發(fā)布時(shí)間：2020-10-24 16:10

　　 近年來,隨著城市的快速發(fā)展和城市人口的不斷增加,加之城市中汽車保有量的持續(xù)上升所造成的道路交通擁擠、環(huán)境污染問題日益突出。為解決上述問題,大力發(fā)展新型環(huán)保、載客量大的城市軌道交通就成為了必然的趨勢(shì)�，F(xiàn)代有軌電車以其投資少、建設(shè)周期短、運(yùn)載量較大和高舒適度等優(yōu)點(diǎn),成為中小城市客運(yùn)、大城市軌道交通延伸和補(bǔ)充的重要選擇。要想保證有軌電車的運(yùn)行控制系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)、色燈信號(hào)系統(tǒng)等能夠?qū)崿F(xiàn)安全與高效的運(yùn)行,就必須為現(xiàn)代有軌電車提供實(shí)時(shí)、可靠、高精度的列車位置信息。因此,對(duì)現(xiàn)代有軌電車定位技術(shù)的研究具有重要的實(shí)際意義。單一定位技術(shù)的定位精度有限,提高其定位精度花費(fèi)巨大,而基于多傳感器的組合定位技術(shù)能夠發(fā)揮其各自的優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。本文正是基于上述組合定位技術(shù)的思想,將GPS(Global Positioning System,全球定位系統(tǒng))和INS(Inertial Navigation System,慣性導(dǎo)航系統(tǒng))綜合起來設(shè)計(jì)一種適用于現(xiàn)代有軌電車的組合定位系統(tǒng)。論文主要從現(xiàn)代有軌電車組合定位方式入手,選取適當(dāng)?shù)膫鞲衅?設(shè)計(jì)組合定位模型,并著重研究適用于有軌電車組合定位的信息融合方法。在研究分析目前所使用的各導(dǎo)航系統(tǒng)性能、特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,論文選取GPS和INS作為現(xiàn)代有軌電車組合定位系統(tǒng)的子導(dǎo)航系統(tǒng)。在建立GPS/INS組合定位模型時(shí),根據(jù)城市軌道實(shí)際工況,對(duì)INS進(jìn)行了簡(jiǎn)化,組合方式釆用位置、速度組合模式。論文分析了目前組合導(dǎo)航系統(tǒng)中所使用的數(shù)據(jù)融合算法,在總結(jié)常規(guī)Kalman濾波算法和H_∞濾波算法不足的基礎(chǔ)上,提出了一種基于強(qiáng)跟蹤特性的H_∞濾波算法,并將仿真結(jié)果與常規(guī)Kalman濾波法、H_∞濾波法的仿真結(jié)果做對(duì)比,得出結(jié)論,驗(yàn)證了改進(jìn)的H_∞濾波算法相對(duì)于常規(guī)Kalman濾波算法和H_∞濾波算法能獲得更好的濾波效果。為進(jìn)一步提高現(xiàn)代有軌電車定位精度,在GPS/INS組合定位結(jié)構(gòu)中繼續(xù)融入感應(yīng)環(huán)線,以修正定位信息。本文在分析感應(yīng)環(huán)線設(shè)置位置及定位性能的基礎(chǔ)上,針對(duì)現(xiàn)代有軌電車運(yùn)行環(huán)境的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了修正后的有軌電車定位總體結(jié)構(gòu)。另外采用改進(jìn)的H_∞濾波算法在GPS/INS/感應(yīng)環(huán)線組合條件下進(jìn)行仿真,結(jié)果表明該修正后的結(jié)構(gòu)定位效果更優(yōu)。
【學(xué)位單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：U492.433
【部分圖文】：

(a) 通過平交路口圖 (b) 正線運(yùn)行圖圖 1.1 蘇州高新區(qū)有軌電車 1 號(hào)線實(shí)景圖(2) 與城市軌道交通中的地鐵、輕軌相比，現(xiàn)代有軌電車網(wǎng)的建設(shè)周期短，建設(shè)成本低廉；(3) 現(xiàn)代有軌電車的調(diào)度指揮系統(tǒng)和色燈信號(hào)系統(tǒng)，需要獲得實(shí)時(shí)、精確的電車位置信息，對(duì)全線的有軌電車進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)度指揮和交叉路口優(yōu)先權(quán)的設(shè)置；(4) 由于現(xiàn)代有軌電車在部分路段與社會(huì)車輛混合行駛，需要適當(dāng)降低軌旁設(shè)備的使用率。由于在軌道交通行業(yè)中永遠(yuǎn)都是把安全放在首位的，現(xiàn)代有軌電車與其他的軌道交通工具一樣，都是在保證安全的基礎(chǔ)上來提高運(yùn)行速度的。有軌電車是其運(yùn)行控制系統(tǒng)的被控對(duì)象，為了能夠有效地對(duì)其進(jìn)行控制，必須實(shí)時(shí)掌握有軌電車的位置、速度等信息。色燈信號(hào)系統(tǒng)可以根據(jù)有軌電車實(shí)時(shí)的位置信息為其設(shè)置交叉路口優(yōu)先通過權(quán)，而地面控制中心則可利用電車實(shí)時(shí)的位置信息對(duì)其進(jìn)行間隔控制，確保有軌電車的安全。由此可見，能夠獲得精確的位置信息是保證有軌電車安全、高效運(yùn)行的先決條件。當(dāng)前，現(xiàn)代有軌電車采用與傳統(tǒng)鐵路相類似的定位技術(shù)，主要有軌道電路、查詢/應(yīng)答器、

圖 2.8 GPS 衛(wèi)星空間分布示意圖 圖 2.9 GPS 地面監(jiān)控站(3) 用戶部分由圖 2.7 可知，GPS 用戶部分主要包括 GPS 信號(hào)接收機(jī)和信號(hào)接收天線。GPS 信號(hào)接收機(jī)主要用來跟蹤和獲取待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，并進(jìn)一步測(cè)量出信號(hào)的傳播時(shí)間，最終實(shí)時(shí)計(jì)算出測(cè)量站的三維位置、三維速度和時(shí)間。2.3.2 GPS 定位系統(tǒng)的工作原理GPS 定位采用的是空間后方交會(huì)的基本原理。衛(wèi)星通過連續(xù)不斷地發(fā)送自身的位置、時(shí)間等信息，當(dāng) GPS 信號(hào)接收機(jī)用戶捕獲到這些信息后，測(cè)量得到 GPS 接收機(jī)與衛(wèi)星之間的偽距，從而得到用戶所需要的各種信息。由數(shù)學(xué)知識(shí)可知，計(jì)算求解用戶的三維位置信息時(shí)，通過這樣的 3 顆衛(wèi)星即能解算出，但是，通常 GPS 信號(hào)接收機(jī)與 GPS定位系統(tǒng)時(shí)鐘不同步，存在一定的時(shí)間差，因此，還需要第 4 顆衛(wèi)星來計(jì)算未知參數(shù)時(shí)間差。由上述分析可知，為了確定待定點(diǎn)的三維坐標(biāo) (x , y , z)和時(shí)間差 t ，需要測(cè)定 4個(gè)衛(wèi)星到待定點(diǎn)的偽距i ，即 c t (2.15)

圖 2.8 GPS 衛(wèi)星空間分布示意圖 圖 2.9 GPS 地面監(jiān)控站(3) 用戶部分由圖 2.7 可知，GPS 用戶部分主要包括 GPS 信號(hào)接收機(jī)和信號(hào)接收天線。GPS 信號(hào)接收機(jī)主要用來跟蹤和獲取待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，并進(jìn)一步測(cè)量出信號(hào)的傳播時(shí)間，最終實(shí)時(shí)計(jì)算出測(cè)量站的三維位置、三維速度和時(shí)間。2.3.2 GPS 定位系統(tǒng)的工作原理GPS 定位采用的是空間后方交會(huì)的基本原理。衛(wèi)星通過連續(xù)不斷地發(fā)送自身的位置、時(shí)間等信息，當(dāng) GPS 信號(hào)接收機(jī)用戶捕獲到這些信息后，測(cè)量得到 GPS 接收機(jī)與衛(wèi)星之間的偽距，從而得到用戶所需要的各種信息。由數(shù)學(xué)知識(shí)可知，計(jì)算求解用戶的三維位置信息時(shí)，通過這樣的 3 顆衛(wèi)星即能解算出，但是，通常 GPS 信號(hào)接收機(jī)與 GPS定位系統(tǒng)時(shí)鐘不同步，存在一定的時(shí)間差，因此，還需要第 4 顆衛(wèi)星來計(jì)算未知參數(shù)時(shí)間差。由上述分析可知，為了確定待定點(diǎn)的三維坐標(biāo) (x , y , z)和時(shí)間差 t ，需要測(cè)定 4個(gè)衛(wèi)星到待定點(diǎn)的偽距i ，即 c t (2.15)
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2854687