列车群卫星定位轨迹仿真系统研究

摘要

列车的定位技术能够实时、正确的获得列车的定位信息，保障列车高效、安全的运行。基于全球卫星导航系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)的列车定位技术，能够削减轨旁的装置设备，因其以较低的成本达到互操作性和安全性的目标而获得了很大的发展。国内外许多研究机构都致力于将基于GNSS的列车定位技术应用于铁路信号等安全苛求系统中，这些安全苛求系统在真正应用到现场前，必须进行大量的测试。因此存在测试需求，需要进行合理的测试。其中测试需求包括对固定点进行单点测试，多个点的不中断测试、路线的反复测试，这些测试工作在铁路现场中都会被一些客观条件所限制。为了实现对实际测试环境的模拟，克服现场实验周期场景设计难等缺点，并且为了缩小系统设计、开发与测试的成本和时间，对列车群卫星定位轨迹的仿真是很有必要的。传统的仿真技术不能实现多车、多线路、多场景的数据仿真，本文的研究内容是开发列车群卫星定位轨迹仿真系统，从而实现多车、多线路、多场景卫星定位数据仿真，为其他各类系统的测试与开发以及有关算法的研究给予数据支持。
　　本文通过仿真列车运行图，生成相应的控制策略，并且根据星历数据、站场静态数据及数字轨道地图数据提供的数据支持仿真出逼真的列车运行轨迹及列车运行状态，并实时的生成相应格式的GNSS卫星定位数据。列车运行图的仿真主要以站场信息数据和运行计划数据作为数据输入，并且实现生成列车运行图的功能，这里指计划运行图。列车运行轨迹模块根据列车运行图生成的控制策略生成列车的运行规律，并在GIS(地理信息系统)上显示列车的运行轨迹。站场占用状态的显示主要根据站场信息数据以及列车运行轨迹模块生成的走形路径和获得的列车运行的当前位置信息对进路选择情况和站场占用状态进行标识。可见卫星数是列车卫星定位数据的重要指标之一，本文采用基于星历数据的卫星可见性计算方法，实现了可见卫星数的计算，以及可见卫星的可视化。列车速度曲线的仿真包括列车的理想速度曲线的仿真和列车的实际速度曲线的仿真，并能实时的根据仿真进程实时刷新。
　　最后，本设计在Microsoft Visual Studio2010环境下采用C＃语言对列车群卫星定位数据仿真系统进行了开发，通过采用晋煤集团铁运公司在铁路现场实际测得的数据作为数字轨道地图数据对仿真系统的性能进行了测试，达到了预期的验证结果。此仿真系统在兼容性、可扩展性和功能性方面都取得了较好的效果。并且，列车群卫星定位轨迹仿真系统已经应用在“列车追踪接近预警系统研究”项目及“GNSS测速测距单元”项目中，作为数据来源，为系统提供各类测试数据。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 列车运行图仿真系统的研究现状

1．2．2 列车运行轨迹仿真研究现状

1．2．3 站场状态仿真研究现状

1．2．4 卫星定位数据仿真研究现状

1．3 论文结构安排

2 列车群卫星定位轨迹仿真系统关键技术

2．1 GNSS空间坐标系及定位原理

2．1．1 GNSS定位的空间坐标系统

2．1．2 GNSS伪距导航定位原理

2．2 卫星轨道计算

2．2．1 卫星定位算法研究

2．2．2 基于BDS／GPS星历卫星可见性计算

2．3 基于邻接表的进路搜索算法研究

3 列车群卫星定位轨迹仿真系统设计及实现

3．1 列车群卫星定位轨迹仿真系统需求分析

3．2 列车群卫星定位轨迹仿真系统总体设计

3．2．1 基本设计概念和处理流程

3．2．2 相关接口设计

3．3 列车群卫星定位轨迹仿真系统仿真实现

3．3．1 列车运行图模块仿真实现

3．3．2 列车运行轨迹模块仿真实现

3．3．3 可见卫星显示模块仿真实现

3．3．4 站场占用显示模块仿真实现

3．3．5 列车速度曲线显示模块仿真实现

3．3．6 NMEA数据显示模块仿真实现

4 列车群卫星定位轨迹仿真系统仿真测试及应用

4．1 仿真系统测试

4．1．1 测试环境搭建及数据验证

4．1．2 仿真软件功能测试

4．2 仿真系统应用

5 结论

5．1 论文的主要工作和结论

5．2 研究中的不足与展望

参考文献

图索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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