因在于Gn與Gtl’不一致引起的，解決問題的原理就是采用同一個標(biāo) 準(zhǔn)，即APD也用G?！南辔蛔鳂?biāo)準(zhǔn)。其方法就是在G?！徊纥c處約士20mm的范圍內(nèi)，用G?！?的相位取代Gn的相位，對已經(jīng)檢測的APD進行修正。(1)檢測G0，相位。在檢測G0，的幅度A (G0')時同時檢測G0，相位，由此 得到Gtl’相位的格雷碼Gc/。(2)判斷是否在Gq’交叉點處約士20mm的范圍 內(nèi)。根據(jù)A (GQ)、A (GQ’)計 算P1,從而計算Cltl=P1 Xr，若Cltl彡20，則對已經(jīng)檢測的APD進行修正，否則不修正。(3)APD偶數(shù)化。若檢測的APD為奇數(shù)，APD=APD+1 ；APD為偶數(shù)，保持不變。(4)判斷是G1交叉，還是Gn (n=2、3、…)交叉。當(dāng)APD偶數(shù)化后，若APD/2為奇數(shù)，就是G1交叉。若APD/2為偶數(shù)，就是Gn交叉。 如圖6。
(5)用G?！南辔蝗〈鶪n的相位，對已經(jīng)檢測的APD進行修正。①G1 交叉作如下處理Gq，=0，HAPD=APD 一 1，G。，=1，HAPD=APD ； ② Gn 交叉作如下處理Gq，=1，HAPD=APD - 1, G0' =0，HAPD=APD0HAPD是經(jīng)過修正的APD位置，與HRPD之間不再存在不配套的問題。2.采用主線圈檢測APD副線圈檢測HRPD的方法 1)問題的提出
主線圈中心線對準(zhǔn)Gtl或Gtl’交叉處，理論上應(yīng)該A (Gtl)=O或A (&’)=()。例如主線圈中心線對準(zhǔn) G。，A (Gtl)=O,根據(jù)公式(5)、(6)應(yīng)有=P0=O, (I1=P0Xr=O, P1=I, (I0=P1Xr^o 但 是，工業(yè)現(xiàn)場電氣設(shè)備，尤其是移動機車上的變頻調(diào)速裝置，能產(chǎn)生強烈的且與載波頻率相 同或相近的諧波，這種同頻干擾噪聲竄入，使得A (Gtl)興0。A (Gtl)興0，即檢測位置數(shù)據(jù)在 交叉點不歸0。例如實際記錄的一段檢測數(shù)據(jù)為62. 19,62. 192,62. 194,62. 196.62. 198、 62. 202.62. 204 · · ，使分辨率降低。實用新型專利“感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)”所設(shè)計的主、副線圈(線圈1、2)具有 一定的抗干擾能力，但是存在這樣兩個問題
①對于上下分布不均勻的干擾噪聲，抑制效果不好，而工業(yè)現(xiàn)場移動機車的磨電道往 往是一個很強烈的干擾源，因此抑制這種干擾噪聲效果不好。②主、副線圈之間存在相互影響，也會使得A (G0)興0或A (G0')^ 0。因此，提出采用主線圈檢測APD，副線圈檢測HRPD的方法，設(shè)計了一種提高檢測分 辨率的主、副線圈結(jié)構(gòu)，解決APD與HRPD之間不配套的問題，而且也解決了主線圈檢測APD 與副線圈檢測HRPD之間不配套的問題，從而提高檢測分辨率。2)設(shè)計新穎的主、副線圈結(jié)構(gòu)
所設(shè)計的主、副線圈結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。主、副線圈制作說明如下
①主線圈采取交叉繞制，有Z I、Z II、Z III三個部分，且Z I、Z III繞制方向相同與Z II 繞制方向相反，Z I、Z III的面積之和等于Z II的面積。②副線圈采取交叉繞制，有F KF II兩個部分，且F I繞制方向與Z II繞制方向 相同，F(xiàn) II繞制方向與Z II繞制方向相反，F(xiàn) I的面積等于F II的面積。③主、副線圈結(jié)構(gòu)按圖7(b)放置，在主線圈中加入正弦交流電，調(diào)整主、副線圈的 位置，使副線圈接收信號幅度最小，然后固定主、副線圈的位置，這樣主、副線圈之間的相互 影響減小到最小。新穎的主、副線圈結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢
①仍然保證了位置信號發(fā)生器向編碼電纜中任意傳輸對線發(fā)送載波時，主、副線圈接 收信號幅度不會同時為0。②主、副線圈的位置結(jié)構(gòu)使它們之間的相互影響減小到最小。況且副線圈在絕大 多數(shù)時間接收信號幅度約為0，更談不上對主線圈影響。③副線圈的結(jié)構(gòu)在HRPD檢測時具有較好的信噪比。其一，副線圈對于上下分布不 均勻的干擾噪聲，有著良好的抑制效果，移動機車是左右運動，所以不存在左右分布不均勻 的干擾噪聲，因此抗干擾能力增強；其二，當(dāng)檢測精密位置HRPD時，即位置信號發(fā)生器向編 碼電纜中Gtl或Gtl’傳輸對線發(fā)送載波，副線圈的最大接收幅度是主線圈的最大接收幅度動2倍，信噪比大大增強。因此提高了 HRPD檢測分辨率。3)主、副線圈之間的相位與幅度關(guān)系
采用主線圈檢測APD，副線圈檢測HRPD，必須弄清楚地面位置信號發(fā)生器向編碼電纜 中Gtl或Gtl’傳輸對線發(fā)送載波，檢測精密位置HRPD時，主線圈感應(yīng)信號與副線圈感應(yīng)信號 之間的相位與幅度關(guān)系。為了便于分析，作如下規(guī)定
①Gtl或Gtl’傳輸對線的第1個交叉間網(wǎng)孔的磁場方向為+，第2個交叉間網(wǎng)孔的磁場 方向為一，由于Gtl或Gtl’傳輸對線都是每隔r距離交叉一次，所以Gtl或Gtl’傳輸對線產(chǎn)生的 磁場方向+、一交替。②以主線圈Z II在磁場方向為+的交叉間網(wǎng)孔感應(yīng)信號為+，顯然，主線圈Z II在 磁場方向為一 的交叉間網(wǎng)孔感應(yīng)信號為一，但主線圈Z I在磁場方向為一的交叉間網(wǎng)孔感 應(yīng)信號為+。所以標(biāo)明主線圈ZII為+，主線圈Z I為一，于是得到線圈與交叉間網(wǎng)孔符號 相同時，感應(yīng)信號為+，線圈與交叉間網(wǎng)孔符號相反時，感應(yīng)信號為一。③繞制副線圈時，使F I繞制方向與Z II繞制方向相同，F(xiàn) II繞制方向與Z II繞制 方向相反，副線圈F I在磁場方向為+、一的交叉間網(wǎng)孔感應(yīng)信號為+、一，副線圈F II在磁 場方向為+、一的交叉間網(wǎng)孔感應(yīng)信號為一、+。④以下所說的Gtl或Gtl’信號，都是指地面位置信號發(fā)生器向編碼電纜中Gtl或Gtl’ 傳輸對線發(fā)送載波時檢測的信號，為了區(qū)別，加Z、F分別表示主、副線圈檢測的信號，例如 ZG0或ZGc/表示主線圈檢測Gtl或Gtl’信號的相位，ZA(Gtl)或ZA(Gc/ )表示主線圈檢測Gtl或 G0，信號的幅度；FG0或FG0，表示副線圈檢測G0或G0，信號的相位，F(xiàn)A(G0)或FA(G0')表示 副線圈檢測Gtl或Gtl’信號的幅度。根據(jù)均勻磁場模型，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)信號幅度與線圈有效感應(yīng)面積成正比。由于 主線圈Z II、副線圈都的寬度都大于傳輸對線的寬度，所以線圈產(chǎn)生的感應(yīng)信號幅度僅與 在編碼電纜上的有效感應(yīng)長度成正比。圖8給出了根據(jù)均勻磁場模型，主線圈Z II、副線圈在一個移動周期內(nèi)不同位置所 感應(yīng)的Gtl和Gtl’信號相位和相對幅度的關(guān)系。對于線圈每一個位置來說，上面是感應(yīng)Gtl的 信號，下面是感應(yīng)Gtl’信號；*1表示副線圈F I感應(yīng)的信號，*2表示副線圈F II感應(yīng)的信號， *3表示副線圈F I和F II感應(yīng)的信號的總和。表1給出了主線圈Z II、副線圈在一個周期內(nèi)不同位置所感應(yīng)信號相位和相對幅 度的數(shù)據(jù)。圖9給出主線圈Z II在一個周期內(nèi)不同位置所感應(yīng)Gtl和Gtl’信號相位和相對幅度 的曲線；
圖10給出主線圈副線圈在一個周期內(nèi)不同位置所感應(yīng)Gtl和Gtl’信號相位和相對幅度 的曲線。表1主線圈Z II、副線圈感應(yīng)的Gtl和Gtl’信號相位和相對幅度數(shù)據(jù)
上述分析得到如下結(jié)論 ①相位關(guān)系=ZGtl=FGc/的反，ZGtl' =FGq。②幅度關(guān)系2ZA(G0) =FA (G。，)，2ZA (G。，) =FA (G0)。采用副線圈檢測HRPD,得到 FA (G0)、FA (G0，)。用 FA (G0)、FA (G0，)取代 ZA (G0，)、 ZA(G0)修改公式(5)、(6)得到公式(9)、(10)。 根據(jù)公式(9)、(10)計算的Pcp P1，計算HRPD，這樣，就提高了檢測分辨率。4)解決了主線圈檢測APD與副線圈檢測HRPD之間不配套的問題
主線圈檢測APD，副線圈檢測HRPD，按照理論分析，應(yīng)該是在副線圈檢測Gci’幅度 FA (G0')達(dá)到最小的位置，是主線圈檢測Gtl相位ZGtl發(fā)生變化的位置，同理在副線圈檢測Gtl 幅度FA(Gtl)達(dá)到最小的位置，是主線圈檢測Gn (n=l、2、…)相位ZGn發(fā)生變化的位置。由 于編碼電纜中的各傳輸對線之間的相互影響以及對各傳輸對線影響的不一致性，所以在有 些Gtl或Gtl，的交叉處，F(xiàn)A(G0')達(dá)到最小的位置，并不是ZGci*生變化的位置；FA(Gtl)達(dá)到 最小的位置，也不是是ZGn發(fā)生變化的位置，因而造成采用主線圈檢測APD和HRPD時，APD 與HRPD之間不配套類似問題，影響分辨率。由于產(chǎn)生問題的原因在于主線圈檢測APD副線圈檢測HRPD，主副線圈檢測的不一 致引起的，解決問題的原理就是采用同一個標(biāo)準(zhǔn)，即APD也用副線圈檢測的相位作標(biāo)準(zhǔn)。其 方法就是在&、Gci’交叉點處約士20mm的范圍內(nèi)，用用副線圈檢測的相位取代Gn (η=0、1、 2、…)的相位，對主線圈已經(jīng)檢測的APD進行修正。(1)主線圈檢測完成APD。(2)當(dāng)位置信號發(fā)生器向編碼電纜中Gtl傳輸對線發(fā)送載波時，副線圈檢測得到 FA(GCI)JGci，當(dāng)位置信號發(fā)生器向編碼電纜中Gtl’傳輸對線發(fā)送載波時，副線圈檢測得到 FA (G0，)、re0，。(3)根據(jù)公式(9)、(10)計算 P。、P1，計算 HRPD。(4)判斷是否在G。交叉點處約士20mm的范圍內(nèi)，Cl1=PciXngd1 ( 20，表示在G0 交叉點處士20mm的范圍內(nèi)，則對已經(jīng)檢測的APD進行修正，否則不修正。修正的方法是用 副線圈檢測的相位FGc/的反取代主線圈檢測的相位ZGtl,重新計算APD。(5)判斷是否在G。，交叉點處約士 20mm的范圍內(nèi)，Cltl=P1 X r，若dQ彡20，表示在G0， 交叉點處士20mm的范圍內(nèi)，則對已經(jīng)檢測的APD進行修正，否則不修正。修正的方法是用副線圈檢測的相位FGtl取代主線圈檢測的相位ZGc/，然后按照采用主線圈檢測APD和HRPD 解決APD與HRPD之間不配套問題的方法的步驟，用ZGc/的相位取代ZGn的相位，對已經(jīng)檢 測的APD進行修正。本發(fā)明的效能
感應(yīng)無線位置檢測提高分辨率的方法已經(jīng)應(yīng)用于感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)，經(jīng)過多 次實驗驗證，位置檢測分辨率明顯得到提高。實驗方法連接三段102. 4米編碼電纜，即檢測位置范圍為307. 2米。采用120米 連接電纜將編碼電纜連接到地面載波發(fā)生器。緩慢拖動編碼電纜從固定的感應(yīng)天線箱下經(jīng) 過，保持感應(yīng)天線箱與編碼電纜之間距離約150mm。采用計算機對檢測的位置數(shù)據(jù)記錄，每 當(dāng)位置數(shù)據(jù)發(fā)生變化一次就記錄一個數(shù)據(jù)。感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)裝有撥碼開關(guān)，通過撥碼開關(guān)對檢測方法進行控制， 當(dāng)采用原有檢測方法出現(xiàn)不歸0的位置，采用提高分辨率的方法，分辨率得到明顯改善。本發(fā)明所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行的描述，并非對本發(fā)明 構(gòu)思和范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計思想的前提下，本領(lǐng)域中工程技術(shù)人員對本發(fā) 明的技術(shù)方案作出的各種變型和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護范圍，本發(fā)明請求保護的技 術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
一種提高感應(yīng)無線位置檢測分辨率的方法，所述的感應(yīng)無線位置檢測就是通過天線箱中感應(yīng)線圈與編碼電纜中傳輸對線之間的電磁感應(yīng)，檢測到天線箱所在的X位置坐標(biāo)，以此作為移動機車的位置；所述的位置檢測分為一般位置檢測APD和高分辨率位置檢測HRPD；所述的編碼電纜設(shè)有R、G、G’三類位置傳輸對線；本發(fā)明的特征在于(1)在感應(yīng)天線箱中心在編碼電纜的交叉點附近時，對于一般位置檢測APD和高分辨率位置檢測HRPD采用感應(yīng)天線箱內(nèi)同一線圈對相對應(yīng)的同一編碼電纜傳輸對線檢測的參數(shù)，解決主線圈檢測APD主線圈檢測與HRPD之間不配套的問題，也解決了主線圈檢測APD與副線圈檢測HRPD之間不配套的問題，從而提高檢測分辨率。(2)提出一種采用主線圈檢測APD，副線圈檢測HRPD的方法。①提出了一種提高檢測分辨率的主、副線圈結(jié)構(gòu)；②提出了一種由副線圈檢測的相位修正主線圈檢測的一般位置APD的方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高感應(yīng)無線位置檢測分辨率的方法，其特征在于以主線圈 檢測APD和HRPD時，采用以檢測Gtl’傳輸對線的相位去修正APD位置。其方法為(1)在作HRPD檢測過程中，檢測Gtl’的幅度時同時檢測Gtl’相位，由此得到Gtl’相位的格雷碼Gtl ’。(2)判斷是否在G?！徊纥c處約士20mm的范圍內(nèi)。若在范圍內(nèi)，則對已經(jīng)檢測的APD 進行修正，否則不修正。(3)APD偶數(shù)化。若檢測的APD為奇數(shù)，APD=APD+1；APD為偶數(shù)，保持不變。⑷判斷是G1交叉，還是Gn (n=2、3、…)交叉。當(dāng)APD偶數(shù)化后，若APD/2為奇數(shù)，就 是G1交叉。若APD/2為偶數(shù)，就是Gn交叉。(5)用Gtl’的相位取代6 的相位，對已經(jīng)檢測的APD進行修正。①G1 交叉作如下處理Gq，=0，HAPD=APD 一 1，G。，=1，HAPD=APD ；②Gn 交叉作如下處理Gq，=1，HAPD=APD - 1, G0' =0，HAPD=APD0HAPD是經(jīng)過修正的APD位置，與HRPD之間不再存在不配套的問題。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高感應(yīng)無線位置檢測分辨率的方法，其特征在于提出一種 采用主線圈檢測APD，副線圈檢測HRPD的方法。此方法中，提出了一種提高檢測分辨率的 主、副線圈結(jié)構(gòu)；提出了一種由副線圈檢測的相位修正主線圈檢測的一般位置APD的方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高感應(yīng)無線位置檢測分辨率的方法，其特征在于提出了一 種提高檢測分辨率的主、副線圈結(jié)構(gòu)a.主線圈采取交叉繞制，有ZI、ZII、ZIII三個部分，且Z I、Z III繞制方向相同與Z II 繞制方向相反，Z I、Z III的面積之和等于Z II的面積。b.副線圈采取交叉繞制，有FI、F II兩個部分，且F I繞制方向與Z II繞制方向相同， F II繞制方向與Z II繞制方向相反，F(xiàn) I的面積等于F II的面積。c.主、副線圈結(jié)構(gòu)按圖7(b)放置，在主線圈中加入正弦交流電，調(diào)整主、副線圈的位 置，使副線圈接收信號幅度最小，然后固定主、副線圈的位置，這樣主、副線圈之間的相互影 響減小到最小。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高感應(yīng)無線位置檢測分辨率的方法，其特征在于得到主、 副線圈(Z開頭為主線圈，F(xiàn)開頭為副線圈)幅度關(guān)系2ZA(Gtl) =FA(G0，)，2ZA(G0，) =FA(G0)。 提出了一種由副線圈檢測HRPD的方法。采用副線圈檢測 HRPD,得到 FA (G0)、FA (G0，)。用 FA (G0)、FA (G0，)取代 ZA (G0，)、ZA (G0) 得到以下公式。 從而計算HRPD。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高感應(yīng)無線位置檢測分辨率的方法，其特征在于得到主、 副線圈相位關(guān)系ZGtl=FGc/的反，ZGc/=FGc^提出了一種由副線圈檢測的相位修正主線圈檢 測的一般位置APD的方法。其方法為(1)判斷是否在GO交叉點處約士20mm的范圍內(nèi)，若在范圍內(nèi)，則對已經(jīng)檢測的APD 進行修正，否則不修正。修正的方法是用副線圈檢測的相位reo’的反取代主線圈檢測的相 位ZGO，重新計算APD。(2)判斷是否在GO’交叉點處約士20mm的范圍內(nèi)，若在范圍內(nèi)，則對已經(jīng)檢測的APD 進行修正，否則不修正。修正的方法是用副線圈檢測的相位reo取代主線圈檢測的相位 ZGO',然后按照采用主線圈檢測APD和HRPD解決APD與HRPD之間不配套問題的方法的步 驟，用ZG0’的相位取代ZGn的相位，對已經(jīng)檢測的APD進行修正。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高感應(yīng)無線位置檢測分辨率的方法。它在感應(yīng)天線箱中心在編碼電纜的交叉點附近時，對于一般位置檢測APD和高分辨率位置檢測HRPD采用感應(yīng)天線箱內(nèi)同一線圈對相對應(yīng)的同一編碼電纜傳輸對線檢測的參數(shù)，解決主線圈檢測APD主線圈檢測與HRPD之間不配套的問題，也解決了主線圈檢測APD與副線圈檢測HRPD之間不配套的問題，從而提高檢測分辨率。提出一種采用主線圈檢測APD，副線圈檢測HRPD的方法。提出了一種提高檢測分辨率的主、副線圈結(jié)構(gòu)；提出了一種由副線圈檢測的相位修正主線圈檢測的一般位置APD的方法。本發(fā)明的主、副線圈的位置結(jié)構(gòu)使它們之間的相互影響減小到最小。副線圈的結(jié)構(gòu)在HRPD檢測時具有較好的信噪比。
文檔編號G01S11/12GK101865999SQ201010214000
公開日2010年10月20日 申請日期2010年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者楊志和, 陳勇波, 陳新, 陳進 申請人:湖南理工學(xué)院;岳陽千盟電子有限公司