提高感应无线位置检测分辨率的方法

专利名称：提高感应无线位置检测分辨率的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高感应无线位置检测分辨率的方法。
背景技术：
1.感应无线技术简介
感应无线技术是为了实现工业移动机车自动化而兴起的一种工业应用技术，它包括感 应无线数据通信和感应无线位置检测两个方面。在工业生产中，许多场合中有多台大型作业机车按照一定的生产计划和工艺要 求，相互配合，有序地工作。随着现代工业自动化的发展，人们迫切需要实现计算机对作业 机车的集中管理控制，达到生产过程自动化。要实现计算机对作业机车的集中管理控制，就 必须解决两个基本问题①地面中央控制室与移动机车之间可靠的数据通信问题。有线通 信方式存在着移动机车拖带通信电缆不方便；而无线通信方式由于工业现场环境恶劣，误 码率高，可靠性降低。②移动机车所在的位置检测问题。要对移动机车实现计算机控制， 必须随时了解移动机车的行走位置。感应无线技术采用一条独特的编码电缆(又称诱导母 线)，同时解决工业移动机车实现计算机集中管理控制的两大难题——中央控制室与移动 机车之间可靠的数据通信；移动机车所在的位置检测。因而在现代工业移动机车自动控制 中得到了广泛的应用。2.感应无线位置检测
感应无线位置检测，就是通过天线箱中感应线圈与编码电缆中传输对线之间的电磁感 应，检测到天线箱所在的X位置坐标，以此作为移动机车的位置。其特点是 ①检测到的位置是连续的、绝对的位置；检测分辨率高，重复性好。②非接触式检测，抗干扰性强，可靠性高，适应恶劣的工业环境。③检测方式多样，既可以在地面检测移动机车的位置，也可以在移动机车上检测 自身的位置。④与感应无线数据通信融为一体。感应无线位置检测，按检测方式可分为地面检测和车上检测两种方式。地面检测方式，是在机上局发送装置向天线箱中发送线圈发送载波时，由中央控 制室地面局地址检测器进行位置检测，检测到的是机车上天线箱中发送线圈的位置。车上检测方式，是在中央控制室地面局发送装置向编码电缆发送载波时，由机上 局地址检测器进行位置检测，检测的是机车上天线箱中接收线圈的位置。车上检测位置与地面检测位置相比较更具有优势，其特点在于
①车上控制系统迅速得到自身位置。工业作业机车自动定位，要求机车自动地、精确地 停止在目标位置。若车上控制系统不能迅速得到自身位置，就会影响自动定位精度。地面 检测位置方式，车上控制系统是接收地面发送来的位置数据，存在一个通信时间的时延。②便于一条编码电缆共用。同一条轨道上有多台机车情况下，若只采用一条编码 电缆，地面检测位置要采用分频或分时的办法对各机车位置进行检测，分频导致电路复杂，分时导致时延增大。车上检测位置，在地面载波发生器对编码电缆发送时，无论有多少台机 车都能够共用一条编码电缆各自检测自身的位置，互不影响。3.感应无线车上检测位置系统 1)编码电缆中位置传输对线结构
车上检测位置系统编码电缆中有R、G、G’三类位置传输对线。(I)R传输对线 编码电缆有2对R传输对线礼、队。礼、R1在编码电缆中都不交叉，R1传输对线在载波 发生器端口处交叉。R0——基准相位信号传输对线、即以Rtl信号作为基准相位信号；礼—— 基准时间传输对线，R1信号始终与Rtl信号反相，以此作为串行地址数据的起始位。(2) G传输对线
编码电缆有η对G传输对线&、G1,……Gi……Glri，均按照格雷码规则交叉，G传输对 线相邻两个交叉的间距为r，实际中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的大小取决于检测位置的长度。(3)G。’传输对线
编码电缆中Gtl’传输对线与Gtl传输对线交叉间距相同，但交叉处与Gtl错开r的距离， 见图3。实际编码电缆中各传输对线是叠在一起。图1仅画出3对G传输对线‘ G1, G2, 且将编码电缆中各传输对线平铺画开，以此进行基本原理分析。约定X信号是指载波发生 器对X传输对线发送载波时感应天线中主线圈感应的信号。2)感应天线
感应天线内由2个接收线圈构成，称为主线圈与副线圈。主、副线圈均是宽度为W=2r 多匝绕制线圈，相互间距r，如图1所示。任何一传输对线两个交叉间的网孔，可以看成一个矩形单圈线圈，载波发生器对 传输对线发送载波时，由于电磁感应，接收线圈中产生感应信号。副线圈的作用，就是保证 在载波发生器在向编码电缆中发送载波时，无论感应天线处于何位置，两线圈接收的信号 不可能同时为0。3)载波发生器
地面载波发生器电路框图如图2。电路中，振荡源产生所需的载波，由AT89C51控制功 率放大器，在不同的时间分别向各传输对线发送载波。以图1编码电缆为例，在tptpt”、、 t4、t5时间段，分别向礼、R1^G2, G1, G0, G0'传输对线发送载波信号，停止ts时间，然后循环。 其中，对IVGpGci’的发送时间和停止时间ts为T1, T1约为3-5ms ；其它发送时间为416us。4)车上检测位置基本原理 APD位置检测原理
一般位置检测称APD，是检测主线圈的感应信号相位运算得到APD位置，其分辨率为r。以Rtl信号作为基准相位信号，其它信号与Rtl信号比较，同相记为“0”，反相记为 “1”;在、时间段，R1信号一定与R。信号反相，记为R1=I,将这个“1”作为串行数据的起始 位；在t2、t3、t4时间段，分别检测为G2JpGtl信号，在图1中，若主线圈的中线分别在①、 ②、③、④的位置，则主线圈的接收信号如图3 (为了突出相位关系，图中信号的幅度画成一 样大小或为0)，这就是二进制绝对相移键控(2PSK)调制信号。对2PSK调制信号解调——用I^GpGpGci信号与Rtl信号比较相位，并以R1=I作为起始位，则得到一组格雷码串行数据 G2G1G0,波特率为2400bit/s。设格雷码G2G1Gtl对应的十进制数为g，则得到APD位置公式 图1 中若 r=10cm，在位置①、②、③，分别为=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 幅度为 OiG2G1Gci=Ill 或 101，g=5 或 6，处于5、6交界处，故无论为5或为6都认为正确，APD=50cm或60cm。5) HRPD位置检测原理
高分辨率位置检测称HRPD，是检测&、Gtl’信号的幅度A (GtlXA (Gc/)，进行运算，就得 到HRPD位置。图4是根据图1编码电缆结构所画HRPD原理示意图。将感应天线主线圈与编码 电缆中&、Gtl’传输对线平铺开且画在同一平面，且将一个主线圈画成两个，分别表示在t4、 t5时刻主线圈感应信号状况。以主线圈中心线为移动机车位置X，传输对线两交叉间的区 域称为K区域(K= I , ΙΙ,ΙΙΙ,…);主线圈中心线偏离GpGtl’传输对线所在区域中心线距离 分别为 Cl0U1, do+d^ro当地面载波发生器对编码电缆传输对线发送载波信号时，传输对线在空间产生的 磁场分布较为复杂。为了便于分析，我们建立均勻磁场模型当接收线圈与编码电缆间距离 ζ较小时，近似认为传输对线产生的磁力线垂直穿过接收线圈且磁感强度沿X轴方向均勻 分布。根据均勻磁场模型，主线圈产生的感应信号幅度与主线圈有效感应面积成正比。 若主线圈在图6所示位置，在t4时间段，载波发生器对Gtl传输对线发送载波时，Gtl的III区域 对主线圈的感应面积为(W - d0) XB用_表示，该感应信号与Rtl信号同相，G0的II区域 对主线圈的感应面积为CltlXB用·表示，该感应信号与Rtl信号反相，由于II、III区域对主 线圈产生的感应信号极性相反，所以主线圈有效感应面积=(W - d0) XB - CltlXB = (W — 2d0)XB = 2 (r - d。)XB。主线圈最大感应面积Smax = WXB = 2rXB，对应感应信号最大
幅度为Amax，于是有
在t5时间段，载波发生器对Gtl ’传输对线发送载波时，对主线圈感应信号作相同的分 析，有
令
从式(5)、(6)看出，只要在t4、t5时间段检测到主线圈感应信号幅度A (G0), A (G0'), 进行运算，便可计算出只与主线圈χ位置有关的Pp P1,从而得到HRPD位置=Cltl=P1Xr或 Cl1=P0Xi^分两种情况讨论
(1)主线圈的中心位于Gtl两交叉间左半部(图4位置①)，此处检测出来的APD位置数 据 g 为奇数，HRPD=Cl1=PtlXr
(2)主线圈的中心位于Gtl’两交叉间左半部(图4位置②)，此处检测出来的APD位置数 据 g 为偶数，HRPD=Cltl=P1Xr
由此，得到高分辨率位置HRPD的公式和综合位置ADD的公式
在图4中，设r=10cm，对主线圈的中心线分别处于位置①、②、③进行分析计算，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)车上位置检测器电路与工作原理
车上位置检测电路框图见图5。感应天线中的主、副线圈感应的信号分别经整流进行求 和得到2倍频载波2f载波，由于主、副线圈相距r，只要载波发生器对任一传输对线发送载 波信号，就有2f载波。2f载波经过整流、滤波、比较得到载波检测信号DCD，当载波发生器 开始新一轮、时间段发送约2ms后产生D⑶的上升沿，AT89C51检测到D⑶的上升沿，就开 始新的一轮地址检测。2f载波经过整形、锁相、2分频后得到If载波，在D⑶的上升沿到来时，锁定If载 波相位与当前的Rtl信号相位一致。If载波作为基准相位信号与主线圈接收信号进行相位 比较，第一次检测到相位比较结果=1，表示、时间段开始，以此为时间基准，依次在t2、t3、 t4时间段中间得到G2W1A信号相位比较结果的格雷码G2G1Gtl，由此根据公式(1)计算得到 APD。主线圈接收信号经过整流、低通滤波得到信号幅度直流电平。AT89C51在t4、t5时 间段，从A/D转换器中读出A (G0)和A (G。’)，由公式(5)、(6)、(7)计算出HRPD，由公式(8) 计算出ADD。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种感 应无线位置检测提高分辨率的方法。本发明专利在发明人已经获得的实用新型专利“感应 无线位置车上检测系统”基础之上进行发明的，是针对车上检测位置提出的方法，但第一种 方法同样适用于地面检测位置。本发明的技术方案是一种提高感应无线位置检测分辨率的方法，所述的感应无线 位置检测就是通过天线箱中感应线圈与编码电缆中传输对线之间的电磁感应，检测到天线 箱所在的X位置坐标，以此作为移动机车的位置；所述的位置检测分为一般位置检测APD和 高分辨率位置检测HRPD ；所述的编码电缆设有R、G、G’三类位置传输对线；本发明的特点 是
(1)在感应天线箱中心在编码电缆的交叉点附近时，对于一般位置检测APD和高分辨 率位置检测HRPD采用感应天线箱内同一线圈对相对应的同一编码电缆传输对线检测的参 数，解决主线圈检测APD主线圈检测与HRPD之间不配套的问题，也解决了主线圈检测APD 与副线圈检测HRPD之间不配套的问题，从而提高检测分辨率。(2)提出一种采用主线圈检测APD，副线圈检测HRPD的方法。①提出了一种提高检测分辨率的主、副线圈结构；
②提出了一种由副线圈检测的相位修正主线圈检测的一般位置APD的方法。本发明的优点及有益效果
①主、副线圈的位置结构使它们之间的相互影响减小到最小。况且副线圈在绝大多数 时间接收信号幅度约为0，更谈不上对主线圈影响。仍然保证了位置信号发生器向编码电缆 中任意传输对线发送载波时，主、副线圈接收信号幅度不会同时为0。②副线圈的结构在HRPD检测时具有较好的信噪比。其一，副线圈对于上下分布不 均勻的干扰噪声，有着良好的抑制效果，移动机车是左右运动，所以不存在左右分布不均勻 的干扰噪声，因此抗干扰能力增强；其二，当检测精密位置HRPD时，即位置信号发生器向编 码电缆中Gtl或Gtl’传输对线发送载波，副线圈的最大接收幅度是主线圈的最大接收幅度动 2倍，信噪比大大增强。因此提高了 HRPD检测分辨率。③在感应天线箱中心在编码电缆的交叉点附近时，对于一般位置检测APD和高分 辨率位置检测HRPD采用感应天线箱内同一线圈对相对应的同一编码电缆传输对线检测的 参数，解决主线圈检测APD主线圈检测与HRPD之间不配套的问题，也解决了主线圈检测APD 与副线圈检测HRPD之间不配套的问题，从而提高检测分辨率。


图1为编码电缆结构与检测原理示意图。图2为载波发生器电路框图。图3为主线圈接受信号示意图。图4为高分辨率位置检测原理示意图。图5为车上位置检测器电路框图。图6为电缆交叉图。图7为主、副线圈结构示意图。
图8为主线圈Z II、副线圈感应的Gtl和Gtl’信号相位和相对幅度的关系示意图。图9为主线圈Z II感应的Gtl和Gtl’信号相位和相对幅度的关系曲线示意图。图10副线圈感应的Gtl和Gtl’信号相位和相对幅度的关系曲线示意图。
具体实施例方式由图1至10所示，本发明所述的感应无线检测位置技术提高检测分辨率的关键是 提高在过交叉点时的分辨率。本发明提出了两种方法提高在过交叉点时的分辨率。也可以 认为第二种方法涵盖了第一种方法。第一种方法采用常规的主线圈检测APD和HRPD时，提出了一种方法，解决APD与 HRPD之间不配套的问题，从而提高检测分辨率。第二种方法提出采用主线圈检测APD，副线圈检测HRPD的方法，设计了一种提高 检测分辨率的主、副线圈结构，解决APD与HRPD之间不配套的问题，而且也解决了主线圈检 测APD与副线圈检测HRPD之间不配套的问题，从而提高检测分辨率。1.采用主线圈检测APD和HRPD时，解决APD与HRPD之间不配套问题的方法， 1)问题产生的原因和现象
在APD为整偶数处，编码电缆中Gn (n=l、2、…9)与Gtl’同时交叉。Gn作APD检测，Gtl， 作HRPD检测。由于编码电缆中的各传输对线之间的相互影响以及对各传输对线影响的不 一致性，所以当主线圈中心线位于这些交叉点时，有时会出现当Gtl’幅度Α(&’ )达到最小 的位置，并不是Gn相位发生变化的位置。当天线箱每隔2mm从小地址往大地址移动时，其产生的现象为 正常数据:1· 796,1. 798，1. 800，1. 802，1. 804，1. 806，1. 808
检测数据1. 796，1. 798，1. 800，1. 798，1. 796，1. 806,1. 808
在检测数据为 1. 800 处，A(G0')最小约为 0，APD=170, HRPD=IO, APD+HRPD=180 ；天线 箱继续从此往大地址方向移动2mm，下一检测数据应为第1.802，此时A(GcZ)已经不是最小 了，但仍有APD=170，HRPD=9. 8，APD+HRPD=179. 8，出现错误；只有当天线箱移动到1. 806米 时，APD=180, HRPD=O. 6，APD+HRPD=180. 6，才开始正确。这个问题使得在APD为整偶数的交 叉处分辨率大大地降低。2)解决APD与HRPD之间不配套问题的方法
由于产生问题的原因在于Gn与Gtl’不一致引起的，解决问题的原理就是采用同一个标 准，即APD也用G。’的相位作标准。其方法就是在G。’交叉点处约士20mm的范围内，用G。’ 的相位取代Gn的相位，对已经检测的APD进行修正。(1)检测G0，相位。在检测G0，的幅度A (G0')时同时检测G0，相位，由此 得到Gtl’相位的格雷码Gc/。(2)判断是否在Gq’交叉点处约士20mm的范围 内。根据A (GQ)、A (GQ’)计 算P1,从而计算Cltl=P1 Xr，若Cltl彡20，则对已经检测的APD进行修正，否则不修正。(3)APD偶数化。若检测的APD为奇数，APD=APD+1 ；APD为偶数，保持不变。(4)判断是G1交叉，还是Gn (n=2、3、…)交叉。当APD偶数化后，若APD/2为奇数，就是G1交叉。若APD/2为偶数，就是Gn交叉。 如图6。
(5)用G。’的相位取代Gn的相位，对已经检测的APD进行修正。①G1 交叉作如下处理Gq，=0，HAPD=APD 一 1，G。，=1，HAPD=APD ； ② Gn 交叉作如下处理Gq，=1，HAPD=APD - 1, G0' =0，HAPD=APD0HAPD是经过修正的APD位置，与HRPD之间不再存在不配套的问题。2.采用主线圈检测APD副线圈检测HRPD的方法 1)问题的提出
主线圈中心线对准Gtl或Gtl’交叉处，理论上应该A (Gtl)=O或A (&’)=()。例如主线圈中心线对准 G。，A (Gtl)=O,根据公式(5)、(6)应有=P0=O, (I1=P0Xr=O, P1=I, (I0=P1Xr^o 但 是，工业现场电气设备，尤其是移动机车上的变频调速装置，能产生强烈的且与载波频率相 同或相近的谐波，这种同频干扰噪声窜入，使得A (Gtl)兴0。A (Gtl)兴0，即检测位置数据在 交叉点不归0。例如实际记录的一段检测数据为62. 19,62. 192,62. 194,62. 196.62. 198、 62. 202.62. 204 · · ，使分辨率降低。实用新型专利“感应无线位置车上检测系统”所设计的主、副线圈(线圈1、2)具有 一定的抗干扰能力，但是存在这样两个问题
①对于上下分布不均勻的干扰噪声，抑制效果不好，而工业现场移动机车的磨电道往 往是一个很强烈的干扰源，因此抑制这种干扰噪声效果不好。②主、副线圈之间存在相互影响，也会使得A (G0)兴0或A (G0')^ 0。因此，提出采用主线圈检测APD，副线圈检测HRPD的方法，设计了一种提高检测分 辨率的主、副线圈结构，解决APD与HRPD之间不配套的问题，而且也解决了主线圈检测APD 与副线圈检测HRPD之间不配套的问题，从而提高检测分辨率。2)设计新颖的主、副线圈结构
所设计的主、副线圈结构示意图如图7所示。主、副线圈制作说明如下
①主线圈采取交叉绕制，有Z I、Z II、Z III三个部分，且Z I、Z III绕制方向相同与Z II 绕制方向相反，Z I、Z III的面积之和等于Z II的面积。②副线圈采取交叉绕制，有F KF II两个部分，且F I绕制方向与Z II绕制方向 相同，F II绕制方向与Z II绕制方向相反，F I的面积等于F II的面积。③主、副线圈结构按图7(b)放置，在主线圈中加入正弦交流电，调整主、副线圈的 位置，使副线圈接收信号幅度最小，然后固定主、副线圈的位置，这样主、副线圈之间的相互 影响减小到最小。新颖的主、副线圈结构的优势
①仍然保证了位置信号发生器向编码电缆中任意传输对线发送载波时，主、副线圈接 收信号幅度不会同时为0。②主、副线圈的位置结构使它们之间的相互影响减小到最小。况且副线圈在绝大 多数时间接收信号幅度约为0，更谈不上对主线圈影响。③副线圈的结构在HRPD检测时具有较好的信噪比。其一，副线圈对于上下分布不 均勻的干扰噪声，有着良好的抑制效果，移动机车是左右运动，所以不存在左右分布不均勻 的干扰噪声，因此抗干扰能力增强；其二，当检测精密位置HRPD时，即位置信号发生器向编 码电缆中Gtl或Gtl’传输对线发送载波，副线圈的最大接收幅度是主线圈的最大接收幅度动2倍，信噪比大大增强。因此提高了 HRPD检测分辨率。3)主、副线圈之间的相位与幅度关系
采用主线圈检测APD，副线圈检测HRPD，必须弄清楚地面位置信号发生器向编码电缆 中Gtl或Gtl’传输对线发送载波，检测精密位置HRPD时，主线圈感应信号与副线圈感应信号 之间的相位与幅度关系。为了便于分析，作如下规定
①Gtl或Gtl’传输对线的第1个交叉间网孔的磁场方向为+，第2个交叉间网孔的磁场 方向为一，由于Gtl或Gtl’传输对线都是每隔r距离交叉一次，所以Gtl或Gtl’传输对线产生的 磁场方向+、一交替。②以主线圈Z II在磁场方向为+的交叉间网孔感应信号为+，显然，主线圈Z II在 磁场方向为一 的交叉间网孔感应信号为一，但主线圈Z I在磁场方向为一的交叉间网孔感 应信号为+。所以标明主线圈ZII为+，主线圈Z I为一，于是得到线圈与交叉间网孔符号 相同时，感应信号为+，线圈与交叉间网孔符号相反时，感应信号为一。③绕制副线圈时，使F I绕制方向与Z II绕制方向相同，F II绕制方向与Z II绕制 方向相反，副线圈F I在磁场方向为+、一的交叉间网孔感应信号为+、一，副线圈F II在磁 场方向为+、一的交叉间网孔感应信号为一、+。④以下所说的Gtl或Gtl’信号，都是指地面位置信号发生器向编码电缆中Gtl或Gtl’ 传输对线发送载波时检测的信号，为了区别，加Z、F分别表示主、副线圈检测的信号，例如 ZG0或ZGc/表示主线圈检测Gtl或Gtl’信号的相位，ZA(Gtl)或ZA(Gc/ )表示主线圈检测Gtl或 G0，信号的幅度；FG0或FG0，表示副线圈检测G0或G0，信号的相位，FA(G0)或FA(G0')表示 副线圈检测Gtl或Gtl’信号的幅度。根据均勻磁场模型，线圈产生的感应信号幅度与线圈有效感应面积成正比。由于 主线圈Z II、副线圈都的宽度都大于传输对线的宽度，所以线圈产生的感应信号幅度仅与 在编码电缆上的有效感应长度成正比。图8给出了根据均勻磁场模型，主线圈Z II、副线圈在一个移动周期内不同位置所 感应的Gtl和Gtl’信号相位和相对幅度的关系。对于线圈每一个位置来说，上面是感应Gtl的 信号，下面是感应Gtl’信号；*1表示副线圈F I感应的信号，*2表示副线圈F II感应的信号， *3表示副线圈F I和F II感应的信号的总和。表1给出了主线圈Z II、副线圈在一个周期内不同位置所感应信号相位和相对幅 度的数据。图9给出主线圈Z II在一个周期内不同位置所感应Gtl和Gtl’信号相位和相对幅度 的曲线；
图10给出主线圈副线圈在一个周期内不同位置所感应Gtl和Gtl’信号相位和相对幅度 的曲线。表1主线圈Z II、副线圈感应的Gtl和Gtl’信号相位和相对幅度数据
上述分析得到如下结论 ①相位关系=ZGtl=FGc/的反，ZGtl' =FGq。②幅度关系2ZA(G0) =FA (G。，)，2ZA (G。，) =FA (G0)。采用副线圈检测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)。 根据公式(9)、(10)计算的Pcp P1，计算HRPD，这样，就提高了检测分辨率。4)解决了主线圈检测APD与副线圈检测HRPD之间不配套的问题
主线圈检测APD，副线圈检测HRPD，按照理论分析，应该是在副线圈检测Gci’幅度 FA (G0')达到最小的位置，是主线圈检测Gtl相位ZGtl发生变化的位置，同理在副线圈检测Gtl 幅度FA(Gtl)达到最小的位置，是主线圈检测Gn (n=l、2、…)相位ZGn发生变化的位置。由 于编码电缆中的各传输对线之间的相互影响以及对各传输对线影响的不一致性，所以在有 些Gtl或Gtl，的交叉处，FA(G0')达到最小的位置，并不是ZGci*生变化的位置；FA(Gtl)达到 最小的位置，也不是是ZGn发生变化的位置，因而造成采用主线圈检测APD和HRPD时，APD 与HRPD之间不配套类似问题，影响分辨率。由于产生问题的原因在于主线圈检测APD副线圈检测HRPD，主副线圈检测的不一 致引起的，解决问题的原理就是采用同一个标准，即APD也用副线圈检测的相位作标准。其 方法就是在&、Gci’交叉点处约士20mm的范围内，用用副线圈检测的相位取代Gn (η=0、1、 2、…)的相位，对主线圈已经检测的APD进行修正。(1)主线圈检测完成APD。(2)当位置信号发生器向编码电缆中Gtl传输对线发送载波时，副线圈检测得到 FA(GCI)JGci，当位置信号发生器向编码电缆中Gtl’传输对线发送载波时，副线圈检测得到 FA (G0，)、re0，。(3)根据公式(9)、(10)计算 P。、P1，计算 HRPD。(4)判断是否在G。交叉点处约士20mm的范围内，Cl1=PciXngd1 ( 20，表示在G0 交叉点处士20mm的范围内，则对已经检测的APD进行修正，否则不修正。修正的方法是用 副线圈检测的相位FGc/的反取代主线圈检测的相位ZGtl,重新计算APD。(5)判断是否在G。，交叉点处约士 20mm的范围内，Cltl=P1 X r，若dQ彡20，表示在G0， 交叉点处士20mm的范围内，则对已经检测的APD进行修正，否则不修正。修正的方法是用副线圈检测的相位FGtl取代主线圈检测的相位ZGc/，然后按照采用主线圈检测APD和HRPD 解决APD与HRPD之间不配套问题的方法的步骤，用ZGc/的相位取代ZGn的相位，对已经检 测的APD进行修正。本发明的效能
感应无线位置检测提高分辨率的方法已经应用于感应无线位置车上检测系统，经过多 次实验验证，位置检测分辨率明显得到提高。实验方法连接三段102. 4米编码电缆，即检测位置范围为307. 2米。采用120米 连接电缆将编码电缆连接到地面载波发生器。缓慢拖动编码电缆从固定的感应天线箱下经 过，保持感应天线箱与编码电缆之间距离约150mm。采用计算机对检测的位置数据记录，每 当位置数据发生变化一次就记录一个数据。感应无线位置车上检测系统装有拨码开关，通过拨码开关对检测方法进行控制， 当采用原有检测方法出现不归0的位置，采用提高分辨率的方法，分辨率得到明显改善。本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明 构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发 明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技 术内容，已经全部记载在权利要求书中。
权利要求
一种提高感应无线位置检测分辨率的方法，所述的感应无线位置检测就是通过天线箱中感应线圈与编码电缆中传输对线之间的电磁感应，检测到天线箱所在的X位置坐标，以此作为移动机车的位置；所述的位置检测分为一般位置检测APD和高分辨率位置检测HRPD；所述的编码电缆设有R、G、G’三类位置传输对线；本发明的特征在于(1)在感应天线箱中心在编码电缆的交叉点附近时，对于一般位置检测APD和高分辨率位置检测HRPD采用感应天线箱内同一线圈对相对应的同一编码电缆传输对线检测的参数，解决主线圈检测APD主线圈检测与HRPD之间不配套的问题，也解决了主线圈检测APD与副线圈检测HRPD之间不配套的问题，从而提高检测分辨率。(2)提出一种采用主线圈检测APD，副线圈检测HRPD的方法。①提出了一种提高检测分辨率的主、副线圈结构；②提出了一种由副线圈检测的相位修正主线圈检测的一般位置APD的方法。
2.根据权利要求1所述的提高感应无线位置检测分辨率的方法，其特征在于以主线圈 检测APD和HRPD时，采用以检测Gtl’传输对线的相位去修正APD位置。其方法为(1)在作HRPD检测过程中，检测Gtl’的幅度时同时检测Gtl’相位，由此得到Gtl’相位的格雷码Gtl ’。(2)判断是否在G。’交叉点处约士20mm的范围内。若在范围内，则对已经检测的APD 进行修正，否则不修正。(3)APD偶数化。若检测的APD为奇数，APD=APD+1；APD为偶数，保持不变。⑷判断是G1交叉，还是Gn (n=2、3、…)交叉。当APD偶数化后，若APD/2为奇数，就 是G1交叉。若APD/2为偶数，就是Gn交叉。(5)用Gtl’的相位取代6 的相位，对已经检测的APD进行修正。①G1 交叉作如下处理Gq，=0，HAPD=APD 一 1，G。，=1，HAPD=APD ；②Gn 交叉作如下处理Gq，=1，HAPD=APD - 1, G0' =0，HAPD=APD0HAPD是经过修正的APD位置，与HRPD之间不再存在不配套的问题。
3.根据权利要求1所述的提高感应无线位置检测分辨率的方法，其特征在于提出一种 采用主线圈检测APD，副线圈检测HRPD的方法。此方法中，提出了一种提高检测分辨率的 主、副线圈结构；提出了一种由副线圈检测的相位修正主线圈检测的一般位置APD的方法。
4.根据权利要求3所述的提高感应无线位置检测分辨率的方法，其特征在于提出了一 种提高检测分辨率的主、副线圈结构a.主线圈采取交叉绕制，有ZI、ZII、ZIII三个部分，且Z I、Z III绕制方向相同与Z II 绕制方向相反，Z I、Z III的面积之和等于Z II的面积。b.副线圈采取交叉绕制，有FI、F II两个部分，且F I绕制方向与Z II绕制方向相同， F II绕制方向与Z II绕制方向相反，F I的面积等于F II的面积。c.主、副线圈结构按图7(b)放置，在主线圈中加入正弦交流电，调整主、副线圈的位 置，使副线圈接收信号幅度最小，然后固定主、副线圈的位置，这样主、副线圈之间的相互影 响减小到最小。
5.根据权利要求3所述的提高感应无线位置检测分辨率的方法，其特征在于得到主、 副线圈(Z开头为主线圈，F开头为副线圈)幅度关系2ZA(Gtl) =FA(G0，)，2ZA(G0，) =FA(G0)。 提出了一种由副线圈检测HRPD的方法。采用副线圈检测 HRPD,得到 FA (G0)、FA (G0，)。用 FA (G0)、FA (G0，)取代 ZA (G0，)、ZA (G0) 得到以下公式。 从而计算HRPD。
6.根据权利要求3所述的提高感应无线位置检测分辨率的方法，其特征在于得到主、 副线圈相位关系ZGtl=FGc/的反，ZGc/=FGc^提出了一种由副线圈检测的相位修正主线圈检 测的一般位置APD的方法。其方法为(1)判断是否在GO交叉点处约士20mm的范围内，若在范围内，则对已经检测的APD 进行修正，否则不修正。修正的方法是用副线圈检测的相位reo’的反取代主线圈检测的相 位ZGO，重新计算APD。(2)判断是否在GO’交叉点处约士20mm的范围内，若在范围内，则对已经检测的APD 进行修正，否则不修正。修正的方法是用副线圈检测的相位reo取代主线圈检测的相位 ZGO',然后按照采用主线圈检测APD和HRPD解决APD与HRPD之间不配套问题的方法的步 骤，用ZG0’的相位取代ZGn的相位，对已经检测的APD进行修正。
全文摘要
本发明涉及一种提高感应无线位置检测分辨率的方法。它在感应天线箱中心在编码电缆的交叉点附近时，对于一般位置检测APD和高分辨率位置检测HRPD采用感应天线箱内同一线圈对相对应的同一编码电缆传输对线检测的参数，解决主线圈检测APD主线圈检测与HRPD之间不配套的问题，也解决了主线圈检测APD与副线圈检测HRPD之间不配套的问题，从而提高检测分辨率。提出一种采用主线圈检测APD，副线圈检测HRPD的方法。提出了一种提高检测分辨率的主、副线圈结构；提出了一种由副线圈检测的相位修正主线圈检测的一般位置APD的方法。本发明的主、副线圈的位置结构使它们之间的相互影响减小到最小。副线圈的结构在HRPD检测时具有较好的信噪比。
文档编号G01S11/12GK101865999SQ201010214000
公开日2010年10月20日 申请日期2010年7月1日 优先权日2010年7月1日
发明者杨志和, 陈勇波, 陈新, 陈进 申请人:湖南理工学院;岳阳千盟电子有限公司