用于对被引导车辆路线所配备的信标的中心进行定位的系统和方法与流程

本发明涉及对沿着路线的被引导车辆的定位。更具体地，本发明涉及一种用于相对于沿着被引导车辆所遵循的路线、安装在各个位置处的信标或应答器(balise)而对所述被引导车辆进行定位的系统和方法。通过确定信标的中心，根据本发明的系统和方法能够准确地确定被引导车辆的位置/定位。从一般观点来看，本发明涉及安装在被引导车辆所行驶的路线或道路上的信标或应答器，其被配置成用于在被引导车辆经过所述信标或应答器附近(例如在所述信标或应答器上方/之上)时借助于电磁信号与被引导车辆交换数据。特别地，所述应答器是欧洲应答器(Eurobalise)，即符合欧洲列车控制系统的应答器，并且其被安装在被引导车辆所遵循的轨道的铁轨之间。根据本发明的“被引导车辆”指的是公共交通装置，例如公共汽车、无轨电车、有轨电车、地铁、列车或列车组等，以及装载运输装置，比如作为例子的桥式起重机，对于这些装置，安全是非常重要的因素，并且所述装置通过至少一个铁轨、尤其是通过其之间放置有信标/应答器的两个铁轨、沿着路线或轨道而被引导。

用于确定被引导车辆相对于信标的位置的系统和方法在本领域中是公知的。例如，EP1227024B1描述了一种用于生成用来对轨道车辆进行定位的信号的嵌入式系统，其中所述嵌入式系统包括具有第一环和第二环的天线，第一环和第二环由不同的辐射图案表征，并且其在所述天线经过位于轨道车辆的路径上的已知位置处的信标上方时分别生成第一感生电流和第二感生电流。由于第一环和第二环具有不同形状，所以第一感生电流的相位变化与第二感生电流的相位变化不同，因而处理系统使用该相位差别来确定轨道车辆相对于信标的位置。

通常，用于定位轨道车辆的车载系统和信标之间的电磁信号传输的动态性使得难以估计信标的中心，因此难以估计轨道车辆的准确位置。特别地，动态(vital)准确性由于存在“旁瓣”(参见EP1227024B1的图4)而受到限制，“旁瓣”是由于磁通量的返回路径而引起的并且其可能增加其中由车载系统天线接收信标的区域的长度。即便在如EP1227024B1中所描述的“8字形”环的情况下，信标中心的动态检测仍然具有挑战性，因为感生信号可能非常微弱并且必须确保接收器中的较强增益。最后，公知的现有技术使用相位检测来用于确定信标的中心，其对于微弱信号也可能不可靠。

因此，本发明的目标在于提供一种用于改进对被引导车辆相对于信标或应答器的定位的确定、确保信标或应答器的位置的可靠确定的系统和方法，其实施经济、简单，降低(特别是由于存在旁瓣而引起的)错误检测的风险，并因此提高被引导车辆相对于信标的定位确定的可靠性。优选地，根据本发明的系统和方法不需要对由信标传送的电磁信号进行任何相位分析。

本发明提供了一种用于对信标中心进行定位的系统，所述系统被配置成用于安装在被引导车辆上，并能够在所述被引导车辆经过信标时对信标中心进行定位，所述系统包括：

-发射器，其被配置成用于远程向信标提供动力，尤其是借助于辐射能量。所述发射器包括例如包括用于辐射能量、尤其是射频能量的发射环的天线，然后通过所述辐射能量来向信标提供动力并且信标继而能够传送电磁信号；

-接收器，其包括含有两个接收环的天线，该接收环用于拾取由信标产生的电磁信号，更确切的是由信标的传送环产生的电磁信号，因此接收器包括所述两个接收环，分别为第一接收环和第二接收环，优选地，所述环由相同的辐射图案表征，例如第一接收环和第二接收环相同，以便具有相同的辐射图案，第一环和第二环被配置成用于拾取由信标响应于发射器对其提供动力而发送的电磁信号，并且分别将第一信号和第二信号递送至处理单元，所述第一信号和第二信号分别是在第一接收环和第二接收环中由电磁信号感生的电流，因此，第一接收环和第二接收环优选地被配置为或被成形为用于在接收到由信标产生的电磁信号时递送相同的信号。利用由相同的辐射图案表征的第一接收环和第二接收环的操作的优点在于：由每个环响应于信标的电磁信号而生成的电流信号是相同的，仅在时间上偏移，因而其简化了可能发生的故障的确定并使得该确定更高效。所述第一接收环和第二接收环优选地是简单环。每个电流提供对与第一接收环、第二接收环分别相对于信标，更确切地相对于传送环的中心的位置相关的、电磁信号的幅度的测量，第一接收环特别地连接到第一解调器并且第二接收环特别地连接到第二解调器。特别地，第一接收环和第二接收环被放置/定位成使得在配备有根据本发明的系统的被引导车辆经过信标时，第一信号相对于第二信号在时间上偏移。在本发明的背景下，信标中心是指传送环的中心，例如其几何中心；

-处理单元，其能够处理分别由所述第一接收环和第二接收环递送的第一信号和第二信号，其中处理单元被配置成用于根据第一信号的幅度和第二信号的幅度来确定接收器经过信标中心的时刻T，其中特别地，T通过下式给出：

T＝(T1+T2)/2 (式1)

其中优选地，T1是在第一接收环经过所述信标(例如，经过其上方/之上)时第一信号的幅度达到其最大值的时刻并且T2是在第二接收环经过所述信标(例如，经过其上方/之上)时第二信号的幅度达到其最大值的时刻。

优选地，时刻T由处理单元通过计算至少一个第三信号来确定，该至少一个第三信号是第一信号和第二信号的时间相关函数，例如第一信号和第二信号的幅度的函数，例如作为时间的函数的第一信号和第二信号的幅度/强度的和和/或差，处理单元被配置成用于确定所述第三信号的极值，所述极值出现的时刻与接收器经过信标中心的时刻T吻合。因此，根据本发明的处理单元能够确定信标中心与由第一接收环和第二接收环形成的系统的质心最接近的时刻，以及因此能够确定质心的位置最接近信标的位置的时刻，所述时刻对应于第三信号包括极值的时刻，例如在第三信号是第一信号和第二信号的幅度/强度的和的情况下最大值出现的时刻，或者在所述第三信号等于第一信号和第二信号的幅度/强度的差的情况下最小值出现的时刻。实际上，第一信号、或者相应地是第二信号在第一接收环、或者相应地是第二接收环处于与包括传送环的平面平行的平面中并且与信标的传送环对齐的时刻达到其最大值，理想地，在第一接收环、或者相应地是第二接收环的中心和信标的传送环的中心在与包括传送环的平面和包括第一接收环、或相应地包括第二接收环的平面二者均垂直的同一条直线上的时刻。

本发明还涉及一种用于对沿着被引导车辆所遵循的路线、安装在某位置处的信标的中心进行定位的方法，在所述被引导车辆上安装有用于对信标中心进行定位的系统，所述系统包括发射器、包括第一接收环和第二接收环的接收器以及处理单元，根据本发明的方法包括以下步骤：

-借助于发射器远程向信标或应答器提供动力，其中信标适用于向系统传送电磁信号；

-将电磁信号传送至接收器，其中所述电磁信号由信标响应于其动力提供而生成；

-借助于第一接收环拾取电磁信号以及将第一信号递送至处理单元；

-借助于第二接收环拾取电磁信号以及将第二信号递送至处理单元，其中第二信号相对于第一信号在时间上偏移，并且优选地与第一信号相同：第一信号在第一接收环第一次接收到电磁信号的时刻t1B处开始并且在第一接收环停止接收电磁信号的时刻t1E处结束，这同样适用于第二接收环，即，第二信号在时刻t2B处开始并且在时刻t2E处结束，其中优选地，t1B＜t2B≤t1E＜t2E以及优选地，t1E-t1B＝t2E-t2B；

-借助于处理单元根据第一信号的幅度/强度和第二信号的幅度/强度确定接收器经过信标中心的时刻T，其中特别地，T由T＝(T1+T2)/2给出，T1、T2优选地如前文所定义的。优选地，本方法包括计算为作为时间的函数的第一信号和第二信号的幅度的差或和的第三信号，以及确定该第三信号的极值，所述极值出现的时刻与接收器经过信标中心的时刻吻合。本领域技术人员将理解，由本发明确定的时刻T是在所述接收器经过所述信标时接收器的中心最接近信标中心的时刻，接收器的中心是由第一接收环和第二接收环形成的系统的质心(即，连接第一接收环的几何中心和第二接收环的几何中心的直线线段的中点)并且信标中心是传送环的几何中心。

通过以下附图将更好地理解本发明的另外的方面，其中相同的附图标记用于相同的和相应的部件：

图1是安装在被引导车辆上的、根据本发明的系统的第一优选实施方式的示意图。

图2是根据本发明的系统的第二优选实施方式的示意图。

图3是由根据本发明的处理单元处理的信号的示意图。

图1示出了安装在被引导车辆2上的、根据本发明的系统1，其被配置成遵循由一对铁轨3所限定的路线。信标4或应答器安装在由被引导车辆2所遵循的路线或铁轨线路上，例如在铁轨3之间。铁轨线路可以包括形成信标4的系统的若干个信标4，每个信标被配置成在被引导车辆2经过所述信标4附近(例如，经过所述信标4上方/之上)时与被引导车辆2交换信息。信标4和系统1借助于相应地从信标4传送到系统1、相应地从系统1传送到信标4的电磁信号交换信息。

根据本发明的系统1被配置成用于安装在被引导车辆2上并且能够对信标4的中心进行定位。从而，系统1能够相对于信标4来对被引导车辆2进行定位，并能够高效地确定车辆在配备有信标4的系统的网络上的位置，其中每个信标4的位置是已知的。

用于对沿着系统1被配置成要安装在其上的被引导车辆2所遵循的路线安装的信标4的中心进行定位的系统1至少包括发射器11、接收器和处理单元14。

发射器11被配置成用于远程向信标4提供动力。特别地，发射器11包括天线，该天线用于在被引导车辆2，或者更准确地是根据本发明的系统1的发射器11在信标4附近(例如，上方)移动时发射能够向信标4提供动力的辐射能量。所述发射器11包括例如天线，该天线包括能够辐射能量，尤其是射频能量的发射环，其中所述辐射能量能够向信标4提供动力，即，向所述信标4提供能量以使得所述信标4继而能够向系统1传送电磁信号。信标4是本领域中公知的类型，包括能够拾取由发射器11辐射的能量并且能够使用所述能量、借助于包括用于向系统1发送电磁信号的传送环的传送器来将信息传输回系统1的天线电路。信标4沿着由被引导车辆2所遵循的路线、安装在已知的位置/定位处。

接收器包括两个环，分别为第一接收环12和第二接收环13，优选地，所述环由相同的辐射图案来表征，以便简化故障确定。“相同的辐射图案”意味着两个环在经受相同的电磁信号时提供相同的响应。优选地，第一接收环和第二接收环是相同的。第一接收环12和第二接收环13在接收到由信标4响应于发射器11对其提供动力而发射的电磁信号时分别递送第一信号S1和第二信号S2。第一接收环12和第二接收环13在相同的平面中(例如在水平平面中)彼此对齐，并且相对于被引导车辆2的位移方向一个接一个地布置，环的一部分交迭或不交迭，以使得第一信号S1和第二信号S2在接收器经过信标4时在时间上偏移。第一接收环12和第二接收环13是例如并排布置在相同的平面中(参见图1)的矩形环、或者具有如图2所示的交迭的边的矩形环，其中根据第二优选实施方式，第一接收环12和第二接收环13轻微交迭。特别地，在所述系统安装在被引导车辆2上时，第一接收环12和第二接收环13在与包括信标4的发射环的平面平行的相同平面中。优选地，第一接收环12和第二接收环13的外部尺寸基本上等于信标4的传送环的外部尺寸。当经受由信标4传送的电磁信号时，第一接收环12递送第一信号S1并且第二接收环13递送第二信号S2，其中所述第一信号和第二信号是分别在所述第一接收环和第二接收环中由电磁信号感生的电流。

处理单元14被配置成用于处理分别由第一接收环12和第二接收环13递送的第一信号和第二信号。图3示意性地示出了当被引导车辆2以及因此系统1在由箭头指示的位移方向上移动并经过信标4上方时(参见例如图1或图2)，与系统1相对于信标4的位置或定位相关的、第一信号S1和第二信号S2的强度。在所述位移期间，第一接收环12将首先感测到由信标4的传送环所传送的电磁信号并递送第一信号S1，第一信号S1将与系统沿着位移方向的位移相关地，首先在靠近信标4时增加，随后当第一接收环在信标4的上方对准时达到最大值，然后在与信标4的距离增加时减小。第二接收环13将在第一接收环12之后感测到电磁信号，因为相对于被引导车辆或系统1在方向上移动然后经过信标4时的位移方向，第二接收环13安装在第一接收环12之后。优选地，第一接收环12和第二接收环13具有相同的辐射图案，因此第二信号S2将与第一信号S1相同，但相对于第一信号S1，由第二接收环递送的第二信号S2具有时间偏移，所述偏移取决于系统1(或被引导车辆2)在经过信标上方时的位移速度以及第一接收环12与第二接收环13间隔的距离，更准确地是当系统1(或被引导车辆2)在位移方向上移动并经过信标4上方时(参见图2)，第一接收环12首先进入由信标4的传送环41产生的磁场的部分与第二接收环13首先进入由传送环41产生的所述磁场的部分间隔的距离D。优选地，第一接收环和第二接收环被配置成用于在经过信标时递送相同的信号，但其中所述信号在时间上偏移。根据本发明的处理单元14接收两个信号，第一信号S1和第二信号S2，所述信号在时间上偏移，优选地是相同的，并且第一信号S1在时间段ET1内延续且第二信号S2在时间段ET2内延续(参见图3)，优选地，ET1＝ET2，ET1、ET2分别是其间第一接收环、第二接收环分别在由信标4的传送环所产生的磁场的影响下的时间段，所述时段ET1和ET2相对于彼此在时间上偏移，即，ET1在时刻t1B处开始并且在时刻t1E处结束，ET2在时刻t2B处开始并且在时刻t2E处结束，其中t1B＜t2B≤t1E＜t2E并且优选地，t1E-t1B＝t2E-t2B。优选地，时间段ET1和ET2交迭。特别地，T1＝t1B+(t1E-t1B)/2并且T2＝t2B+(t2E-t2B)/2。

处理单元14连接至第一接收环和第二接收环，以用于接收第一信号和第二信号，并且处理单元14被配置成用于分析由第一接收环12和第二接收环13所传送的所述第一信号和第二信号。特别地，处理单元计算至少一个第三信号S3，该至少一个第三信号S3是作为时间t的函数的第一信号S1和第二信号S2的幅度之和或者幅度之差中的任何的函数：S3＝f(S1(t)-S2(t))或S3＝f(S1(t)+S2(t))，例如，S3＝S1-S2或S3＝S1+S2。处理单元14可以计算作为(S1(t)，S2(t))的函数f的其他信号，例如以下信号中的任意：S3’＝f(S1(t)+S2(t))或S3’＝f(S1(t)-S2(t))，S4＝f(S1(t))，或S5＝f(S2(t))。优选地，为了进一步提高精度，根据至少第三信号S3，尤其是另外根据S3’，处理单元能够确定接收器的中心位于信标4之上的时刻，从而能够对接收器相对于传送环的位置进行定位，因而对被引导车辆2相对于信标的位置进行定位。实际上，接收器的中心位于信标4的传送环之上的时刻是S3和/或S3’的幅度/强度达到极值的时刻，相应地，极值对于S3’为最大值并且对于S3为最小值。应注意的是，信标4的中心在图3中对应于曲线图的坐标系统的原点并且其是指传送环的几何中心。当由第一接收环和第二接收环形成的系统的质心最接近传送环的中心时，接收器的中心在信标中心之上。由于准确地知道信标中心的位置，因此也可以准确地知道被引导车辆2的位置。特别地，处理单元14包括两个解调器，分别为第一解调器和第二解调器，第一接收环12连接到第一解调器并且第二接收环13连接到第二解调器，以用于从信标电磁信号提取信息。

特别地，一旦由第一接收环12感测到的信标电磁场超过阈值，则第一接收环12开始接收来自信标4的消息，所述消息嵌入由信标4传送的电磁信号中。这同样适用于第二接收环，第二接收环将获得与第一接收环相同的消息。每个消息被第二接收环接收到的时刻相对于第一接收环接收到所述消息的时刻仅在时间上偏移。优选地，处理单元14被配置成用于：在消息仍然可用并且分别在第一接收环、第二接收环上被接收的情况下或者在第一接收环、第二接收环分别不再接收消息的情况下，仅在第一接收环、第二接收环分别已经接收到至少一条有效消息并且第二接收环、第一接收环分别接收到另一消息时，计算第三信号。有利地，针对计算第三信号施加接收有效消息的条件确保被引导车辆相对于信标4的位置的确定。

优选地，本发明提出根据所述消息被接受器接收的时刻确定时刻T。特别地，根据本发明，时刻T1由T1＝t11+(t12-t11)/2给出并且时刻T2由T2＝t21+(t22-t21)/2给出，以及处理单元14被配置成用于测量：

-时刻t11，在时刻t11处第一接收环12第一次接收到来自信标4的消息，

-时刻t12，在时刻t12处第一接收环12最后一次接收到来自所述信标的消息，

-时刻t21，在时刻t21处第二接收环13第一次接收到来自信标4的消息，以及

-时刻t22，在时刻t22处第二接收环13最后一次接收到来自所述信标的消息，

然后处理单元被配置成用于借助于能够执行式1的电路来根据t11、t12、t21、t22确定时刻T，其中t11＜t21≤t12＜t22。根据本发明，时间间隔[t11,t12]被包括在时间间隔[t1B,t1E]中并且时间间隔[t21,t22]被包括在时间间隔[t2B,t2E]中。特别地，第一接收环12和第二接收环13被配置成用于传送相同的信号S1、S2，以使得t12-t11＝t22-t21。最后，处理单元14可以被配置成用于将借助于第三信号S3而获得的时刻T与借助于t11、t12、t21和t22而获得的时刻T进行比较，以便确认获得的T的值和/或计算T的平均值。实际上，根据本发明，时刻T可以根据第三信号S3，和/或根据时刻t11、t12、t21和t22，和/或根据时刻t1E、t1B、t2E、t2B和/或后者的组合来确定。

总而言之，本发明提供了一种用于确定被引导车辆相对于诸如欧洲应答器的信标的位置的简单系统和方法，其中所述位置通过包括天线的系统来确定，该天线具有生成偏移的信号的第一接收环和第二接收环；通过对所述第一接收环和第二接收环中的每个经过信标中心之上的时刻进行平均，特别地通过计算由第一接收环和第二接收环所提供的信号的强度的和和/或差来确定被引导车辆在信标或应答器之上的时刻，因此确定其定位。