基于GNSS/ODO的列车定位方法研究

摘要

列车实时定位是列车控制系统的重要组成部分，基于多传感器融合的列车组合定位方法是提高列车定位精度和可靠性的有效途径，将GNSS技术引入到现有的基于里程计(ODO)的列车定位方法中能够减少里程计单独定位时的误差，提高定位系统的性能，并以较低的成本实现列车的精确定位。研究基于GNSS/ODO的列车定位方法具有重要的实际意义。 论文首先详细地分析了GNSS和ODO在列车定位中的精度以及误差来源，在此基础上开发了一种以嵌入式处理器为核心的基于GNSS/ODO的列车定位系统，该系统可以进行基于GNSS/ODO的列车定位信息采集、信息同步、信息记录和信息融合。论文采用了一种车轮空转滑行检测算法，通过测量GPS与ODO加速度变化量的差值能够有效地检测出车轮的空转滑行；提出了一种基于GPS定位的车轮轮径自动校准的算法，该算法通过GPS的精准定位修正系统中的轮径值，将轮径误差修正到1％以下；提出了一种GNSS/ODO列车组合定位信息融合算法，该算法利用“当前”统计模型下的卡尔曼滤波对GPS和ODO的定位信息进行了融合，有效地提高了列车定位的精度、稳定性和可用性。 论文利用基于GNSS/ODO的列车定位系统在北京铁路局三家店站进行了现场测试。在测试中模拟了车轮空转滑行、轮径值变化等情形，并对列车组合定位信息融合算法进行了测试。测试结果验证了算法的有效性，并从定位的精度、稳定性和可用性等几个角度对算法进行了评价。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1引言

1.1选题背景及意义

1.2列车定位技术研究现状

1.2.1基于里程计(ODO)的列车定位方法

1.2.2基于GNSS的列车定位方法

1.2.3基于组合导航的定位方法

1.3论文的主要工作

2基于GNSS/ODO的列车定位关键技术分析

2.1 GNSS定位性能分析

2.1.1定位精度静态测试

2.1.2定位精度动态测试

2.1.3可用性和连续性

2.2里程计(ODO)定位性能分析

2.2.1里程计误差来源分析

2.2.2里程计定位精度测试

2.3信息融合与卡尔曼滤波

2.3.1组合导航系统中的信息融合

2.3.2运动载体的数学模型

2.3.3离散型卡尔曼滤波法

3基于GNSS/ODO的列车定位系统硬件设计与实现

3.1系统总体方案设计

3.2系统硬件设计

3.2.1主处理器模块

3.2.2定位模块设计

3.2.3数据存储模块设计

3.2.4参考定位系统

3.2.5硬件抗干扰设计

3.2.6定位测试手推车设计

3.3系统硬件实现

4系统软件算法设计与实现

4.1软件总体结构设计

4.2定位信息采集方法及实现

4.2.1传感器信息同步设计

4.2.2定位信息采集流程

4.3数据处理算法设计与实现

4.3.1基于GPS的车轮空转滑行检测算法

4.3.2基于GPS的车轮轮径自动校准算法

4.3.3基于GPS/ODO的列车组合定位算法

4.4实际测试与效果分析

4.4.1测试环境与测试设备

4.4.2测试结果与算法验证

5结论与展望

5.1论文的主要工作与结论

5.2进一步的研究与展望

参考文献

作者简历