【摘 要】
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高速铁路快速发展,传统依赖地面设备的列车定位方式正在向“车载中心化”的列车自主连续定位转变,基于全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)与惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)的列车组合定位方式是下一代列车运行控制系统的研究方向。利用列车运行“轨道约束,给定交路”的特征,研究复杂铁路场景下组合定位算法的
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高速铁路快速发展,传统依赖地面设备的列车定位方式正在向“车载中心化”的列车自主连续定位转变,基于全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)与惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)的列车组合定位方式是下一代列车运行控制系统的研究方向。利用列车运行“轨道约束,给定交路”的特征,研究复杂铁路场景下组合定位算法的精度适应性以及完好性监测算法正确性和可用性具有重要意义。首先,论文研究了基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)算法的加权紧组合定位算法;其次,研究了面向铁路应用卫星观测质量快速变化的惯导辅助完好性监测算法,提高完好性监测算法在铁路场景下的正确性和可用性;最后,为有效评估完好性监测算法的可用性性能,研究了数字轨道地图(Digital Track Map,DTM)辅助的完好性监测可用性判别方法。论文主要研究内容如下:(1)研究了基于EKF的GNSS/INS加权紧组合定位算法,利用卫星仰角和载噪比伪距误差估计模型建立加权矩阵,合理分配卫星观测量在定位解算中的权重,提高算法定位精度及鲁棒性;(2)针对可见卫星数充足的观测场景,在IAIM(INS Assisted Integrity Monitoring,IAIM)算法的基础上优化,提出了基于加权EKF的WIAIM(Weighted INS Assisted Integrity Monitoring,WIAIM)算法;针对可见卫星数不足的观测场景,提出了基于Danish方法的抗差DAN-IAIM算法,通过对故障卫星的伪距观测误差再加权,一方面能够抵抗粗差导致的定位误差,另一方面能够保障可见卫星数不足条件下的观测冗余。(3)分析了完好性监测可用性判别方法的参数,提出了基于EKF新息的可用性优化判别方法;结合数字轨道地图,提出了DTM辅助的完好性监测可用性判别方法,将惯导解算的列车位置匹配至轨道,更精确的预测伪距值,提高了可用性判别性能。论文利用加权紧组合定位算法对京沈高铁试验线采集的实测数据进行处理,评估了定位精度及算法鲁棒性。通过实测数据构造多组实验场景,对比分析了完好性监测算法及其可用性判别方法的性能。实验结果表明,基于卫星仰角的加权紧组合定位算法定位精度提升了1.3米～2米,本文提出的两种完好性监测算法均能够准确检测并识别出单卫星和双卫星故障,DTM辅助的完好性监测可用性判别方法误警率较低,为铁路复杂场景下的列车定位精度及可用性提供了保障。图73幅,表17个,参考文献68篇。
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