[发明专利]一种基于Φ-OTDR的轨道车辆定位和测速系统

说明书

技术领域

本发明涉及轨道列车测速技术领域，尤其涉及一种基于Φ-OTDR的轨道车辆定位和测速系统。

背景技术

在轨道列车交通安全保障体系中，列车运行的实时位置和速度信息是列车调度指挥系统必须准确掌握的信息，调度中心根据已掌握的实时信息，对各路段的运行情况进行控制，以保障列车的安全行驶。目前国内铁路是通过基于轨道电路的列车自动控制系统(Communication Based Train Control System，CBTC)来获取列车运行的实时速度和位置信息。在该系统中，利用轨道电路可以自动检测列车、车辆的位置，控制信号机的显示；通过轨道电路可以将地面信号传递给机车，从而可以控制列车运行。尽管轨道电路已采取了多项保护措施，但是在雷电等恶劣的天气，轨道电路依然存在失效的可能，从而导致严重的交通事故。轨道电路的最大缺点是它的工作是有源的，在维护不利的情况下，将导致重大交通事故。

发明内容

本发明的目的在于通过一种基于Φ-OTDR的轨道车辆定位和测速系统，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于Φ-OTDR的轨道车辆定位和测速系统，其包括Φ-OTDR系统主机和光缆；

所述Φ-OTDR系统主机与光缆连接，用于发出脉冲光信号注入到光缆，并对光缆中反射回的瑞利散射相干光进行处理，获得列车运行的实时位置信息和速度信息。

特别地，所述Φ-OTDR系统主机包括激光器、声光调制器、掺铒光纤放大器、带通滤波器、可调谐衰减器、环形器、光电探测器以及处理器；

所述激光器用于发射连续光，输出给声光调制器；其中，激光器为超窄线宽激光器，其线宽小于3KHz；

所述声光调制器用于将所述连续光调制成脉冲光信号；其中，声光调制器为高消光比声光调制器，其消光比大于50dB；

所述掺铒光纤放大器用于对所述脉冲光信号进行放大；

所述带通滤波器用于对掺铒光纤放大器输出的脉冲光信号进行滤波；

所述可调谐衰减器用于调整收到的脉冲光信号的功率；

所述环形器用于将可调谐衰减器输出入的脉冲光信号注入到光缆，光在光缆中发生瑞利散射，并接收光缆中反射回的相干光，输出给光电探测器；

所述光电探测器用于将所述瑞利散射相干光转化为电信号，输出给处理器；

所述处理器用于对所述电信号进行信号处理，获得列车运行的实时位置信息和速度信息。

特别地，所述处理器具体用于：一、根据原始瑞利散射曲线，光缆上每个空间点都有一个随时间变化的信号X_s(t)，其中，X_s(t)表示光缆上离列车指挥调度中心距离为s的振动信号；二、对每个空间点的信号X_s(t)加宽度为T_w的时间窗，接着对每个时间窗内的信号做小波变换、阈值降噪，并对重构的信号求均方根，得到该时间窗内信号的振动水平，进而得到每个时间点上光缆不同位置的振动信号为Y_T(s)，其中Y_T(s)表示T时刻光缆所有位置的振动信号；此时定位周期为T_l＝T_p*T_w，其中T_l表示定位周期，T_p表示脉冲重复周期，T_w表示时间窗。三、对Y_T(s)做峰值检测得到突变沿位置，从而得到该时间点振动列车的位置，其中上升沿和下降沿将分别对应列车的车头位置和车尾位置；对一段时间内的各时间点分析，得到该时段内列车的位置-时间关系；四、对列车的位置-时间关系求斜率，获得到各个时间点列车运行的实时速度。

特别地，所述Φ-OTDR系统主机安装在列车指挥调度中心的监控室中；所述光缆沿着轨道铺设，埋在轨道正下方的土壤中。

特别地，所述光缆选用单模光纤光缆。