數(shù)字軌道地圖輔助的北斗-INS深組合列車(chē)定位方法研究.pdf

1、在列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地獲取列車(chē)位置和速度是至關(guān)重要的，列車(chē)定位信息的準(zhǔn)確與否將直接關(guān)系到列車(chē)的行車(chē)安全。隨著我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展完善以及為了提高我國(guó)鐵路交通系統(tǒng)的運(yùn)輸效率和安全性能，采用基于我國(guó)自主的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的列車(chē)組合定位將是我國(guó)列車(chē)定位系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向。在列車(chē)組合定位系統(tǒng)傳感器數(shù)量增多的情況下，需要考慮使不同來(lái)源的傳感器信息之間形成更為緊密的融合關(guān)聯(lián)，從而形成有效的功能整體，使定位單元輸出的定位結(jié)果更加精確

2、。
　　論文充分考慮北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)特性，結(jié)合列車(chē)組合定位的實(shí)際特點(diǎn)，著力解決基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多源信息融合實(shí)現(xiàn)列車(chē)安全定位的關(guān)鍵問(wèn)題。論文研究了北斗B1/B2頻點(diǎn)民用信號(hào)的捕獲、自適應(yīng)跟蹤算法;在多源組合模式的基礎(chǔ)上，研究了基于數(shù)字軌道地圖(Digital Track Map，DTM)輔助的北斗/INS深組合列車(chē)定位方法;研究了適用于深組合列車(chē)定位的CIF非線性濾波算法，并結(jié)合CIF濾波器易于實(shí)現(xiàn)傳感器實(shí)時(shí)擴(kuò)展的特性，

3、構(gòu)建了深組合列車(chē)定位系統(tǒng)故障檢測(cè)框架。
　　論文通過(guò)以下創(chuàng)新點(diǎn)，較好的解決了DTM輔助的北斗/INS深組合列車(chē)定位的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題:
　　(1)提出了基于簡(jiǎn)化差分相干積累的短時(shí)匹配濾波器和快速傅里葉變換（Short Time Matched Filter-Fast Fourier Transform，STMF-FFT）精捕獲算法。該算法提高北斗信號(hào)檢測(cè)信噪比，解決積分時(shí)間受限導(dǎo)致信號(hào)檢測(cè)信噪比降低的問(wèn)題，而且該算法便于硬件實(shí)現(xiàn)

4、且具有較高的捕獲精度;
　　(2)提出了基于新息協(xié)方差的雙濾波器北斗信號(hào)自適應(yīng)跟蹤算法。該算法能夠自適應(yīng)外界環(huán)境信號(hào)強(qiáng)度的變化，自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)環(huán)路等效噪聲帶寬，保證北斗接收機(jī)穩(wěn)定跟蹤信號(hào)，較好的解決了鐵路沿線面臨的北斗信號(hào)經(jīng)常受到衰減、折射等影響易使接收機(jī)環(huán)路失鎖的問(wèn)題;
　　(3)在基于新息協(xié)方差的雙濾波器北斗信號(hào)自適應(yīng)跟蹤算法基礎(chǔ)上，針對(duì)北斗/INS深組合列車(chē)定位系統(tǒng)，提出了DTM輔助北斗/INS的雙反饋跟蹤環(huán)路校正模型

5、。該模型在跟蹤通道內(nèi)采用基于雙濾波器的自適應(yīng)碼跟蹤和載波跟蹤閉環(huán)校正回路;通過(guò)將DTM觀測(cè)方程輔助到融合濾波器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)通道間碼跟蹤誤差修正和多普勒頻率誤差修正，克服了環(huán)路跟蹤精度和定位精度易受INS精度影響的問(wèn)題，進(jìn)一步增強(qiáng)了跟蹤通道間的正向輔助校正的作用，提高了環(huán)路的跟蹤性能，增強(qiáng)了深組合列車(chē)定位系統(tǒng)的定位精度;為了在列車(chē)組合定位過(guò)程中通過(guò)融合濾波器模型對(duì)地圖測(cè)繪誤差進(jìn)行消減，又提出了DTM輔助的北斗/INS深組合列車(chē)定位增廣狀態(tài)模型

6、;
　　(4)提出了基于CIF的深組合列車(chē)定位融合濾波算法，該算法具有較好的非線性估計(jì)精度，同時(shí)在計(jì)算復(fù)雜度不增加的情況下極易實(shí)現(xiàn)多傳感器觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)擴(kuò)展;結(jié)合CIF濾波器易于實(shí)現(xiàn)傳感器實(shí)時(shí)擴(kuò)展的特性，設(shè)計(jì)了深組合列車(chē)定位系統(tǒng)故障檢測(cè)框架。
　　為了更好的驗(yàn)證本文提出的方法，本文按照模塊化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了DTM輔助的北斗/INS深組合列車(chē)定位軟件，構(gòu)建了北斗、INS、DTM等多源傳感器的列車(chē)組合定位仿真系統(tǒng)，完成了定位傳感器