列车组合定位系统多传感器信息预处理技术研究

摘要

实时的列车位置信息是列车运行控制的基础，而列车组合定位方法是提高列车定位精度和可靠性的重要途径。多传感器的信息同步程度以及惯性传感器的噪声干扰是影响定位精度的重要原因。为了保证组合定位信息融合算法的正确有效以及对不同的融合算法做比较和评估，必须对多传感器信息的预处理方法进行研究。 本论文首先研究了惯性传感器(陀螺仪、加速度计等)数据的传输以及解算延迟问题，并对这些延迟进行了补偿，在此基础上对不同传感器组合进行了同步处理，实现了GPS/GPS、GPS/IMU、GPS/ODO之间的信息同步；论文对不同的信号降噪方法进行了对比，根据列车定位传感器的信号特点，确定采用小波分析的方法来处理传感器噪声干扰；在比较几种不同小波基函数降噪效果的基础上，论文采用db4小波多层分解的方法对惯性传感器进行降噪滤波；根据信号和噪声在不同尺度上的传播特性：信号随尺度的增加而加强，而噪声随尺度的增加而减弱，论文提出了一种改进的Donoho阈值规则，在不同的尺度使用不同的阈值；论文所采用的数据重构方法可为不同融合算法的分析和比较提供更为可靠的数据源。 以ARM7处理器为核心开发了一种基于全球卫星定位系统(GPS)、惯性测量单元(IMU)以及里程计(ODO)的通用列车组合定位系统数据采集和预处理的实验平台。为了验证本文所提出的信息同步及信号降噪方法的有效性，利用该平台在北京局三家店调车场和青藏线玉珠峰．昆仑山隧道段进行了现场测试，并对采集的数据进行了Matlab仿真。结果表明，在使用相同的融合算法时，经过本文所提出的信息同步和信号降噪滤波处理，可以有效提高列车组合定位的精度和稳定性。

目录

文摘

英文文摘

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致谢

1引言

1.1选题背景和意义

1.2列车定位传感器信息预处理发展现状

1.3信号降噪主要方法比较与选择

1.3.1信号降噪方法比较

1.3.2传感器信号降噪方法选择

1.4论文的主要工作

2列车组合定位传感器选择和小波降噪原理

2.1列车组合定位传感器介绍

2.1.1全球导航卫星系统(GNSS)

2.1.2惯性传感器

2.1.3其它列车定位传感器

2.2列车定位传感器组合选择

2.3小波变换

2.3.1连续小波变换

2.3.2离散小波变换

2.4小波降噪

2.4.1小波变换降噪基本原理

2.4.2小波分析降噪基本步骤

2.4.3小波降噪关键技术

2.5本章小结

3传感器误差分析及信息同步

3.1传感器误差分析

3.1.1加速度计误差分析

3.1.2陀螺仪误差分析

3.1.3 GPS误差分析

3.2多传感器信息同步

3.2.1 GPS/GPS同步

3.2.2 GPS/IMU同步

3.2.3 GPS/ODO同步

3.3本章小结

4列车组合定位信息采集平台实现

4.1系统结构设计

4.2信息采集平台硬件介绍

4.2.1嵌入式处理器(ARM7)

4.2.2传感器模块

4.2.3存储模块

4.2.4参考系统

4.3信息采集平台软件介绍

4.3.1软件系统结构设计

4.3.2软件流程

4.4信息采集平台工作模式

4.5本章小结

5小波降噪效果实测验证及分析

5.1惯性传感器小波降噪效果验证

5.1.1陀螺仪小波降噪效果验证

5.1.2加速度计小波降噪效果验证

5.2定位平台实测效果分析

5.2.1现场测试环境

5.2.2定位稳定性分析

5.2.3定位精度分析

5.3本章小结

6结论及建议

6.1论文所做的工作

6.2今后的研究方向

参考文献

作者简历