基于克里金法的列车定位方法研究

为解决卫星观测视野不良或导航信号受干扰时,北斗定位解算失效导致列车失去定位,提出基于克里金法的场强定位方法对卫星导航定位方式进行有效替代.利用列车沿线性轨道固定往复运行且信号交织覆盖的特性,通过克里金法对采集的无线场强进行插值,能够在降低无线数据采集工作量的同时实现无线场强数据库快速建立和动态更新.通过Tower Co...     

引入卫星导航系统的虚拟应答器中列车定位方案适应性研究

随着新型列车运行控制技术及系统的快速发展,基于卫星导航的列车运行状态自主感知已成为下一代列车运行控制系统的重要发展方向。虚拟应答器是将全球导航卫星系统引入列车运行控制系统的有效途径,卫星定位因易于受到信号观测条件限制导致性能约束,无法直接满足虚拟应答器的应用需求。针对虚拟应答器中卫星定位的应用模式进行适应性分析,总结出不同线路及运行条件下虚拟应答器卫星定位方案的设计与应用建议。首先,介绍引入卫星定位的虚拟应答器的运行机理;其次,给出基于自适应交互多模型的虚拟应答器捕获原理;然后,对卫星定位独立定位、卫星定位/惯性导航系统松耦合定位、卫星定位/惯性导航系统紧耦合定位3种典型方案的核心思路、系统架构、计算流程进行设计与分析;最后,采用现场数据及仿真测试,对3种卫星定位方案的定位性能、计算效率、用于实施虚拟应答器捕获的时空精度特征进行评估与对比。研究结果表明：卫星定位/惯性导航系统紧耦合定位方案的综合效益更优。对引入卫星导航系统的虚拟应答器中列车定位方案的适应性进行了分析,所得结果能够为虚拟应答器结构与逻辑方案的设计提供参考,为新型列车运行控制系统的优化设计与设备研制提供有效支持。     

基于轮轴测速辅助的列车卫星定位压制干扰检测方法

基于卫星导航的列车测速定位是我国新型列车控制系统的重要内容,常规的列车卫星定位方法研究主要关注其可用性及功能安全,在复杂铁路运行环境中,来自系统外部的卫星导航干扰信号可能对测速定位性能带来严峻威胁,如何对卫星定位干扰实施有效检测并进行隔离防护是确保列车测速定位性能的关键环节。基于卫星定位干扰作用原理,提出一种基于轮轴测速辅助的卫星定位压制干扰检测与防护方法,基于轮轴测速数据与轨道地图数据库构建卫星观测信息参考量,通过显著偏差检测与残差统计检验识别因干扰而性能降级的观测信息,并在最终定位解算中对其进行隔离。采用青藏铁路试验数据构建压制干扰注入测试环境,基于典型调幅干扰、相干连续波干扰场景测试结果表明,所提出的方法能够有效识别并排除因干扰导致的劣化观测信息,相对于未实施干扰检测与隔离的情况,定位误差标准差最多可降低41.90%、82.86%,该方法对于提升列车卫星定位的干扰防护能力及可信性水平具有重要意义。     

地图辅助北斗/惯导组合的列车轨道占用估计方法

卫星导航在铁路运输系统众多基于位置的应用服务中具有广阔的应用前景,我国自主建设的北斗卫星导航系统已正式开始提供区域服务,为卫星导航在铁路系统中的应用发展提供了重要契机。在采用卫星导航实现列车定位的过程中,列车轨道占用状态的估计识别是列车位置描述的重要内容和定位正确性必要前提,本文结合高速列车追踪接近预警系统这一应用背景,根据系统功能及性能的实际需求,提出一种基于地图辅助北斗/惯导组合的列车轨道占用估计方法,该方法利用地图辅助信息对北斗/惯导融合所需系统模型进行约束,并采用交互多模型估计策略将列车组合定位过程与轨道占用状态估计进行结合,有效实现了轨道占用识别的实时性和自主性。论文采用实际现场测试数据对所提出的轨道占用估计方法进行了验证,并通过与GPS模式的比较探讨了我国北斗卫星导航系统在铁路系统应用中的可行性和实际性能。     

列车卫星定位故障影响分析与检测方法研究

基于全球导航卫星系统的列车定位是铁路多种新型列控系统应用的关键支撑.为了满足特定铁路应用对安全性、可靠性的实际需求,分析了卫星定位可能存在的故障对列车定位性能的影响;基于完好性概念对列车卫星定位故障特征空间进行了划分;在此基础上研究了列车卫星定位单元故障检测方法.结合青藏铁路实际现场数据以及故障注入手段,对提出的故障检...     

基于CS-BP的列车卫星定位欺骗干扰检测方法

随着列车运行控制模式车载自主化、系统智能化发展需求的不断深化,新型列车运行控制系统的设计与运用对列车测速定位自主性、可信性的需求愈发显著。全球导航卫星系统因其具备覆盖范围广、定位精度高、全天候等优势,成为新型列车控制系统实施列车自主定位的重要发展应用方向。卫星导航系统存在显著脆弱性,来自铁路沿线运行环境的干扰会对列车定位感知性能形成严重威胁,因此,准确、及时检测并识别干扰的发生是实施有效防护并确保列车运行安全的关键。欺骗式干扰通过信号转发或者定制生成虚假卫星信号信息,可诱骗接收机终端使其解算出错误的定位结果,具有复杂性、隐蔽性和危害性,对特定设备的影响极大。基于此,研究并提出一种列车卫星定位欺骗干扰检测方法。首先,分析列车卫星定位面临的欺骗干扰特征;其次,提取对欺骗干扰敏感的观测量构建典型特征量;然后,设计包括样本集构建、离线模型训练、在线检测识别等环节的欺骗干扰检测总体方案,提出基于布谷鸟搜索算法改进BP神经网络的卫星定位欺骗干扰检测模型构建方法;最后,搭建列车卫星定位欺骗干扰测试环境,采用多种观测信息及特征实施干扰样本的CS-BP模型训练并将其用于识别特定形式欺骗干扰的存在与特征,...     

北斗铁路列车卫星定位与辅助预警系统

引入北斗导航卫星技术,提出北斗铁路列车卫星定位与辅助预警系统,对列车进行准确定位,并根据铁路运行列车的运行位置进行相邻列车间距预警计算。当相邻列车间的距离达到预警条件时,提示司机和调度人员注意行车安全,防止列车追尾事故的发生。     

基于卫星定位的区间列车轨道占用检测方法研究

列车轨道占用检测是列车行车间隔控制的重要条件,已有的区间列车轨道占用检测方法是利用轨道电路或者计轴器等地面设备来确定的,建设和运营成本较高。本文提出了基于卫星定位GNSS(Globe Navigation Satellites System)的区间列车轨道占用监测方法,即在列车车头和车尾分别安装卫星定位接收机,通过分析卫星定位解算过程,建立评估定位风险的公式,分析不同置信区间、不同定位漏检率和误检率等因素,得出列车位置定位水平保护距离HPL(Horizontal Protection Level),结合地图匹配技术,得出列车在轨道上的占用估计,即利用列车车头与车尾的最不利位置来确定列车的轨道占用。     

基于最大期望算法的列车完整性检测方法

面向中国中西部低密度线路条件,基于GNSS的列车完整性检测系统是一种经济有效的列车完整性解决手段,也可作为制动管风压检测的辅助冗余检测方式,以进一步保障列车运行安全。针对列车运行过程中基于GNSS列车完整性检测系统问题建立完整性检测模型,模型包含列车完整状态及断裂状态下的系统时间动态转换过程。基于系统参数先验统计特性未知情况下的模型参数估计,提出基于最大期望算法的离线训练学习方法,得到列车完整性检测系统模型后验参数的极大似然估计。在列车完整性检测过程中,针对当前时刻的观测值,进行列车完整性所有状态的概率推理估计,采用高斯和滤波的方法实现状态的概率推理计算,选取最大概率下的列车完整性状态,实现列车完整性检测。结合现场测试及仿真数据,针对本文提出的列车完整性检测方法进行测试验证,结果证明了该方法的有效性。     

基于状态估计的虚拟应答器捕获方法研究

基于卫星导航的列车运行状态自主感知是下一代列车控制系统的重要发展方向之一,采用虚拟应答器这一技术方案能够以较高的系统兼容性将卫星定位应用于列控系统,并实现系统自主化能力和成本效益的优化。本文基于虚拟应答器的基本原理,分析常规基于捕获半径的虚拟应答器捕获策略存在的问题,采用状态估计思想提出一种实现虚拟应答器捕获的新方法,该方法利用状态空间模型及估计算法对列车与虚拟应答器的接近状态进行估计计算,在确定列车位置的同时利用轨道电子地图及状态预测完成虚拟应答器的捕获判决。基于实测数据进行仿真的结果验证了本文所述方法相比于常规固定捕获半径方案在定位精度、捕获性能、捕获时间分辨率等方面的优势,反映了该方法用于未来实现基于卫星导航的列车控制系统的重要潜力和应用价值。     

卫星导航在铁路列控系统中的应用评价研究

通过分析卫星定位的特点及指标体系,研究分析卫星定位在铁路列控系统中的应用环境及条件,探索一套用于评价卫星定位在铁路列控领域应用的评价体系,为列控系统在指定铁路线路运用中是否采用卫星定位系统提供评价依据。     

基于可见光通信和接收信号强度检测的列车定位方法研究

精确的列车位置信息是CBTC(基于通信的列车控制)系统保障列车安全高效运行的关键因素。针对地铁独特的隧道环境和列车运营特点,提出一种VLC(可见光通信)和RSSI(接收信号强度检测)相结合的列车定位方法。首先,以朗伯光源模型为基础,构建LED可见光通信的CBTC系统的列车定位模型;其次,利用RSSI值计算隧道壁上LED灯与列车之间的直线距离,并使用三边定位原理和最小二乘法拟合列车定位结果;然后,引入VLC与RSSI相结合的列车定位观测模型和误差模型,对运行中的列车实时定位与误差分析;最后,以成都地铁1号线的真实线路数据和设备参数为依据,验证所提方法的可行性和有效性。研究结果表明:该列车定位方法的最大定位误差为39.23cm,平均定位误差为13.36cm,满足CBTC系统对高精度列车定位的要求,可以作为传统列车定位方法的一种全新选择。     

基于北斗导航的列车定位技术研究

北斗卫星已逐步具备应用于列车定位的能力,为北斗卫星导航在铁路系统中的应用发展提供重要契机。将北斗卫星导航系统应用到列车定位系统,不仅能提高定位精度,而且能降低成本,也是列车运行控制系统安全性与可靠性的有力保障,对于列车定位系统的研究具有深远意义。与四大卫星导航系统进行比较,根据列车定位技术的分类,归纳各自特点和研究方向,最后指出基于北斗导航的列车定位技术下一步的重点工作。     

新型列控系统列车综合自主定位技术研究

安全、准确、高可靠的列车定位技术是列车运行控制系统的基础和核心.现有列控系统的列车定位技术依赖轨道电路,建设及运维成本高,难以适应高海拔铁路的恶劣应用环境.为此提出一种基于卡尔曼滤波的多源融合测速定位技术方案,综合利用卫星导航信息、轮速传感器信息、加速度计信息、应答器信息等,进行列车走行距离和速度计算,可以摆脱对轨道电...     

LSSVM增强的受限环境列车定位精度优化方法

GNSS/INS是目前较为理想的定位组合方式,但在GNSS信号较长时间缺失的情况下INS的定位误差会逐渐发散.为解决此问题提出一种针对卫星信号受限环境的LSSVM增强列车组合定位方法,并在青藏铁路线应用试验.试验结果表明:LSSVM增强列车组合定位方法能够有效提高组合导航系统在GNSS信号缺失情况下的定位精度,且相比于...     

基于IMU标定补偿的列车组合定位优化方法

GNSS/INS组合方式是下一代列控系统定位技术的发展趋势,但由于惯导系统累计误差较大,使得列车处于卫星信号失锁环境下定位性能降低。为解决这个问题,针对微机械惯性测量单元IMU确定性误差的3个主要误差项:非正交误差、零偏误差、刻度因数,建立加速度计和陀螺仪的误差模型,在此基础上详细推导标定原理并提出标定方案。将误差补偿结果应用于京沈高速铁路试验现场并由试验结果分析可知:该方法能有效提高IMU的测量精度,相较于补偿前测量误差降低80%以上;补偿之后的惯导系统在40s时间内的导航速度误差小于1m/s,位置误差在10m之内,满足定位需求,具有实际意义的工程应用价值。     

基于北斗卫星载波相位平滑伪距的列车定位方法

随着我国北斗卫星导航系统的建设,北斗卫星已逐步具备应用于列车定位的能力。列车在铁路线上存在轨道占用区分的需求,北斗民用伪距定位对并行股道占用情况难以精确定位识别。采用北斗实时载波相位定位精度高,但需近距离基准站的差分信号和模糊度解算,不利于大范围内的实时应用。因此,本文结合北斗卫星伪距的无模糊度和载波相位的高精度特点,提出一种基于北斗载波相位平滑伪距的列车定位方法。该方法首先利用北斗组合相位伪距法探测与修复载波数据周跳,并采用修复后的载波相位数据平滑伪距。文中推导北斗载波相位平滑伪距的原理,分析不同平滑方法的特性和对应的噪声检验公式。采用实测数据计算两种平滑方式得到的结果表明:本文提出的方法能够有效快速探测与修复周跳,平滑伪距精度优于0.2m,满足北斗导航系统在铁路列车定位中的精度要求。     

卫星定位轨迹最小二乘拟合适应性分析

卫星定位技术在列控系统深入应用,轨道信息数字化是其中的关键问题。提出一种基于卫星轨迹最小二乘拟合的轨道数据采集方法,并针对地理坐标系距离计算和非线性映射两个问题,提出3个假设条件。当待拟合的卫星定位数据满足这3个假设条件时,可以使用最小二乘方法获得轨道的近似最优解。     

基于图论和面向对象的列控数字轨道地图研究

将全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)结合在一起应用于轨道交通中,可提高列车定位精度、减少轨旁设备、降低建设和维护成本。一份结构合理的数字轨道地图可以提高列车定位的实时性和准确性。本文主要研究数字轨道地图的模型、设计和验证。首先,结合拓扑关系数据模型和面向对象数据模型的优点,对数字轨道地图进行建模;基于图论和面向对象的数据结构的思想,利用空间数据和对象属性数据实现数字轨道地图的设计。其次,结合图的深度优先搜索算法,提出对数字轨道地图连通性、合理性和正确性进行验证的算法。最后,本文在VC++平台下实现数字轨道地图的功能,并采用丰沙线三家店车站现场采集的GPS数据对数字轨道地图进行实验验证。结果表明本文提出的设计方法是可行的。     

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。