[發明專利]一種列車定位的方法和系統

有效

• 申請號: 201910175265.8
• 申請日: 2019-03-08
• 公開（公告）號: CN109781098B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 陳光武;李文元;楊菊花;邢東峰;程鑒皓
• 申請（專利權）人: 蘭州交通大學;陳光武
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20;G01S19/49;G01S19/50
• 代理公司: 北京伊諾未來知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11700
• 代理人: 李戍

本發明提供一種列車定位的方法及系統，包括：步驟1獲取導航測量數據，建立測量值變量；步驟2建立系統狀態量；步驟3對濾波器的濾波狀態初始化；步驟4對系統狀態量進行時間更新；步驟5構造實際觀測值和預測觀測值的誤差值方程；步驟6更新濾波器的狀態向量與方差。最后，將步驟6的計算結果輸出至導航計算機。本發明提出的引入滑模觀測器的GPS/INS組合導航濾波方法不僅能夠在衛星信號良好的情況下獲得準確的定位信息，而且能夠在衛星信號異常的條件下提供較高精度的定位結果。

技術領域

本發明涉及導航技術領域，具體的說是一種列車定位的方法和系統。

背景技術

列車控制系統的發展方向是基于通信的列車控制系統，同時，列車的速度與位置是列控系統的重要信息。基于通信的列車定位系統也需要更精確可靠、更低成本的列車定位系統。目前現有的列車定位方法主要有以下幾種：里程計、查詢應答器、多普勒雷達、軌道電路。其中里程計成本低，位置通過速度積分獲得，存在誤差積累；多普勒雷達主要用于測速，精度較高，但測量精度受車速影響較大，成本也較高；地面上大量鋪設應答器與軌道電路用以消除定位累積誤差，同時需要在列車上增加相應的接收裝置，但需要大量的成本，且地面設備需要定期維修，維修工程量大，效率低。隨著我國北斗三號基本系統建成，我國自主研制的北斗衛星導航系統開始為全球提供導航定位服務。開展衛星導航系統的鐵路應用，研究基于北斗導航的無縫組合定位技術，對未來新一代列控系統具有重大意義。

衛星單點定位方式精度易受環境影響，在有遮擋物遮擋與多徑效應情況下，定位信號受到影響導致精度低，效果差，采用載波相位實時差分技術能夠消除大部分定位誤差，提高系統精度。然而，動車組運行環境多變，在隧道內、山谷中等一些衛星信號失鎖的情況時，定位精度還是會下降。慣性導航是一種完全自主、不依賴外界信號，根據自身運動信息進行航位推算的導航方式，因此，衛星/慣導組合導航方式能夠融合兩種導航方式的優點，克服各自的缺點，是現在主要的導航方式。

通常，采用擴展卡爾曼濾波(Extended Kalman Filter,EKF)算法實現GPS/INS組合導航系統數據融合。擴展卡爾曼濾波是一種函數近似法。先通過系統模型初步估計目標狀態，再結合測量值對初步估計進行修正得到最優估計。EKF圍繞狀態估計值對非線性模型進行一階泰勒級數展開，從而把非線性問題轉換為線性處理。因為EKF具有簡單易于實現的優點，在傳感器數據融合方面得到廣泛應用。

但EKF算法也存在一些不足。首先，線性化引起高階項截斷誤差對濾波精度有影響，在強非線性情況下會產生較大估計誤差。并且，系統噪聲的不確定性及誤差模型擾動等都會影響濾波精度。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種列車定位的方法和系統，引入滑模觀測器的GPS/INS組合導航濾波方法，提高了系統定位精度、可靠性和安全性。

為達到上述目的，本發明通過以下技術方案來具體實現：

一種列車定位的方法，包括

步驟(1)、獲得導航測量數據，并以此為基礎變量建立測量值變量u，

其中，λ,L,h表示載體經度、緯度和高度；V_E,V_N,V_U表示載體東、北、天方向上的速度；表示載體的橫滾角、俯仰角與航向角；

步驟(2)、獲得變量的誤差數據，并以此建立狀態參數x，