基于北斗卫星系统的列车定位方法研究

摘要

列车控制系统需要可靠和精确的列车实时位置信息，以确保列车安全高效地运行。北斗卫星系统的建设对我国列车定位方式产生重要影响，因此基于北斗卫星的列车定位技术研究重点是提高定位结果的可靠性和精度。本文在北斗卫星系统定位理论的基础上，对北斗卫星列车定位算法进行了深入的研究，主要研究内容和创新点如下:
　　(1)针对北斗三频载波特点，研究了北斗载波相位的组合方式，提出了电离层残差法的组合方法，降低了电离层残差的影响;建立了北斗三频无距离无电离层组合及载波硬件延迟模型，提出了快速估算接收机载波硬件延迟的方法，有效消除了接收机硬件延迟对载波相位组合的影响。
　　(2)针对北斗卫星系统载波相位数据受观测误差、接收机钟跳及非线性误差的影响，提出了三种周跳探测与修复的方法。基于北斗三频相位组合减伪距周跳探测方法，降低了伪距测量误差对周跳探测的影响，提高了北斗卫星三频周跳探测分辨率;基于多观测方程融合周跳探测方法，融合了自适应卡尔曼滤波探测多个组合观测方程的结果，综合单频探测精度高、多频组合抗钟跳干扰的优点，提高了周跳探测的精度;基于自适应粒子滤波周跳探测方法，实时更新滤波模型系数，提高了非线性载波相位观测方程周跳探测的精度，具有初始化简单、收敛速度快的优点。
　　(3)针对列车定位精度的要求，提出了北斗卫星列车高精度单点定位算法。算法结合北斗卫星伪距无模糊度和载波相位精度高的特点，利用双频载波相位平滑伪距能够减小伪距观测噪声，消除电离层延迟，建立了估算北斗卫星码偏差模型，消除多种误差对定位的影响，从而提高单点定位精度。
　　(4)针对列车定位高可靠性的要求，提出北斗/GPS双模卫星单点定位的方法，有效增加卫星数据冗余度，改善了可见卫星的空间几何结构，建立加权完好性监测算法，有效剔除故障卫星，提高了定位结果的可靠性。
　　本文提出的理论和算法，通过北斗卫星系统和GPS实测数据的验证，有效地提高了北斗卫星系统列车定位的可靠性和精度。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 问题的提出

1．3 国内外研究现状

1．3．1 基于GPS列车定位原理与应用研究现状

1．3．2 GPS三频组合研究现状

1．3．3 GPS周跳探测研究现状

1．3．4 GNSS多模定位及完好性监测研究现状

1．4 论文研究内容

1．5 论文结构

2 北斗系统定位原理及方法

2．1 引言

2．2 全球导航卫星系统概况

2．3 北斗卫星载波相位和伪距观测方程

2．4 北斗卫星主要误差来源及消除方法

2．5 北斗卫星系统单点定位原理

2．6 数据计算及分析

2．7 本章小结

3 北斗卫星三频载波相位组合方式及应用研究

3．1 引言

3．2 北斗卫星三频载波组合电离层残差影响研究

3．2．1 北斗三频载波相位方程组合

3．2．2 载波相位组合电离层残差法组合

3．2．3 数据计算及分析

3．2．4 分析与结论

3．3 基于北斗卫星三频载波估算接收机硬件延迟方法

3．3．1 北斗卫星三频测相伪距组合

3．3．2 接收机三频载波相位组合硬件延迟估算

3．3．3 数据计算及分析

3．3．4 分析与结论

3．4 本章小结

4 北斗卫星载波相位周跳探测方法研究

4．1 引言

4．2 基于北斗卫星三频相位组合减伪距周跳探测方法

4．2．1 北斗卫星三频周跳探测原理

4．2．2 数据计算及分析

4．2．3 分析与结论

4．3 基于多观测方程融合的北斗卫星周跳探测方法

4．3．1 自适应卡尔曼滤波周跳探测和融合技术

4．3．2 多观测方程融合的北斗周跳探测算法

4．3．3 数据计算及分析

4．3．4 分析与结论

4．4 基于自适应粒子滤波的北斗卫星周跳探测方法

4．4．1 自适应粒子滤波

4．4．2 北斗卫星粒子周跳探测

4．4．3 数据计算及分析

4．4．4 分析与结论

4．5 分析及比较

4．6 本章小结

5 基于北斗卫星高精度单点列车定位方法研究

5．1 引言

5．2 北斗卫星载波相位平滑伪距

5．3 双频组合相位减伪距法周跳探测与修复

5．4 北斗卫星码偏差估算

5．5 北斗高精度单点定位流程

5．6 数据计算及分析

5．6．1 载波相位平滑伪距

5．6．2 北斗高精度定位数据解算

5．7 本章小结

6 基于北斗／GPS双模卫星系统的列车定位方法研究

6．1 引言

6．2 北斗／GPS双模卫星定位

6．2．1 北斗／GPS双模卫星定位方式

6．2．2 北斗／GPS双模卫星单点定位

6．3 北斗／GPS双模卫星加权完好性算法研究

6．3．1 列车定位系统完好性要求

6．3．2 北斗／GPS双模卫星定位完好性监测算法

6．3．3 北斗／GPS双模卫星加权算法

6．3．4 加权完好性算法

6．4 铁路现场实验及分析

6．4．1 基于完好性监测的双模单点定位

6．4．2 北斗／GPS双模卫星系统高精度静态单点定位

6．4．3 北斗／GPS双模卫星动态定位分析

6．5 本章小结

7 结论

7．1 总结

7．2 主要创新

7．3 展望

参考文献

附录A 广播星历计算卫星坐标公式推导

索引

作者简历

学位论文数据集