[發明專利]自適應容錯的列車組合定位方法

有效

• 申請號: 201811514643.2
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN109471143B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 姜維;劉丹;蔡伯根;王劍;上官偉;劉江;陸德彪
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01S19/47
• 分類號: G01S19/47
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

1.一種自適應容錯的列車組合定位方法，其特征在于，包括：

采用基于偽距/偽距率的GNSS/INS緊組合列車組合導航定位方法解算出融合后的列車位置和速度，并計算出量測矩陣和量測噪聲協方差；

根據所述量測矩陣、量測噪聲協方差和接收機實際的量測值計算出檢驗統計量，設定檢驗門限；

將所述檢驗統計量與所述檢驗門限進行比較，根據比較結果確定系統是否存在故障，當判斷存在小故障衛星后，通過自適應容錯方法對所述融合后的列車位置和速度進行調整；

所述的采用基于偽距/偽距率的GNSS/INS緊組合列車組合導航定位方法解算出融合后的列車位置和速度，并計算出量測矩陣和量測噪聲協方差，包括：

設定系統狀態包括列車姿態誤差、列車位置誤差、列車速度誤差、陀螺儀誤差、加速度計誤差、接收機鐘差和鐘漂，系統狀態向量X(t)為：

其中，(δr_E，δr_N，δr_U)表示列車位置誤差，(δv_E，δv_N，δv_U)表示列車速度誤差，表示列車姿態誤差，表示陀螺儀測量的角速度誤差，(ε_x，ε_y，ε_z)表示加速度計測量的加速度誤差，dt表示衛星接收機的鐘差，表示衛星接收的鐘漂；

將衛星的GNSS原始偽距與INS解算的偽距進行比較得到偽距差值，將衛星的GNSS原始偽距率與INS解算的偽距率進行比較得到偽距率差值，進而得到系統的量測向量Z為：

其中：ρ表示GNSS原始偽距量測，表示GNSS原始偽距率量測，表示INS解算的衛星到列車的幾何距離，表示INS解算的衛星到列車的幾何距離變化率，n表示可見衛星數；

將所述偽距差值、偽距率差值作為量測輸入，通過卡爾曼濾波處理解算出融合后的列車位置和速度，系統的量測矩陣H為：

其中：c表示光速；D_n×3表示從衛星到列車接收機的方向余弦矩陣，O_n×3表示一個n行3列的零矩陣，O_n×9表示一個n行9列的零矩陣，O_n×1表示一個n行1列的零矩陣，I_n×1表示一個n行1列的單位矩陣；

量測噪聲的協方差為：

所述的根據所述量測矩陣、量測噪聲協方差和接收機實際的量測值計算出檢驗統計量，確定檢驗門限，包括：

根據接收機實際的列車位置和速度的量測值與采用基于偽距/偽距率的GNSS/INS緊組合列車組合導航定位方法預測的列車位置和速度的量測值，計算得到量測新息r(k)：

其中：Z(k)表示實際的量測值，表示預測的量測值；

量測新息r(k)的理論協方差矩陣A(k)的計算如下所示：

A(k)＝E[r(k)r(k)^T]＝H(k)P(k/k-1)H(k)^T+R(k)

其中：目(k)表示量測矩陣，P(k/k-1)表示預測狀態誤差的協方差矩陣，R(k)表示量測噪聲的協方差矩陣，k表示時間單位；

構建檢驗統計量t_test如下所示：

t_test＝r(k)^TA(k)^-1r(k)

設定檢驗門限T_d為：

T_d＝f(χ²，P_FA/n)

其中：n表示自由度，由可見衛星數決定，P_FA表示誤警率；

χ²為表示卡方分布；

所述的將所述檢驗統計量與所述檢驗門限進行比較，根據比較結果確定系統是否存在故障，包括：

將檢驗統計量與檢驗門限進行比較，如果檢驗統計量大于檢驗門限，則判斷系統存在故障；反之，判斷系統正常；

當判斷系統存在故障后，繼續判斷故障類型，判斷過程如下：

量測新息的實際協方差矩陣計算如下：

其中：r(i)表示量測新息向量的第i個元素；

故障因子c₁和c₂計算如下所示：

其中：σ_min表示量測故障的最小值，σ_max表示量測故障的最大值，δ_min表示量測的最小誤差，δ_max表示量測的最大誤差；

故障分類條件如下所示：

其中：[i，i]表示A[k]矩陣中的第i行i列；

當所述判斷式1成立，則說明k時刻第i個衛星存在故障，且故障類型為小故障；當所述判斷式1不成立，則說明k時刻第i個衛星存在故障，且故障類型為大故障

所述的當判斷存在小故障衛星后，通過自適應容錯方法對所述融合后的列車位置和速度進行調整，包括：

如果判斷系統的故障類型是大故障，則刪除大故障衛星，采用歷元的剩余正常衛星解算列車的位置和速度；

如果判斷系統的故障類型是小故障，自適應調整因子λ(k)[i]的計算如下：

自適應調整后的量測噪聲協方差矩陣如下所示：

進一步計算得到新的濾波增益

基于計算得到的新的濾波增益采用下述計算公式計算自適應調整后的列車的估計狀態，該估計狀態包括列車的位置、速度、姿態、加速度計和陀螺儀的偏移