自主定位系统内部采用的总线形式为“命令应答式”，即作为顶层设备的时钟同步及数据处理设备以额定时间间隔依次向多源定位终端发送命令字，各终端设备依次上报“当前”检测的列车位置数据，时钟同步及数据处理设备对多源定位信息数据进行融合并上报车载ATP。在列车运行的情况下，若三裕度时钟同步及数据处理设备在进行定位信息采集时，每个裕度发送的命令字时刻不统一，则得到的定位数据必然离散，所进行的后续融合处理必然毫无意义。

为了解决三裕度系统时钟高精度同步和多源信息处理的问题，研发团队开展了基于IEEE1588 亚微秒级PTP 高精度时钟同步方法研究、时钟同步硬件单元模块设计、三冗余节点主从选举算法研究、高速数据处理硬件单元模块设计研究等相关技术研究，实现了三裕度系统时钟亚微秒级同步。

3.3 基于自修正技术的惯性导航高精度自主定位技术研究

由于地铁环境因素，地铁列车在隧道内无法使用GPS 或北斗等卫星定位系统，因此采用惯性导航来解决站间地铁列车的定位问题，即地铁列车在站间行驶时主要依赖于惯性导航为主以明确列车当前位置，辅助于雷达避障。众所周知，惯性导航技术在工作初始，导航精度较高且满足系统使用要求，但随着时间的增加，惯导内部的陀螺仪会随时间呈现随机漂移，导致导航精度会急剧劣化。

为进一步提高惯导自主导航的定位精度，同时对比传统军工行业对惯导的使用要求，并结合地铁运行特点采取如下措施以提高惯导自主定位精度。

相对于导弹、火箭、飞机等应用背景，地铁列车具有低速、长航时，且间歇性到站停车的特点，针对该应用背景，采用零速检测及修正技术，确保惯导在到站停车时定位精度不发散。

相对于导弹、火箭、飞机等应用时需得到载体的航向、俯仰、横滚等导航参数，地铁列车仅具备沿轨道方向（纵向）的位置变化，垂直轨道方向（横向）和高度方向变化较小，因此，采用运动约束修正技术，进一步提高惯导自主导航定位精度。

惯导在导航过程中，瞬间出现较大的角动量对导航精度影响较大。根据调查，目前地铁列车最小转弯半径为125 m，且在列车转弯过程中时速一般小于30 km，不存在武器系统或飞机出现的瞬间较大角动量扰动，因此，通过优化惯导的硬件配置，提高惯导采样速率，优化采样算法，通过试验合理设置角动量采样阈值，进一步提升惯导自主导航定位精度。

3.4 地铁环境下二维码信标准确识别及高精度测距技术研究

惯性导航的原理是通过惯性器件对时间进行二次积分得到载体的位置信息，为了体现差异化设计，研发团队采用视觉定位系统作为辅助完成地铁列车自主定位系统的研制。视觉定位的原理是通过双目视觉采集设备，根据成像点距离和双目之间的焦距即可计算出双目采集设备距离目标成像点的距离，与惯导定位原理不同。

视觉设备双目测距原理如图3 所示。以列车行进方向左边的二维码信标为例，定义车头左右摄像头水平间距为T，两个呈像点之间间距为I，摄像头焦距为f，因此车头距离二维码信标水平距离处的距离D如公式（1）所示。

基于距离信息的基础上，系统的光学系统还能完成列车速度的实时计算，假定在时刻T1，列车距离某一路段的二维码标识为D1，T2时刻，列车距离该二维码标识为D2，此时列车在该时段内的平均行进速度如公式（2）所示。

图3 双目测距原理Fig.3 Principle of binocular ranging

其中V即为列车的实时行进速度。

由于地铁环境中，光照条件差，可视范围小，为确保二维码信标识别的准确性和及时性，研发团队开展了如下研究。

1）低光照条件的二维码准确识别技术

隧道低光照条件下，通过图像增强、从画面中定位二维码，以完成后续测距计算。此外，由于二维码图像可以只由两种不同的颜色进行区分，因此在实际的设计过程中，采用对比度比较好的颜色进行区分。同时，为了增强识别效率，选用反光涂料以及对比度明显的颜色完成二维码实际绘制。

2）高可靠距离测量技术研究

利用双目摄像头的视觉差实现双目视觉测距，并确保测量精度达到规范要求。

3）运动条件下的图像识别处理技术研究

在地铁列车运动过程中，对图像的清晰度会有很大的影响。运动速度越快，在相同快门时间内，同一目标在画面中运动距离越大，这对识别二维码及测距都会产生负面影响。

文章来源：《新型工业化》 网址: http://www.xxgyhzz.cn/qikandaodu/2021/0624/1027.html