[發明專利]基于衛星定位的列車軌道占用檢測方法和裝置

有效

• 申請號: 201510088751.8
• 申請日: 2015-02-26
• 公開（公告）號: CN104760607B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 王劍;蔡伯根;劉江;上官偉;王忠立;鄭波;靳成銘
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: B61L21/06
• 分類號: B61L21/06
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所11255
• 代理人: 毛燕生

1.一種基于衛星定位的列車軌道占用檢測方法，其特征在于，包括：

列車頭部和尾部的衛星定位接收機接收衛星星歷數據和偽距數據，根據所述衛星星歷數據和偽距數據計算出所述列車的車頭和車尾的定位位置；

根據設定的定位漏檢率和誤檢率計算出所述列車的定位水平保護距離；

根據所述列車的定位水平保護距離，結合電子地圖將所述列車的車頭和車尾的定位位置映射在軌道線路上，得到所述列車在所述軌道線路上的占用區間；

所述的列車頭部和尾部的衛星定位接收機接收衛星星歷數據和偽距數據，根據所述衛星星歷數據和偽距數據計算出所述列車的車頭和車尾的定位位置，包括：

為了計算出列車的車頭位置或者車尾位置的定位點的三維位置(X_u，Y_u，Z_u)，在可見衛星中選擇至少四顆衛星進行偽距測量，產生偽距方程組：

ρ_i＝||s_j-u||+ct_u,其中s_j表示衛星位置信息，u表示接收機位置信息，c為光速常量，t_u為信號從衛星與接收機時鐘鐘差；

所述偽距方程組展開得到：

${\mathrm{\ρ}}_1=\sqrt{{(x_1-x_u)}^2+{(y_1-y_u)}^2+{(z_1-z_u)}^2}+{\mathrm{ct}}_u$

${\mathrm{\ρ}}_2=\sqrt{{(x_2-x_u)}^2+{(y_2-y_u)}^2+{(z_2-z_u)}^2}+{\mathrm{ct}}_u$

${\mathrm{\ρ}}_3=\sqrt{{(x_3-x_u)}^2+{(y_3-y_u)}^2+{(z_3-z_u)}^2}+{\mathrm{ct}}_u$

${\mathrm{\ρ}}_4=\sqrt{{(x_4-x_u)}^2+{(y_4-y_u)}^2+{(z_4-z_u)}^2}+{\mathrm{ct}}_u$

ρ_j指第j顆衛星的偽距，x_j、y_j、z_j指第j顆衛星的三維位置，t_u列車車頭位置或者車尾位置安裝的衛星定位接收機的鐘差；

通過線性迭代方法來求解所述偽距方程組，得到所述列車的車頭位置或者車尾位置的定位點的三維位置(X_u，Y_u，Z_u)；

所述的通過線性迭代方法來求解所述偽距方程組，得到所述列車的車頭位置或者車尾位置的定位點的三維位置(X_u，Y_u，Z_u)，包括：

設偏移量(Δx_u,Δy_u,Δz_u)表示所述列車的車頭位置或者車尾位置的定位點的真實位置(x_u,y_u,z_u)與定位點近似位置之間的偏差；

所述近似位置的初始值設置為(0.0.0)，通過迭代運算求出近似位置的最終值，將所述偽距方程組在近似位置處按泰勒級數展開，得到用已知坐標和偽距測量的線性函數表示的位置偏移量(Δx_u,Δy_u,Δz_u)，求得結果如下：

Δρ＝HΔx

即

Δx＝H^-1Δρ

其中

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\ρ}=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_1\\ {\mathrm{\Δ\ρ}}_2\\ {\mathrm{\Δ\ρ}}_3\\ {\mathrm{\Δ\ρ}}_4\end{array}\right],H=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{x1}& a_{y1}& a_{z1}& 1\\ a_{x2}& a_{y2}& a_{z2}& 1\\ a_{x3}& a_{y3}& a_{z3}& 1\\ a_{x4}& a_{y4}& a_{z4}& 1\end{array}\right],\mathrm{\Δ}x=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{x}_u\\ {\mathrm{\Δy}}_u\\ {\mathrm{\Δz}}_u\\ -{\mathrm{c\Δt}}_u\end{array}\right]$

Δρ表示偽距殘差，Δρ_i(i＝1,2,3,4)表示與衛星i有關的偽距殘差，Δt_u為衛星與接收機鐘差偏差，所述a_xj,a_yj,a_zj表示由所述列車的車頭位置或者車尾位置的定位點的近似位置指向第j顆衛星的單位矢量的方向余弦，通過獲取不少于4顆衛星的偽距信息和星歷信息，利用上述方程通過迭代運算求解出4個未知量Δx_u,Δy_u,Δz_u,Δt_u來，并求解出近似位置的最終值；

根據所述偏移量(Δx_u,Δy_u,Δz_u)和近似位置的最終值，計算出所述列車的車頭位置或者車尾位置的定位點的真實位置(x_u,y_u,z_u)；

所述的根據設定的定位漏檢率和誤檢率計算出所述列車的定位水平保護距離，包括：

考慮測量噪聲的線性化測量方程如下所示：

y＝Hx+ε

其中,y表示偽距測量值，H表示雅克比矩陣，ε是n×1測量誤差矢量，n表示偽距測量個數；

對所述線性關聯矩陣H進行QR分解得到奇偶變換矩P；

計算出與所選取的每顆衛星線性關聯的斜率SLOPE(i)：

$SLOPE\left(i\right)=\sqrt{A_{1i}^2+A_{2i}^2}/\sqrt{S_{ii},}i=1,2,...,n$

式中，A_mi為矩陣A中第m行第i列元素，且A≡(H^TH)^-1H^T，S_ii為矩陣S中第i行第i列元素，且S＝P^TP，n表示偽距測量個數；

SLOPE_max為所選取的衛星線性關聯的最大斜率；

計算

$f_{cent}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}\[x^{\left(\right(k/2)-1)}{e}^{-x/2}\]/\[2^{k/2}\mathrm{\Γ}(k/2)\],& x\>0\\ 0,& x\≤0\end{array}\right.$

${\∫}_x^{\mathrm{\∞}}{f}_{cent}\left(x\right)=p_{FA}$

上述公式中的x為檢測門限，Γ是伽馬函數，自由度k＝可見衛星數-4，f_cent(x)為中心χ²密度函數，p_FA為設定的誤檢概率；

計算

$f_{N.C.}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}\[e^{-(x+\mathrm{\λ})/2}/2^{k/2}\]\underset{j=0}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}\{{\mathrm{\λ}}^j{x}^{(k/2)+j-1}/\[\mathrm{\Γ}\left(\right(k/2)+j)\·2^{2j}\·j!\]\},& x\>0\\ 0,& x\≤0\end{array}\right.$

${\∫}_0^X{f}_{N.C.}\left(x\right)=P_{md}$

上述公式中的f_N.C.(x)為非中心χ²密度函數，x為檢測門限，j為整數，P_md為設定的定位漏檢率，λ為非中心χ²密度函數的非中心參量，

計算出臨界偏差記pbias：

$pbias={\mathrm{\σ}}_{UERE}\sqrt{\mathrm{\λ}}$

所述λ是非中心χ²密度函數的非中心參量，所述σ_UERE是設定的衛星偽距測量誤差的標準差；

所述列車的定位水平保護距離HPL的計算公式如下：

HPL＝SLOPE_max×pbias。