GPS辅助列车完整性检查的算法研究与实现

摘要

在低成本列车运行控制系统中，列车定位不再依赖于轨道电路，在该系统中，列车完整性检查成为保障列车安全运行的重要方面。GPS以其性能好、精度高、成本低的优势已在交通、测绘、军事等领域中得到广泛应用，因此将GPS技术应用于辅助列车完整性检查是一个新的值得研究的方向。 常规GPS定位要求观测4颗卫星才能定位，且对观测卫星的选择有一定的要求。而在GPS辅助列车完整性检查系统中，车尾的GPS天线只能安装在列车后部的车钩处，列车前进方向的GPS卫星信号被车厢遮挡，造成GPS定位条件不完备(观测卫星少于4颗或卫星位置差)，常规卫星定位方法受到限制，无法输出定位解算的结果。针对这一问题，本文提出在GPS不完备条件下三星定位辅助列车完整性检查的方法，该方法实现的关键技术是在不完备条件下的列车三星定位算法。不同于四星三维定位的传统模式，该方法利用站心坐标系建立原理，以能精确定位的车头为站心坐标系原点，建立坐标系，将车尾接收机以及三颗观测卫星投影在车头所在水平面上，实现三星二维定位模式；在观测卫星大于3颗的情况下，利用残差法对多卫星组合定位数据进行决策优化，得出列车车尾坐标，从而通过计算列车头尾的相对位置实现列车完整性的检查。 本论文对这种算法进行了详细的理论描述和数学推导，并设计实现了GPS列车完整性检查算法模拟软件。最后通过分析实地模拟列车完整性检查实验获得的数据，对算法进行验证，验证结果表明本论文提出的列车完整性检查算法满足列车完整性检查的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

1.1.2研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3论文内容简介

2 GPS定位及软件关键技术综述

2.1全球卫星定位系统

2.2 GPS伪距单点定位模型

2.2.1算法推导

2.2.2初始数据测量原理

2.2.3 GPS伪距单点定位主要误差

2.3 GPS坐标系的建立及坐标变换

2.3.1地心坐标系及坐标变换

2.3.2站心坐标系及坐标变换

2.4面向对象技术(Object-Oriented echnology)

2.4.1面向对象技术的基本概念

2.4.2软件开发工具

3基于坐标变换的GPS辅助列车完整性检查算法研究

3.1基于GPS的列车完整性检查基本原理

3.2基于站星坐标变换的辅助GPS三星定位算法

3.2.1定位算法的核心思想

3.2.2算法推导

3.2.3迭代法解三星伪距观测方程

3.2.4算法可行性分析

3.3定位决策算法

3.4列车完整性检查算法

3.5算法实现流程

4 GPS列车完整性检查算法模拟软件设计与实现

4.1 GPS列车完整性检查算法模拟系统结构设计

4.2软件功能

4.3开发平台选择

4.4软件运行流程

4.5软件总体框架设计

4.6系统各模块描述

4.6.1串行通信模块

4.6.2 NMEA0183数据提取模块

4.6.3列车完整性检查算法模块

4.6.4系统初始化模块

4.6.5系统信息显示模块

4.6.6各显示模块组合显示全景

5 GPS列车完整性检查算法验证

5.1实验设备

5.2实验设备的连接

5.2.1车头测量设备连接

5.2.2车尾测量设备连接

5.3初始数据及格式

5.4实验步骤

5.5初始数据提取和处理

5.6定位决策算法实验

5.7完整性检查实验

5.8实验结果分析

6结论与展望

6.1论文的主要工作与结论

6.2进一步的研究与展望

参考文献

作者简历