[发明专利]基于多个分体惯性基准的轨道半径曲线测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种轨道大半径曲线测量系统，特别是一种基于多组由载波相位差分GPS和惯性器件组成的组合测量平台测量轨道曲率半径的测量系统。

背景技术

轨道大半径曲线测量是轨道检测中的重要环节之一，其主要目的是通过测量轨道曲率半径检测轨道状态，及时发现铁路轨道可能存在的问题，以便排除安全隐患，减少事故的发生。

目前的轨道检测车上，轨道半径测量主要采用惯性基准通过角速度测量，由于角速度大小受曲率半径影响，而且惯性器件的误差具有一定的时间累积特性，目前的测量方式主要应用于小半径(一般小于800-1300米)测量，而且精度比较低。当轨道曲率半径较大(800-1300米以上)时，角速度超出惯性器件可以测量的范围，目前的测量方式无法满足轨道检测不断提高的精度要求。

中国专利公开号CN1075518《铁道曲线半径测量方法》，提出了一种利用相邻车体在曲线上的相对偏转来测定所对应的曲线半径的方法。这种方法的优点是可以方便的测量轨道曲率半径。但是这种方法是通过测量相邻车体在曲线上的相对偏转来测量轨道曲率半径的，当半径较大时偏转角很小，往往超出目前通用仪器的测量范围，因此难以测量较大半径，而且目前的测量仪器条件下测量精度比较低。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服传统的轨道半径测量设备无法测量大半径的不足，提供一种应用于列车上基于多个分体惯性基准的轨道半径曲线测量系统，该测量系统能够满足大半径测量要求，而且可以提高小半径测量精度。

本发明的解决方案是：基于多个分体惯性基准的轨道半径曲线测量系统，特别是一种基于多组由载波相位差分GPS和惯性器件组成的组合测量平台测量轨道曲率半径的系统，所述的测量系统安装在列车上，它由至少三套组合测量平台、主处理器及存储和显示设备组成；其中：

每套组合测量平台由载波相位差分GPS、惯性器件和数据处理单元组成，所述载波相位差分GPS由多个测量型6PS天线和多个可以输出载波相位的GPS接收机组成，用来输出GPS相关数据，包括捕获信息、定位信息、星历信息、载波相位信息、GPS测量参考时间和秒脉冲信号PPS；惯性器件由一台三轴陀螺仪和一台三轴加速度计组成，用于输出组合测量平台内同步的惯性器件相关数据，包括惯性器件测量参考时间、三轴加速度、三轴角速度，其中三轴陀螺仪用来测量角速度，三轴加速度计用来测量加速度；载波相位差分GPS和惯性器件通过载波相位差分GPS输出的秒脉冲信号PPS同步；数据处理单元接收载波相位差分GPS的每个测量型GPS天线和GPS接收机测得的GPS相关数据及惯性器件测得的惯性器件相关数据，并将这些数据通过插值和滤波处理，得到同一组合测量平台内部同步的GPS相关数据及惯性器件相关数据、同一组合测量平台内同步的拟合参考时间，然后将GPS相关数据和惯性器件相关数据通过滤波处理得到载体姿态，同时将同步的GPS相关数据、惯性器件相关数据、同一组合测量平台内同步的拟合参考时间和载体姿态数据通过总线传输到主处理器；

主处理器接收来自组合测量平台的数据，即同一组合测量平台内部同步的GPS相关数据、惯性器件相关数据、同一组合测量平台内同步的拟合参考时间、运算得到的载体姿态数据，然后通过滤波和数据融合进行同步处理，得到不同组合测量平台之间高精度的同步的相关数据，对不同组合测量平台的GPS之间的同步的载波相位进行差分，就可以得到多组由GPS天线组成的基线向量，这些基线向量运动形成的轨迹与列车运行轨迹相关，反映了列车轨道信息，然后由角速度测量模型或基线测量模型分别得到粗略的测量半径，根据粗略测量的半径大小选择角速度测量模型(通过圆周运动角速度测量半径)或者基线测量模型(通过圆周多组弦线测量半径)，经过进行进一步处理得到精确的轨道曲率半径，并将需要的数据，包括GPS相关数据、惯性器件相关数据、同一组合测量平台内同步的拟合参考时间和载体姿态、基线向量和轨道曲率半径最终数据，发送到存储和显示设备；

存储和显示设备根据要求进行实时处理或事后处理，将主处理器的处理得到的数据，包括GPS相关数据、惯性器件相关数据、同一组合测量平台内同步的拟合参考时间和载体姿态、基线向量和轨道曲率半径最终数据存储到硬盘，以便进行事后处理或通过显示设备实时显示。