CN114604296B - 一种磁悬浮列车的定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮列车的定位系统及方法，包括安装在列车底部的车载磁铁、沿列车行驶方向并排铺设在列车轨道上的两个光栅阵列、光脉冲生成模块及数据处理模块。数据处理模块根据标记光栅的中心波长漂移情况进行列车一级定位，根据第一个光栅阵列的中心波长漂移情况进行列车二级定位，根据第二个光栅阵列的中心波长漂移情况进行列车三级定位，以逐级定位到列车所行驶到的轨道位置。可见，本申请通过三级定位可最终精确地定位到列车所行驶到的轨道位置，定位精度较高。

Description

一种磁悬浮列车的定位系统及方法

技术领域

本发明涉及磁悬浮领域，特别是涉及一种磁悬浮列车的定位系统及方法。

背景技术

磁悬浮列车是一种依靠磁悬浮力来推动的列车，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。由于磁悬浮列车悬浮在空中，只受到空气的阻力，所以磁悬浮列车的速度很快，高速磁悬浮列车的速度可达每小时400公里以上，中低速磁悬浮列车的速度多数也可达每小时100-200公里。但是，随着磁悬浮列车的速度越来越快，现有的列车定位方案只能对列车的位置进行粗略定位，定位精度较低。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁悬浮列车的定位系统及方法，通过三级定位可最终精确地定位到列车所行驶到的轨道位置，定位精度较高。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种磁悬浮列车的定位系统，包括：

安装在列车底部的车载磁铁；

沿列车行驶方向并排铺设在列车轨道上的两个光栅阵列；其中，两个所述光栅阵列均包含若干组磁感应光栅；第一个所述光栅阵列内同一组磁感应光栅的中心波长相同、不同组磁感应光栅的中心波长不同；第二个所述光栅阵列内同一组磁感应光栅的中心波长不同、不同组磁感应光栅在同一排列位置的光栅的中心波长相同，且每组磁感应光栅的第一个光栅作为标记光栅使用；在同一时间下同一光栅阵列内只有一个光栅受所述车载磁铁影响；

光脉冲生成模块，用于分别向两个所述光栅阵列提供光脉冲信号；

数据处理模块，用于根据所述标记光栅的中心波长漂移情况进行列车一级定位，根据第一个所述光栅阵列的中心波长漂移情况进行列车二级定位，根据第二个所述光栅阵列的中心波长漂移情况进行列车三级定位，以逐级定位到所述列车所行驶到的轨道位置。

可选地，所述光脉冲生成模块包括：

第一扫频脉冲光源，用于在接收到触发信号后发出第一光脉冲信号；

第二扫频脉冲光源，用于在接收到所述触发信号后发出第二光脉冲信号；

第一光脉冲放大器，用于对所述第一光脉冲信号进行放大处理，得到第一光脉冲放大信号；

第二光脉冲放大器，用于对所述第二光脉冲信号进行放大处理，得到第二光脉冲放大信号；

第一环形器，用于将所述第一光脉冲放大信号提供给第一个所述光栅阵列；

第二环形器，用于将所述第二光脉冲放大信号提供给第二个所述光栅阵列。

可选地，所述数据处理模块包括：

第一光电转换器，用于从所述第一环形器中接收第一个所述光栅阵列返回的第一待测光信号，并将所述第一待测光信号转换为第一待测电信号；

第二光电转换器，用于从所述第二环形器中接收第二个所述光栅阵列返回的第二待测光信号，并将所述第二待测光信号转换为第二待测电信号；

数据采集器，用于将所述第一待测电信号和所述第二待测电信号进行组合编码，得到电编码信号；

数据处理器，用于将所述电编码信号进行解码，得到所述第一待测电信号和所述第二待测电信号，并基于所述第一待测电信号和所述第二待测电信号表征的光栅中心波长漂移情况进行列车三级定位。

可选地，所述车载磁铁由多个子磁铁组合而成；其中，多个所述子磁铁沿列车行驶方向按照海尔贝克阵列的排列方式进行排列。

可选地，每个所述光栅阵列中相邻光栅之间的间距等于预设第一间距阈值；在列车行驶方向上，所述车载磁铁的相邻排子磁铁之间的间距等于预设第二间距阈值，且所述车载磁铁的总长度等于所述预设第一间距阈值；

所述数据处理模块还用于在基于列车三级定位确定第二个所述光栅阵列内中心波长正在漂移的目标光栅及当前列车位置后，根据所述目标光栅的中心波长漂移情况确定所述列车在所述当前列车位置上继续运行的距离。

可选地，第一个所述光栅阵列为O波段光栅阵列；第二个所述光栅阵列为C波段光栅阵列。

可选地，所述数据处理模块具体用于：

获取第一个所述光栅阵列返回的第一待测信号，并获取第二个所述光栅阵列返回的第二待测信号；

在从所述第二待测信号中检测到表征标记光栅的中心波长漂移的信号时，确定所述列车行驶进新一组磁感应光栅所在的轨道段上；

在从所述第一待测信号中检测到表征第一磁感应光栅组的任一光栅的中心波长漂移的信号时，确定所述列车行驶进所述第一磁感应光栅组所在的轨道段上；其中，所述第一磁感应光栅组为第一个所述光栅阵列中任一组磁感应光栅；

在从所述第二待测信号中检测到表征与所述第一磁感应光栅组并排的第二磁感应光栅组中的目标光栅的中心波长漂移的信号时，确定所述列车的车载磁铁处行驶到所述目标光栅所在的轨道位置上；其中，所述目标光栅为所述第二磁感应光栅组中任一光栅。

可选地，所述数据处理模块还用于：

根据第二个所述光栅阵列的中心波长漂移情况确定所述列车在预设轨道距离内的前进后退情况。

可选地，所述数据处理模块还用于：

根据所述列车的实时位置变化及其运行时间确定所述列车的实时运行速度。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种磁悬浮列车的定位方法，应用于上述任一种磁悬浮列车的定位系统，包括：

根据所述标记光栅的中心波长漂移情况进行列车一级定位；

根据第一个所述光栅阵列的中心波长漂移情况进行列车二级定位；

根据第二个所述光栅阵列的中心波长漂移情况进行列车三级定位，以逐级定位到所述列车所行驶到的轨道位置。

本发明提供了一种磁悬浮列车的定位系统，包括安装在列车底部的车载磁铁、沿列车行驶方向并排铺设在列车轨道上的两个光栅阵列、光脉冲生成模块及数据处理模块。第一个光栅阵列内同一组磁感应光栅的中心波长相同、不同组磁感应光栅的中心波长不同；第二个光栅阵列内同一组磁感应光栅的中心波长不同、不同组磁感应光栅在同一排列位置的光栅的中心波长相同，且每组磁感应光栅的第一个光栅作为标记光栅使用。数据处理模块根据标记光栅的中心波长漂移情况进行列车一级定位，根据第一个光栅阵列的中心波长漂移情况进行列车二级定位，根据第二个光栅阵列的中心波长漂移情况进行列车三级定位，以逐级定位到列车所行驶到的轨道位置。可见，本申请通过三级定位可最终精确地定位到列车所行驶到的轨道位置，定位精度较高。

本发明还提供了一种磁悬浮列车的定位方法，与上述定位系统具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种磁悬浮列车的定位系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种磁悬浮列车的定位系统的具体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种海尔贝克阵列的排列方式示意图；

图4为本发明实施例提供的一种海尔贝克阵列的扩展排列方式示意图；

图5为本发明实施例提供的一种两个光栅阵列的磁感应原理图；

图6为本发明实施例提供的一种磁悬浮列车的定位方法的流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种磁悬浮列车的定位系统及方法，通过三级定位可最终精确地定位到列车所行驶到的轨道位置，定位精度较高。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种磁悬浮列车的定位系统的结构示意图。

该磁悬浮列车的定位系统包括：

安装在列车底部的车载磁铁1；

沿列车行驶方向并排铺设在列车轨道上的两个光栅阵列；其中，两个光栅阵列均包含若干组磁感应光栅；第一个光栅阵列2内同一组磁感应光栅的中心波长相同、不同组磁感应光栅的中心波长不同；第二个光栅阵列3内同一组磁感应光栅的中心波长不同、不同组磁感应光栅在同一排列位置的光栅的中心波长相同，且每组磁感应光栅的第一个光栅作为标记光栅使用；在同一时间下同一光栅阵列内只有一个光栅受车载磁铁1影响；

光脉冲生成模块4，用于分别向两个光栅阵列提供光脉冲信号；

数据处理模块5，用于根据标记光栅的中心波长漂移情况进行列车一级定位，根据第一个光栅阵列2的中心波长漂移情况进行列车二级定位，根据第二个光栅阵列3的中心波长漂移情况进行列车三级定位，以逐级定位到列车所行驶到的轨道位置。

具体地，本申请的磁悬浮列车的定位系统包括车载磁铁1、两个光栅阵列、光脉冲生成模块4及数据处理模块5，其工作原理为：

车载磁铁1安装在列车底部。两个光栅阵列沿列车行驶方向并排铺设在列车轨道上，两个光栅阵列均包含若干组磁感应光栅(如16组)，每组磁感应光栅包含的光栅数量相同，如每组磁感应光栅包含16个光栅。当磁悬浮列车行驶通过光栅阵列时，光栅阵列中的磁感应光栅会受到车载磁铁1的影响，磁感应光栅返回的光信号的中心波长会发生漂移(这是因为每个光栅处都附有一个小磁珠并通过增敏结构封装，在列车运行过程中，磁悬浮列车车体下方所安装的车载磁铁1会吸引小磁珠引起光栅形变，从而使光栅的中心波长漂移)。需要说明的是，在同一时间下同一光栅阵列内只有一个光栅受车载磁铁1影响，由于两个光栅阵列并排铺设，所以在同一时间下不同光栅阵列在同一排列位置的光栅同时受车载磁铁1影响，如第一个光栅阵列2内的第N个光栅和第二个光栅阵列3内的第N个光栅同时受车载磁铁1影响。

在两个光栅阵列中，第一个光栅阵列2内同一组磁感应光栅的中心波长相同、不同组磁感应光栅的中心波长不同，具体可按照中心波长逐渐增大的顺序排列第一个光栅阵列2内的多组磁感应光栅。第二个光栅阵列3内同一组磁感应光栅中的各光栅的中心波长各不相同(具体可按照中心波长逐渐增大的顺序排列第二个光栅阵列3内同一组磁感应光栅中的各光栅)、不同组磁感应光栅在同一排列位置的光栅的中心波长相同(如第二个光栅阵列3内第N组磁感应光栅的第M个光栅的中心波长与第二个光栅阵列3内第N+1组磁感应光栅的第M个光栅的中心波长相同)，且第二个光栅阵列3内每组磁感应光栅的第一个光栅作为标记光栅(除了标记光栅，光栅阵列的其它光栅均采用2％以下反射率的光栅，而标记光栅可使用反射率5％到10％的低反射率光栅，以实现与2％以下反射率的光栅阵列区分开，但不严重衰减光信号)使用。

光脉冲生成模块4分别向两个光栅阵列提供光脉冲信号，两个光栅阵列中的各磁感应光栅均返回表征自身中心波长漂移情况的光信号至数据处理模块5。数据处理模块5先根据标记光栅的中心波长漂移情况进行列车一级定位，再根据第一个光栅阵列2的中心波长漂移情况进行列车二级定位，最后根据第二个光栅阵列3的中心波长漂移情况进行列车三级定位，以逐级定位到列车所行驶到的轨道位置。

可见，本申请通过三级定位可最终精确地定位到列车所行驶到的轨道位置，定位精度较高。

在上述实施例的基础上：

请参照图2，图2为本发明实施例提供的一种磁悬浮列车的定位系统的具体结构示意图。

作为一种可选的实施例，光脉冲生成模块4包括：

第一扫频脉冲光源41，用于在接收到触发信号后发出第一光脉冲信号；

第二扫频脉冲光源42，用于在接收到触发信号后发出第二光脉冲信号；

第一光脉冲放大器43，用于对第一光脉冲信号进行放大处理，得到第一光脉冲放大信号；

第二光脉冲放大器44，用于对第二光脉冲信号进行放大处理，得到第二光脉冲放大信号；

第一环形器45，用于将第一光脉冲放大信号提供给第一个光栅阵列2；

第二环形器46，用于将第二光脉冲放大信号提供给第二个光栅阵列3。

具体地，本申请的光脉冲生成模块4包括第一扫频脉冲光源41、第二扫频脉冲光源42、第一光脉冲放大器43、第二光脉冲放大器44、第一环形器45及第二环形器46，其工作原理为：

第一扫频脉冲光源41在接收到触发信号后发出第一光脉冲信号至第一光脉冲放大器43。第一光脉冲放大器43对第一光脉冲信号进行放大处理，得到第一光脉冲放大信号，并将第一光脉冲放大信号发送至第一环形器45。第一环形器45将第一光脉冲放大信号提供给第一个光栅阵列2。

第二扫频脉冲光源42和第一扫频脉冲光源41采用同一触发信号。第二扫频脉冲光源42在接收到触发信号后发出第二光脉冲信号至第二光脉冲放大器44。第二光脉冲放大器44对第二光脉冲信号进行放大处理，得到第二光脉冲放大信号，并将第二光脉冲放大信号发送至第二环形器46。第二环形器46将第二光脉冲放大信号提供给第二个光栅阵列3。

更具体地，两个扫频脉冲光源的光谱带宽可达40nm以上，波长扫描步进为10pm-1nm可调，扫频时周期与周期间隔1us-1ms可调，可控脉冲宽度最小达到1us，脉冲间隔最小达到1us。

作为一种可选的实施例，数据处理模块5包括：

第一光电转换器51，用于从第一环形器45中接收第一个光栅阵列2返回的第一待测光信号，并将第一待测光信号转换为第一待测电信号；

第二光电转换器52，用于从第二环形器46中接收第二个光栅阵列3返回的第二待测光信号，并将第二待测光信号转换为第二待测电信号；

数据采集器53，用于将第一待测电信号和第二待测电信号进行组合编码，得到电编码信号；

数据处理器54，用于将电编码信号进行解码，得到第一待测电信号和第二待测电信号，并基于第一待测电信号和第二待测电信号表征的光栅中心波长漂移情况进行列车三级定位。

具体地，本申请的数据处理模块5包括第一光电转换器51、第二光电转换器52、数据采集器53及数据处理器54，其工作原理为：

第一环形器45还接收第一个光栅阵列2返回的第一待测光信号，并将第一待测光信号发送至第一光电转换器51。第一光电转换器51将第一待测光信号转换为第一待测电信号，并将第一待测电信号发送至数据采集器53。

第二环形器46还接收第二个光栅阵列3返回的第二待测光信号，并将第二待测光信号发送至第二光电转换器52。第二光电转换器52将第二待测光信号转换为第二待测电信号，并将第二待测电信号发送至数据采集器53。

数据采集器53将第一待测电信号和第二待测电信号进行组合编码(具体可以上下标的组合编码形式进行组合编码，如第一个光栅阵列2内的第N个光栅对应的第一待测电信号作为一个数据的上标，第二个光栅阵列3内的第N个光栅对应的第二待测电信号作为此数据的下标)，得到电编码信号，并将电编码信号发送至数据处理器54。数据处理器54将电编码信号进行解码，得到第一待测电信号和第二待测电信号，并基于解码后的第一待测电信号和第二待测电信号表征的光栅中心波长漂移情况进行列车三级定位。

更具体地，两个光电转换器的-3db带宽为DC-500MHz，上升时间为0.55ns，增益为18×103V/W，饱和光功率为100uW，响应度为0.9A/W，能够实现高精度的光电转换。数据采集器可达4通道采集，每通道500Ms/s，采样精度16bit，能够实现高精度的数据采集。

作为一种可选的实施例，车载磁铁1由多个子磁铁组合而成；其中，多个子磁铁沿列车行驶方向按照海尔贝克阵列的排列方式进行排列。

具体地，本申请的车载磁铁1包含多个子磁铁，多个子磁铁沿列车行驶方向按照海尔贝克阵列的排列方式进行排列，以实现磁力增强，扩大了系统的灵敏度。

如图3所示，为海尔贝克阵列的一种排列方式(图中箭头代表磁场方向)，可以提高磁场强度同时不降低精度；如图4所示，为海尔贝克阵列的一种扩展排列方式，在牺牲一定精度的情况下再增加磁场强度，以使本系统适用于更多样的实际环境。

作为一种可选的实施例，每个光栅阵列中相邻光栅之间的间距等于预设第一间距阈值；在列车行驶方向上，车载磁铁1的相邻排子磁铁之间的间距等于预设第二间距阈值，且车载磁铁1的总长度等于预设第一间距阈值；

则数据处理模块5还用于在基于列车三级定位确定第二个光栅阵列3内中心波长正在漂移的目标光栅及当前列车位置后，根据目标光栅的中心波长漂移情况确定列车在当前列车位置上继续运行的距离。

具体地，本申请的每个光栅阵列中相邻光栅之间的间距等于预设第一间距阈值，即每个光栅阵列中的光栅均匀排布。在列车行驶方向上，本申请的车载磁铁1的相邻排子磁铁之间的间距等于预设第二间距阈值，且车载磁铁1的总长度等于预设第一间距阈值，可保证在同一时间下同一光栅阵列内只有一个光栅受车载磁铁1影响。

基于此，数据处理模块5还可在基于列车三级定位确定第二个光栅阵列3内中心波长正在漂移的光栅(称为目标光栅)及当前列车位置后，根据目标光栅的中心波长漂移情况确定列车在当前列车位置上继续运行的距离。

作为一种可选的实施例，第一个光栅阵列2为O波段光栅阵列；第二个光栅阵列3为C波段光栅阵列。

具体的，本申请的第一个光栅阵列2为O波段光栅阵列，O波段光栅阵列的光栅中心波长1280-1310nm，16个光栅为一组；第二个光栅阵列3为C波段光栅阵列，C波段光栅阵列的光栅中心波长1532-1560nm，16个光栅为一组。光栅阵列为弱光栅阵列，能够实现长距离铺设。

如图5所示，展示了第一个光栅阵列2和第二个光栅阵列3中的一组磁感应光栅(其余组磁感应光栅的原理相同，本申请在此不再赘述)。由于第一个光栅阵列2内同一组磁感应光栅的中心波长相同，所以图5中的第一个光栅阵列2中的一组磁感应光栅都用O₁表示；由于第二个光栅阵列3内同一组磁感应光栅的中心波长不同，所以图5中的第二个光栅阵列3中的一组磁感应光栅分别用C₁-C₁₆表示(组合编码方式样例：O₁_C₁)。

如图5所示，还给出了一种简单的车载磁铁1的子磁铁排布方式(只有两种磁场方向)。当磁感应光栅没有车载磁铁1通过时，磁感应光栅的中心波长没有变化；当车载磁铁1中的任一排子磁铁通过磁感应光栅时，磁感应光栅的中心波长均会受到相应影响(如图5所示的正弦变化)。基于此，数据处理模块5还可在基于列车三级定位确定第二个光栅阵列3内中心波长正在漂移的目标光栅及当前列车位置(列车的车载磁铁处行驶到目标光栅所在的轨道位置上)后，根据目标光栅的中心波长的波峰波谷数量确定列车在当前列车位置上继续运行的距离(由于相邻的波峰波谷之间的距离＝车载磁铁的相邻排子磁铁之间的间距＝预设第二间距阈值，所以当目标光栅的中心波长再出现N个波峰波谷时，列车继续运行的距离＝N*预设第二间距阈值)。

作为一种可选的实施例，数据处理模块5具体用于：

获取第一个光栅阵列返回的第一待测信号，并获取第二个光栅阵列返回的第二待测信号；

在从第二待测信号中检测到表征标记光栅的中心波长漂移的信号时，确定列车行驶进新一组磁感应光栅所在的轨道段上；

在从第一待测信号中检测到表征第一磁感应光栅组的任一光栅的中心波长漂移的信号时，确定列车行驶进第一磁感应光栅组所在的轨道段上；其中，第一磁感应光栅组为第一个光栅阵列中任一组磁感应光栅；

在从第二待测信号中检测到表征与第一磁感应光栅组并排的第二磁感应光栅组中的目标光栅的中心波长漂移的信号时，确定列车的车载磁铁处行驶到目标光栅所在的轨道位置上；其中，目标光栅为第二磁感应光栅组中任一光栅。

具体地，本申请的数据处理模块5进行列车三级定位的过程包括：1)获取第一个光栅阵列返回的第一待测信号，并获取第二个光栅阵列返回的第二待测信号；2)在从第二待测信号中检测到表征标记光栅的中心波长漂移的信号时，确定列车行驶进新一组磁感应光栅所在的轨道段上(因为第二个光栅阵列内不同组磁感应光栅的标记光栅的中心波长相同，所以不同组磁感应光栅的标记光栅在遇到车载磁铁时的中心波长漂移情况相同，因此在从第二待测信号中检测到表征标记光栅的中心波长漂移的信号时，无法得知具体是哪一组磁感应光栅的标记光栅遇到车载磁铁，只能通过标记光栅为每组磁感应光栅的第一个光栅来确定列车行驶进新一组磁感应光栅所在的轨道段上)；3)在从第一待测信号中检测到表征第一个光栅阵列中任一组磁感应光栅(称为第一磁感应光栅组)的任一光栅的中心波长漂移的信号时，确定列车行驶进第一磁感应光栅组所在的轨道段上(因为第一个光栅阵列内同一组磁感应光栅的中心波长相同，所以第一磁感应光栅组的各光栅在遇到车载磁铁时的中心波长漂移情况相同，因此在从第一待测信号中检测到表征第一磁感应光栅组的任一光栅的中心波长漂移的信号时，无法得知具体是第一磁感应光栅组的哪个光栅遇到车载磁铁，只能确定列车行驶进第一磁感应光栅组所在的轨道段上)；4)在从第二待测信号中检测到表征与第一磁感应光栅组并排的第二磁感应光栅组中的任一光栅(称为目标光栅)的中心波长漂移的信号时，确定列车的车载磁铁处行驶到目标光栅所在的轨道位置上(因为第二个光栅阵列内同一组磁感应光栅的中心波长不同，所以同一组磁感应光栅的各光栅在遇到车载磁铁时的中心波长漂移情况不同，因此在从第二待测信号中检测到第二磁感应光栅组中的目标光栅的中心波长漂移的信号时，可确定第二磁感应光栅组中的目标光栅遇到车载磁铁，即确定列车的车载磁铁处行驶到目标光栅所在的轨道位置上)。

另外，本申请的数据处理模块5还可通过计算速度与数据传输处理的常规延时，对磁悬浮列车三级定位得到的当前列车位置进行修正，得到更精确的列车定位。

作为一种可选的实施例，数据处理模块5还用于：

根据第二个光栅阵列的中心波长漂移情况确定列车在预设轨道距离内的前进后退情况。

进一步地，由于第二个光栅阵列内同一组磁感应光栅的中心波长不同，所以列车在前进或后退时，第二个光栅阵列内同一组磁感应光栅的中心波长呈现不同变化，所以本申请的数据处理模块5还可根据第二个光栅阵列的中心波长漂移情况确定列车在短距离内的前进后退情况(前进：正向行驶方向；后退：反向行驶方向)。

作为一种可选的实施例，数据处理模块5还用于：

根据列车的实时位置变化及其运行时间确定列车的实时运行速度。

进一步地，本申请的数据处理模块5还可根据实时定位到的列车所行驶到的轨道位置，得到列车的实时位置变化，并根据列车的实时位置变化及其运行时间确定列车的实时运行速度。

综上，在磁悬浮列车行驶过程中，通过标记光栅一级确认、O波的同组同波长区间二级确认与C波的同组不同波长三级确认得到磁悬浮列车的定位、速度、行驶方向等信息。本系统具有环境适应性强、灵敏度高、测量精度高、抗干扰、使用寿命长的优点。

请参照图6，图6为本发明实施例提供的一种磁悬浮列车的定位方法的流程图。

该磁悬浮列车的定位方法应用于上述任一种磁悬浮列车的定位系统，包括：

步骤S1：根据标记光栅的中心波长漂移情况进行列车一级定位。

步骤S2：根据第一个光栅阵列的中心波长漂移情况进行列车二级定位。

步骤S3：根据第二个光栅阵列的中心波长漂移情况进行列车三级定位，以逐级定位到列车所行驶到的轨道位置。

本申请提供的定位方法的介绍请参考上述定位系统的实施例，本申请在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种磁悬浮列车的定位系统，其特征在于，包括：

安装在列车底部的车载磁铁；

沿列车行驶方向并排铺设在列车轨道上的两个光栅阵列；其中，两个所述光栅阵列均包含若干组磁感应光栅；第一个所述光栅阵列内同一组磁感应光栅的中心波长相同、不同组磁感应光栅的中心波长不同；第二个所述光栅阵列内同一组磁感应光栅的中心波长不同、不同组磁感应光栅在同一排列位置的光栅的中心波长相同，且每组磁感应光栅的第一个光栅作为标记光栅使用；在同一时间下同一光栅阵列内只有一个光栅受所述车载磁铁影响；

光脉冲生成模块，用于分别向两个所述光栅阵列提供光脉冲信号；

数据处理模块，用于根据所述标记光栅的中心波长漂移情况进行列车一级定位，根据第一个所述光栅阵列的中心波长漂移情况进行列车二级定位，根据第二个所述光栅阵列的中心波长漂移情况进行列车三级定位，以逐级定位到所述列车所行驶到的轨道位置；

其中，所述数据处理模块具体用于：

获取第一个所述光栅阵列返回的第一待测信号，并获取第二个所述光栅阵列返回的第二待测信号；

在从所述第二待测信号中检测到表征标记光栅的中心波长漂移的信号时，确定所述列车行驶进新一组磁感应光栅所在的轨道段上；

在从所述第一待测信号中检测到表征第一磁感应光栅组的任一光栅的中心波长漂移的信号时，确定所述列车行驶进所述第一磁感应光栅组所在的轨道段上；其中，所述第一磁感应光栅组为第一个所述光栅阵列中任一组磁感应光栅；

在从所述第二待测信号中检测到表征与所述第一磁感应光栅组并排的第二磁感应光栅组中的目标光栅的中心波长漂移的信号时，确定所述列车的车载磁铁处行驶到所述目标光栅所在的轨道位置上；其中，所述目标光栅为所述第二磁感应光栅组中任一光栅。

2.如权利要求1所述的磁悬浮列车的定位系统，其特征在于，所述光脉冲生成模块包括：

第一扫频脉冲光源，用于在接收到触发信号后发出第一光脉冲信号；

第二扫频脉冲光源，用于在接收到所述触发信号后发出第二光脉冲信号；

第一光脉冲放大器，用于对所述第一光脉冲信号进行放大处理，得到第一光脉冲放大信号；

第二光脉冲放大器，用于对所述第二光脉冲信号进行放大处理，得到第二光脉冲放大信号；

第一环形器，用于将所述第一光脉冲放大信号提供给第一个所述光栅阵列；

第二环形器，用于将所述第二光脉冲放大信号提供给第二个所述光栅阵列。

3.如权利要求2所述的磁悬浮列车的定位系统，其特征在于，所述数据处理模块包括：

第一光电转换器，用于从所述第一环形器中接收第一个所述光栅阵列返回的第一待测光信号，并将所述第一待测光信号转换为第一待测电信号；

第二光电转换器，用于从所述第二环形器中接收第二个所述光栅阵列返回的第二待测光信号，并将所述第二待测光信号转换为第二待测电信号；

数据采集器，用于将所述第一待测电信号和所述第二待测电信号进行组合编码，得到电编码信号；

数据处理器，用于将所述电编码信号进行解码，得到所述第一待测电信号和所述第二待测电信号，并基于所述第一待测电信号和所述第二待测电信号表征的光栅中心波长漂移情况进行列车三级定位。

4.如权利要求1所述的磁悬浮列车的定位系统，其特征在于，所述车载磁铁由多个子磁铁组合而成；其中，多个所述子磁铁沿列车行驶方向按照海尔贝克阵列的排列方式进行排列。

5.如权利要求4所述的磁悬浮列车的定位系统，其特征在于，每个所述光栅阵列中相邻光栅之间的间距等于预设第一间距阈值；在列车行驶方向上，所述车载磁铁的相邻排子磁铁之间的间距等于预设第二间距阈值，且所述车载磁铁的总长度等于所述预设第一间距阈值；

所述数据处理模块还用于在基于列车三级定位确定第二个所述光栅阵列内中心波长正在漂移的目标光栅及当前列车位置后，根据所述目标光栅的中心波长漂移情况确定所述列车在所述当前列车位置上继续运行的距离。

6.如权利要求1所述的磁悬浮列车的定位系统，其特征在于，第一个所述光栅阵列为O波段光栅阵列；第二个所述光栅阵列为C波段光栅阵列。

7.如权利要求1所述的磁悬浮列车的定位系统，其特征在于，所述数据处理模块还用于：

根据第二个所述光栅阵列的中心波长漂移情况确定所述列车在预设轨道距离内的前进后退情况。

8.如权利要求1所述的磁悬浮列车的定位系统，其特征在于，所述数据处理模块还用于：

根据所述列车的实时位置变化及其运行时间确定所述列车的实时运行速度。

9.一种磁悬浮列车的定位方法，其特征在于，应用于如权利要求1至8任一项所述的磁悬浮列车的定位系统，所述方法包括：

根据所述标记光栅的中心波长漂移情况进行列车一级定位；

根据第一个所述光栅阵列的中心波长漂移情况进行列车二级定位；

根据第二个所述光栅阵列的中心波长漂移情况进行列车三级定位，以逐级定位到所述列车所行驶到的轨道位置；

其中，定位过程具体包括：

获取第一个所述光栅阵列返回的第一待测信号，并获取第二个所述光栅阵列返回的第二待测信号；

在从所述第二待测信号中检测到表征标记光栅的中心波长漂移的信号时，确定所述列车行驶进新一组磁感应光栅所在的轨道段上；

在从所述第一待测信号中检测到表征第一磁感应光栅组的任一光栅的中心波长漂移的信号时，确定所述列车行驶进所述第一磁感应光栅组所在的轨道段上；其中，所述第一磁感应光栅组为第一个所述光栅阵列中任一组磁感应光栅；

在从所述第二待测信号中检测到表征与所述第一磁感应光栅组并排的第二磁感应光栅组中的目标光栅的中心波长漂移的信号时，确定所述列车的车载磁铁处行驶到所述目标光栅所在的轨道位置上；其中，所述目标光栅为所述第二磁感应光栅组中任一光栅。