[發(fā)明專利]一種基于Φ-OTDR的軌道車輛定位和測速系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410176070.2
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103926588B
• 公開（公告）日: 2016-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭飛;饒云江;段寧
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫成電光纖傳感科技有限公司
• 主分類號: G01S17/06
• 分類號: G01S17/06;G01S17/58;G01P3/68
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 胡彬;路凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及軌道列車測速技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于Φ-OTDR的軌道車輛定位和測速系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在軌道列車交通安全保障體系中，列車運行的實時位置和速度信息是列車調(diào)度指揮系統(tǒng)必須準確掌握的信息，調(diào)度中心根據(jù)已掌握的實時信息，對各路段的運行情況進行控制，以保障列車的安全行駛。目前國內(nèi)鐵路是通過基于軌道電路的列車自動控制系統(tǒng)(Communication?Based?Train?Control?System，CBTC)來獲取列車運行的實時速度和位置信息。在該系統(tǒng)中，利用軌道電路可以自動檢測列車、車輛的位置，控制信號機的顯示；通過軌道電路可以將地面信號傳遞給機車，從而可以控制列車運行。盡管軌道電路已采取了多項保護措施，但是在雷電等惡劣的天氣，軌道電路依然存在失效的可能，從而導(dǎo)致嚴重的交通事故。軌道電路的最大缺點是它的工作是有源的，在維護不利的情況下，將導(dǎo)致重大交通事故。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于通過一種基于Φ-OTDR的軌道車輛定位和測速系統(tǒng)，來解決以上背景技術(shù)部分提到的問題。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于Φ-OTDR的軌道車輛定位和測速系統(tǒng)，其包括Φ-OTDR系統(tǒng)主機和光纜；

所述Φ-OTDR系統(tǒng)主機與光纜連接，用于發(fā)出脈沖光信號注入到光纜，并對光纜中反射回的瑞利散射相干光進行處理，獲得列車運行的實時位置信息和速度信息。

特別地，所述Φ-OTDR系統(tǒng)主機包括激光器、聲光調(diào)制器、摻鉺光纖放大器、帶通濾波器、可調(diào)諧衰減器、環(huán)形器、光電探測器以及處理器；

所述激光器用于發(fā)射連續(xù)光，輸出給聲光調(diào)制器；其中，激光器為超窄線寬激光器，其線寬小于3KHz；

所述聲光調(diào)制器用于將所述連續(xù)光調(diào)制成脈沖光信號；其中，聲光調(diào)制器為高消光比聲光調(diào)制器，其消光比大于50dB；

所述摻鉺光纖放大器用于對所述脈沖光信號進行放大；

所述帶通濾波器用于對摻鉺光纖放大器輸出的脈沖光信號進行濾波；

所述可調(diào)諧衰減器用于調(diào)整收到的脈沖光信號的功率；

所述環(huán)形器用于將可調(diào)諧衰減器輸出入的脈沖光信號注入到光纜，光在光纜中發(fā)生瑞利散射，并接收光纜中反射回的相干光，輸出給光電探測器；

所述光電探測器用于將所述瑞利散射相干光轉(zhuǎn)化為電信號，輸出給處理器；

所述處理器用于對所述電信號進行信號處理，獲得列車運行的實時位置信息和速度信息。

特別地，所述處理器具體用于：一、根據(jù)原始瑞利散射曲線，光纜上每個空間點都有一個隨時間變化的信號X_s(t)，其中，X_s(t)表示光纜上離列車指揮調(diào)度中心距離為s的振動信號；二、對每個空間點的信號X_s(t)加寬度為T_w的時間窗，接著對每個時間窗內(nèi)的信號做小波變換、閾值降噪，并對重構(gòu)的信號求均方根，得到該時間窗內(nèi)信號的振動水平，進而得到每個時間點上光纜不同位置的振動信號為Y_T(s)，其中Y_T(s)表示T時刻光纜所有位置的振動信號；此時定位周期為T_l＝T_p*T_w，其中T_l表示定位周期，T_p表示脈沖重復(fù)周期，T_w表示時間窗。三、對Y_T(s)做峰值檢測得到突變沿位置，從而得到該時間點振動列車的位置，其中上升沿和下降沿將分別對應(yīng)列車的車頭位置和車尾位置；對一段時間內(nèi)的各時間點分析，得到該時段內(nèi)列車的位置-時間關(guān)系；四、對列車的位置-時間關(guān)系求斜率，獲得到各個時間點列車運行的實時速度。

特別地，所述Φ-OTDR系統(tǒng)主機安裝在列車指揮調(diào)度中心的監(jiān)控室中；所述光纜沿著軌道鋪設(shè)，埋在軌道正下方的土壤中。

特別地，所述光纜選用單模光纖光纜。