为了提高铁路现代化的水平,中国提出了铁路大提速战略。随着铁路大提速的实施,火车行驶的速度越来越快,不安全因素也相应增加。为了解决火车在夜间或能见度低的情况下安全行驶的问题,一种基于GPS 的机车头灯自动寻迹系统应运而生。通常头灯是固定在机车头部的,它发射出的光线与机车行驶方向始终保持一致。然而,当机车驶入弯道的时候,光线就无法一直照射到轨道上。为了解决上述问题,该系统应用全球定位系统卫星提供的定位信号,控制可旋转的机车头灯,使其射出的光线始终落在轨道附近,达到自动控制机车头灯的目的。发达国家在GPS—机电一体化应用方面技术比较成熟,所以该系统既借鉴了国外的先进经验,同时也根据中国的具体实际情况加以了改进。控制算法由三个子系统组成:GPS 数据采集子系统、GPS 数据处理分析子系统、车载控制器子系统。GPS 数据采集子系统负责对预定线路GPS 数据的采集工作;GPS 数据处理分析子系统是对机车路线规划,利用采集到的GPS 数据如何利用三次样条插值原理规划出一条模拟实际路线的虚拟线路,以此为依据计算出机车头灯应该旋转的角度,生成数据表文件下载到车载控制器中。车载控制器的功能是在机车上道运行时,实时接收GPS 卫星提供的定位信息,根据控制算法,驱动机车头灯旋转。经过理论推导、计算机模拟实验及上道实验,证明系统的控制算法是有效的。