联邦卡尔曼滤波技术在列车组合定位中的应用研究

列车定位技术已向组合方向发展,组合定位能提高列车的定位精度及定位系统的稳定性,其中,数据融合算法是最关键的技术之一。将DGPS(差分GPS)、应答器、ODO(里程计)定位系统的定位信息采用联邦卡尔曼滤波进行信息融合,采用信息分配因子,决定不同传感器定位信息在组合定位系统中所占的权值,可有效利用各种定位技术的优势;同时给出了算法的理论分析与仿真结果,证明了融合算法的可行性。     

基于多传感器信息融合的轨道交通列车轮径校正方法

多传感器信息融合是实现轨道交通列车高精度定位的发展趋势。针对列车车轮在运行过程中逐渐磨损导致轮径减小,从而影响轮轴速度传感器测速定位精度的问题,通过分析定位传感器的误差特性,采用轮轴速度传感器、加速度计和多普勒测速雷达构成列车组合定位系统,并结合卡尔曼滤波理论,提出一种基于卡尔曼滤波的轮径预测校正方法。该方法在各传感器工作正常时,通过多传感器信息滤波融合得到列车运动状态参数的最优估计,并完成轮径校正;在辅助传感器失效或故障时,通过过去和当前的传感器量测信息对未来一定时间内的列车运动状态做出定量的预测估计,进而完成轮径的预测与校正。仿真试验结果表明,本文所提出的方法能够达到较高的精度水平,提高了列车组合定位系统的可靠性和自主能力。     

基于简化鲁棒UKF的GNSS/INS紧组合列车定位方法

针对GNSS/INS组合列车定位中的信息融合非线性与传感器量测故障问题，为满足复杂多变列车运行场景下列车定位精度与鲁棒性的需求，提出一种基于简化鲁棒UKF的GNSS/INS紧组合列车定位优化方法。综合标准KF的时间更新与标准UKF的量测更新来构建简化UKF,在保证GNSS/INS紧组合列车定位精度的同时改善定位解算实时性。在简化UKF滤波框架内，引入故障检测与自适应调整因子构建简化鲁棒UKF,可以快速检测传感器量测故障导致的系统故障，并对故障历元的量测噪声协方差进行自适应调整降低滤波增益，使得滤波算法具有较强的鲁棒性。采用京沈高铁实测数据与故障仿真数据进行算法定位性能验证与评估，结果表明：基于简化UKF的GNSS/INS紧组合定位算法水平定位精度为2.686 5 m,与传统EKF滤波模型下的紧组合与松组合方法相比定位精度分别提高5.6%和15.0%。此外，提出的简化鲁棒UKF方法可以快速有效检测到不同类型的传感器量测故障，且大幅抑制传感器量测故障，优化复杂运行场景下的列车定位精度与鲁棒性。     

基于多传感器的列车空转及滑行检测与校正方法研究

针对轮轴速度传感器的测速定位精度随着轮对的空转/滑行逐渐降低的问题,通过分析定位传感器的误差特性,采用多普勒雷达和加速度计辅助轮轴传感器的多传感器方式构成列车组合定位系统。结合加(减)速度、速度差和滑行率等三种检测方法检测列车是否发生空转/滑行。建立列车的正常状态、空转状态、滑行状态、不可信状态,以及状态之间转换的数学模型,对列车发生空转/滑行之后的速度和走行距离误差进行计算补偿。仿真结果表明,设计的空转/滑行检测与校正模型能够有效检测列车是否发生空转/滑行并对误差进行校正,测速定位精度满足车载ATP(列车自动防护)的精度要求,达到了模型设计的目的。     

列车定位系统中数据融合的关键技术

数据融合技术是对多个传感器提供的信息按某种最优融合准则进行融合,能够提高数据的精确度.在列车定位系统中应用数据融合技术,可以有效提高列车定位精度,保障列车安全.阐述数据融合的功能原理、关键技术,对数据融合关键技术广泛应用的几种非线性滤波算法特性和测试精度进行比较,分析保证列车组合定位系统安全完整性的方法.     

基于改进H~∞滤波算法的列车组合定位方法研究

列车实时定位是列车控制系统的重要环节。针对列车定位系统中模型不确定性和外部干扰不确定性,提出了一种基于鲁棒估计理论的列车组合定位方法。给出了随机不确定多传感器融合系统的数学模型描述。根据离散系统有界实引理、Schur补定理及线性矩阵不等式求解技术,得到了一个针对该类多传感器系统H∞融合滤波器的存在性定理,并在该定理基础上得到基于H∞滤波理论和方法的分布式多传感器信息融合滤波器。仿真结果表明,该组合定位系统能够满足列车定位的精度要求,能够在不同定位条件下保证定位高效与安全,为提高列车组合定位系统的鲁棒性,进行了有益的尝试。     

基于通信的列车控制模式下的列车定位新技术

分析了目前常用的列车定位技术的优缺点。介绍了基于多传感器信息融合和基于漏泄同轴光缆的列车定位新技术。对利用漏泄同轴光缆或基于多传感器信息融合测速定位方法实施CBTC(基于通信的列车控制)模式下列车精确定位进行理论探讨,为解决现有采用轨道电路和信标进行列车定位精度不高和初始化过程长等缺点提供了借鉴思路。     

低成本列车组合定位系统容错算法设计

列车实时定位是列车控制系统的重要环节。在安全苛求的现代列车控制系统中,列车定位系统需要在实现高精度列车定位的同时具备容错能力,以保证系统安全。针对列车定位的安全性需求,从保障列车定位系统的容错性能出发,利用低成本GPS接收机、惯性测量器件以及里程计等定位传感器构成列车组合定位平台,给出列车组合定位系统的结构与功能,将小波变换方法用于组合系统故障检测并制定相应的故障隔离策略,以H∞鲁棒滤波为基础设计联邦结构的多传感器容错信息融合算法用于定位计算。利用自制轨道推车进行的实验及仿真结果表明,组合定位系统能够满足列车定位的精度要求,并具有较强的容错能力,能够在不同定位条件下保证定位高效与安全。     

一种双冗余列车计轴系统的设计实现

为了反映轨道区段占用情况并解决列车运行中存在的轨道电路分路不良问题,设计一种新型列车计轴系统。该系统以ARM处理器为核心,并配有2种独立工作的传感器(用于计轴)。2种传感器的设计使室外计轴设备具有双冗余能力,以保证系统具有更好的稳定性和可靠性。计轴设备采集列车轴数、方向和速度等信息,通过CAN总线将数据传送给室内监控设备做进一步分析处理。     

基于GPS和里程计的列车定位方法

列车测速轮对的空转/滑行和车轮磨损是影响车载里程计(ODO)测速、测距精度的主要原因。针对该问题,通过传感器定位特性分析,在列车里程计基础上引入GPS技术,构建车载组合定位系统。通过GPS和ODO的信息融合,建立空转/滑行和车轮磨损的检测与误差校正计算模型,完成相关检测和误差校正。仿真试验结果表明,所提出的列车定位方法是有效的,可以提高车载定位系统的自主定位能力。