组合导航定位技术在机车安全监控系统中的应用研究

2.2 机车速度传感信息

目前机车上所配备的安全行驶记录仪，通过RS485总线，以28 800bps 的传输速率，每隔20~40ms输出相关机车状态信息，其中包括了机车速度信息。由于该信息传输非常频繁，因此在设计过程中，采用了单独的MCU来采集、处理该信息，主控CPU通过I2C总线定时获取机车的速度状态信息，从而大大减轻了主控CPU的工作负荷。应用机车速度传感信息在短时间内计算机车运行里程比较准确，但在长时间内，由于累积误差的存在，将会带来很大的偏差。

2.3 ADXRS150微硅陀螺仪信息

ADXRS150是一款角速度范围为150°/s的MEMS角速度传感器，集成在一个微小的芯片上。可提供精确的参考电压和温度输出的补偿技术，7mm×7mm×3mm微小体积的封装[3]。在ADXRS150微硅陀螺仪的实际使用过程中，为了获得稳定可靠的角速度信息，需要合理解决以下几方面问题：

(1)滤波器

在机车运行过程中，其角速度变化比较缓慢，因此可以把其低通滤波器的通带截止频率设置得低一些，这样可以消除一些高频分量的影响。低通滤波器的通带截止频率可由下式计算：

其中：Rout=180kλ，已经集成在ADXRS150微硅陀螺仪内部，结合机车运行实际状况[4]，外接Cout=47nF。

(2)零点漂移

ADXRS150微硅陀螺仪在运行过程中，中心零点会随着时间变换而发生漂移，因此需要对零点进行准确校正[5]。通过判断GPS信息和机车速度传感信息，可以确定机车是否处于静止状态。一旦机车处于静止状态，则启动零点校正程序，确定零点模拟电压，在实际运行过程中，就可以消除零位偏差。

2.4 数据融合处理

(1)定位数据包结构

#UTPM，时间>，经度>，纬度>，，机车速度>，陀螺仪角速度>，惯性导航时间>，状态与判决条件>，

(2)GPS定位情况下位置信息处理

根据状态与判决条件，可以判断目前GPS是否定位，在确认GPS定位的情况下，数据包中的经度、纬度信息有效。

(3)GPS未定位情况下位置信息处理

在GPS未定位的情况下，将启动惯性导航，应用机车速度传感信息计算运行里程。设机车速度信息采样时间间隔为Tavr，i时刻的运行速度为vi，则运行里程为：

惯性导航起点位置用经度和纬度标注，由于在本地保存了轨道经度和纬度信息，结合铁路公里标，S可以直接转化为经度和纬度信息。同时，监控中心结合轨道电子地图，也可以对该数据进行处理和显示。