組合導航定位技術在機車安全監控系統中的應用研究

2.2 機車速度傳感信息

目前機車上所配備的安全行駛記錄儀，通過RS485總線，以28 800bps 的傳輸速率，每隔20~40ms輸出相關機車狀態信息，其中包括了機車速度信息。由于該信息傳輸非常頻繁，因此在設計過程中，采用了單獨的MCU來采集、處理該信息，主控CPU通過I2C總線定時獲取機車的速度狀態信息，從而大大減輕了主控CPU的工作負荷。應用機車速度傳感信息在短時間內計算機車運行里程比較準確，但在長時間內，由于累積誤差的存在，將會帶來很大的偏差。

2.3 ADXRS150微硅陀螺儀信息

ADXRS150是一款角速度范圍為150°/s的MEMS角速度傳感器，集成在一個微小的芯片上。可提供精確的參考電壓和溫度輸出的補償技術，7mm×7mm×3mm微小體積的封裝[3]。在ADXRS150微硅陀螺儀的實際使用過程中，為了獲得穩定可靠的角速度信息，需要合理解決以下幾方面問題：

(1)濾波器

在機車運行過程中，其角速度變化比較緩慢，因此可以把其低通濾波器的通帶截止頻率設置得低一些，這樣可以消除一些高頻分量的影響。低通濾波器的通帶截止頻率可由下式計算：

其中：Rout=180kλ，已經集成在ADXRS150微硅陀螺儀內部，結合機車運行實際狀況[4]，外接Cout=47nF。

(2)零點漂移

ADXRS150微硅陀螺儀在運行過程中，中心零點會隨著時間變換而發生漂移，因此需要對零點進行準確校正[5]。通過判斷GPS信息和機車速度傳感信息，可以確定機車是否處于靜止狀態。一旦機車處于靜止狀態，則啟動零點校正程序，確定零點模擬電壓，在實際運行過程中，就可以消除零位偏差。

2.4 數據融合處理

(1)定位數據包結構

#UTPM，時間>，經度>，緯度>，，機車速度>，陀螺儀角速度>，慣性導航時間>，狀態與判決條件>，

(2)GPS定位情況下位置信息處理

根據狀態與判決條件，可以判斷目前GPS是否定位，在確認GPS定位的情況下，數據包中的經度、緯度信息有效。

(3)GPS未定位情況下位置信息處理

在GPS未定位的情況下，將啟動慣性導航，應用機車速度傳感信息計算運行里程。設機車速度信息采樣時間間隔為Tavr，i時刻的運行速度為vi，則運行里程為：

慣性導航起點位置用經度和緯度標注，由于在本地保存了軌道經度和緯度信息，結合鐵路公里標，S可以直接轉化為經度和緯度信息。同時，監控中心結合軌道電子地圖，也可以對該數據進行處理和顯示。