面向列控的列車精密單點定位方法
發(fā)布時間：2022-02-23 21:19
我國西部還存在大量的單線、雙線鐵路,運行速度在160 km/h以下,其中部分線路還沒有實現(xiàn)電氣化。隨著本地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平的提升,需要對線路及其列控系統(tǒng)進行升級改造。列車定位技術是列控系統(tǒng)的兩大核心技術之一,同目前基于差分衛(wèi)星導航的列車定位相比,精密單點定位（Precise Point Positioning,PPP）具有不需要地面參考基站輔助等優(yōu)勢。論文以面向列控系統(tǒng)列車定位應用的精密單點定位技術為研究對象,在兼容既有系統(tǒng)的前提下,以列控系統(tǒng)中的列車定位精度、可用性和安全性需求為優(yōu)化目標,結合精密單點定位精度高、收斂時間長等特點,研究精密單點定位技術在列車定位中的應用方案,保障列車定位的安全性和可用性,主要包括以下研究內容:（1）結合低密度線路對列車定位的需求,總結了基于衛(wèi)星導航的列控系統(tǒng)定位性能指標,提出了基于精密單點定位的列車定位方案,為解決基于PPP的列車定位單元安全性評估問題,采用PDS方法對所設計的列車定位單元建模,定量分析了結構性約束和診斷覆蓋率對列車定位單元安全完整性等級的影響。（2）為解決PPP在列車定位應用中面臨的空間信號完好性和定位精度問題,提出了一種基于最大偽距殘...
【文章來源】：北京交通大學北京市211工程院校教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：172 頁
【學位級別】：博士
【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 研究背景及意義
1.2 問題的提出
1.3 國內外研究現(xiàn)狀
1.3.1 精密單點定位技術發(fā)展概述
1.3.2 基于精密單點定位技術的組合定位濾波算法
1.3.3 精密單點定位中觀測量的定權
1.3.4 基于衛(wèi)星導航的列車定位應用研究
1.3.5 基于衛(wèi)星導航的列車定位關鍵技術研究
1.4 論文研究內容
1.4.1 論文研究思路
1.4.2 論文組織結構
2 精密單點定位原理及性能分析
2.1 觀測模型
2.1.1 消電離層組合
2.1.2 UofC組合
2.1.3 非差非組合
2.2 誤差模型
2.2.1 衛(wèi)星相關誤差
2.2.2 信號傳播過程相關的誤差
2.2.3 用戶接收機相關誤差
2.3 性能分析
2.3.1 雙頻消電離層組合性能分析
2.3.2 列車定位應用性能分析
2.4 本章小結
3 基于精密單點定位的列車定位方法
3.1 基于PPP的列車定位需求分析
3.2 面向我國低密度線路的列控系統(tǒng)方案
3.2.1 低密度線路需求分析
3.2.2 列控系統(tǒng)總體方案
3.3 基于精密單點定位的列車定位單元
3.3.1 定位單元設計
3.3.2 基于PDS的定位單元安全完整性評估
3.4 本章小結
4 基于觀測權優(yōu)化的空間信號完好性增強算法
4.1 觀測權定權模型對比分析
4.1.1 常用定權模型分析
4.1.2 模型性能分析
4.2 偏移誤差探測及修復算法
4.2.1 基于測量平均模型的誤差探測及修復算法
4.2.2 基于最大殘差的誤差探測及修復算法
4.2.3 基于偽距降權的誤差探測及修復算法
4.3 基于偽距降權的混合定權算法性能分析
4.3.1 正常觀測下模型比較
4.3.2 故障觀測下模型比較
4.3.3 同滑動平均算法性能比較與分析
4.3.4 試驗結論
4.4 本章小結
5 數(shù)字軌道地圖輔助的PPP/INS組合定位算法
5.1 數(shù)字軌道地圖輔助的GNSS量測噪聲方差自適應估計方法
5.2 數(shù)字軌道地圖輔助的PPP/INS擴展卡爾曼濾波算法
5.2.1 慣性導航原理
5.2.2 DTM輔助的PPP/INS擴展卡爾曼濾波算法
5.3 數(shù)字軌道地圖輔助的PPP/INS擴展卡爾曼粒子濾波算法
5.3.1 基本粒子濾波原理
5.3.2 擴展卡爾曼-粒子濾波算法
5.3.3 DTM輔助的PPP/INS擴展卡爾曼濾波-粒子濾波算法
5.4 算例與分析
5.4.1 DTM輔助的GNSS/INS擴展卡爾曼濾波算法仿真驗證
5.4.2 DTM輔助的GNSS/INS擴展卡爾曼-粒子濾波算法仿真驗證
5.5 本章小結
6 基于精密單點定位技術的列車定位應用驗證系統(tǒng)及試驗
6.1 驗證系統(tǒng)總體方案
6.1.1 總體框架
6.1.2 精密單點定位的實現(xiàn)
6.1.3 參考系統(tǒng)的構建
6.2 數(shù)據(jù)仿真與實現(xiàn)
6.2.1 基于目標物體動作指令的IMU數(shù)據(jù)模擬與實現(xiàn)
6.2.2 基于目標物體移動軌跡的IMU數(shù)據(jù)模擬與實現(xiàn)
6.3 PPP空間信號可用性分析技術
6.3.1 空間信號可用性
6.3.2 基于禁忌搜索的8-鄰域區(qū)域生長算法
6.4 試驗驗證與分析
6.4.1 基于禁忌搜索的8-鄰域區(qū)域生長算法驗證分析
6.4.2 基于偽距降權的誤差探測及修復算法現(xiàn)場驗證分析
6.4.3 DTM輔助的GNSS/INS擴展卡爾曼-粒子濾波算法現(xiàn)場驗證分析
6.5 本章小結
7 總結與展望
7.1 論文總結
7.2 論文創(chuàng)新點
7.3 展望
參考文獻
附錄A
索引
作者簡歷及攻讀博士學位期間取得的研究成果
學位論文數(shù)據(jù)集
【參考文獻】：
期刊論文
[1]BDS/GPS組合精密單點定位精度分析與評價[J]. 魏二虎,劉學習,王凌軒,劉經(jīng)南. 武漢大學學報(信息科學版). 2018(11)
[2]北斗三頻精密單點定位模型比較及定位性能分析[J]. 張小紅,柳根,郭斐,李昕. 武漢大學學報(信息科學版). 2018(12)
[3]基于狀態(tài)估計的虛擬應答器捕獲方法研究[J]. 劉江,蔡伯根,王劍,陸德彪. 鐵道學報. 2018(10)
[4]GPS實時精密單點定位精度與收斂性分析[J]. 董建軍,徐愛功,高猛,楊秋實,楊徐. 導航定位學報. 2018(03)
[5]RTKLIB后處理模塊定位精度分析及可用性探討[J]. 朱李忠,吳文會,王連仲,韓惠軍,楊伯宇. 測繪與空間地理信息. 2018(06)
[6]中國軌道交通列車運行控制技術及應用[J]. 寧濱,劉朝英. 鐵道學報. 2017(02)
[7]北斗列車定位RAIM可用性預測方法研究[J]. 劉江,蔡伯根,王劍. 交通運輸系統(tǒng)工程與信息. 2016(04)
[8]基于虛擬應答器的GNSS列車安全定位及風險分析[J]. 王劍,陸德彪,唐一哲,靳成銘. 鐵道學報. 2016(06)
[9]基于北斗/INS迭代卡爾曼濾波的列車完整性檢測方法研究[J]. 楊翼,劉江,胡永興. 鐵道通信信號. 2016(04)
[10]面向我國低密度線路的列車運行控制系統(tǒng)[J]. 王劍,靳成銘,蔡伯根,劉江,上官偉,單洪政. 鐵道學報. 2015(12)
博士論文
[1]數(shù)字軌道地圖輔助的北斗/INS深組合列車定位方法研究[D]. 安毅.北京交通大學 2015
[2]多源傳感器增強的精密單點定位與慣性測量組合導航系統(tǒng)[D]. 李增科.中國礦業(yè)大學 2015
[3]精密單點定位理論與方法研究[D]. 鄭彬.國防科學技術大學 2015
[4]GNSS精密單點定位算法研究與實現(xiàn)[D]. 胡洪.中國礦業(yè)大學 2014
[5]GPS非差精密單點定位模糊度固定理論與方法研究[D]. 鄭艷麗.武漢大學 2013
[6]基于魯棒估計理論的列車組合定位方法研究[D]. 劉江.北京交通大學 2011
[7]低成本列控系統(tǒng)的列車組合定位理論與方法[D]. 蔡伯根.北京交通大學 2010
[8]基于GNSS的列車定位方法研究[D]. 王劍.北京交通大學 2007
碩士論文
[1]衛(wèi)星信號受限條件下的列車精密單點定位方法[D]. 陳思睿.北京交通大學 2018
[2]基于自適應卡爾曼濾波的GPS精密單點定位研究[D]. 李兆洋.西南交通大學 2017
[3]基于實時PPP的鐵路機車定位技術研究及系統(tǒng)設計[D]. 何亞東.武漢大學 2017
[4]基于相位平滑偽距GNSS PPP/INS緊耦合技術研究[D]. 燕歡.南昌大學 2016
[5]基于GNSS的列車定位單元設計及其可靠性和安全性指標分析[D]. 肖杰.北京交通大學 2014
[6]動態(tài)GPS精密單點定位方法研究[D]. 黃健.解放軍信息工程大學 2013
[7]二乘二取二系統(tǒng)的可靠性和安全性[D]. 許崇.合肥工業(yè)大學 2013
本文編號：3641347
【文章來源】：北京交通大學北京市211工程院校教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：172 頁
【學位級別】：博士
【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 研究背景及意義
1.2 問題的提出
1.3 國內外研究現(xiàn)狀
1.3.1 精密單點定位技術發(fā)展概述
1.3.2 基于精密單點定位技術的組合定位濾波算法
1.3.3 精密單點定位中觀測量的定權
1.3.4 基于衛(wèi)星導航的列車定位應用研究
1.3.5 基于衛(wèi)星導航的列車定位關鍵技術研究
1.4 論文研究內容
1.4.1 論文研究思路
1.4.2 論文組織結構
2 精密單點定位原理及性能分析
2.1 觀測模型
2.1.1 消電離層組合
2.1.2 UofC組合
2.1.3 非差非組合
2.2 誤差模型
2.2.1 衛(wèi)星相關誤差
2.2.2 信號傳播過程相關的誤差
2.2.3 用戶接收機相關誤差
2.3 性能分析
2.3.1 雙頻消電離層組合性能分析
2.3.2 列車定位應用性能分析
2.4 本章小結
3 基于精密單點定位的列車定位方法
3.1 基于PPP的列車定位需求分析
3.2 面向我國低密度線路的列控系統(tǒng)方案
3.2.1 低密度線路需求分析
3.2.2 列控系統(tǒng)總體方案
3.3 基于精密單點定位的列車定位單元
3.3.1 定位單元設計
3.3.2 基于PDS的定位單元安全完整性評估
3.4 本章小結
4 基于觀測權優(yōu)化的空間信號完好性增強算法
4.1 觀測權定權模型對比分析
4.1.1 常用定權模型分析
4.1.2 模型性能分析
4.2 偏移誤差探測及修復算法
4.2.1 基于測量平均模型的誤差探測及修復算法
4.2.2 基于最大殘差的誤差探測及修復算法
4.2.3 基于偽距降權的誤差探測及修復算法
4.3 基于偽距降權的混合定權算法性能分析
4.3.1 正常觀測下模型比較
4.3.2 故障觀測下模型比較
4.3.3 同滑動平均算法性能比較與分析
4.3.4 試驗結論
4.4 本章小結
5 數(shù)字軌道地圖輔助的PPP/INS組合定位算法
5.1 數(shù)字軌道地圖輔助的GNSS量測噪聲方差自適應估計方法
5.2 數(shù)字軌道地圖輔助的PPP/INS擴展卡爾曼濾波算法
5.2.1 慣性導航原理
5.2.2 DTM輔助的PPP/INS擴展卡爾曼濾波算法
5.3 數(shù)字軌道地圖輔助的PPP/INS擴展卡爾曼粒子濾波算法
5.3.1 基本粒子濾波原理
5.3.2 擴展卡爾曼-粒子濾波算法
5.3.3 DTM輔助的PPP/INS擴展卡爾曼濾波-粒子濾波算法
5.4 算例與分析
5.4.1 DTM輔助的GNSS/INS擴展卡爾曼濾波算法仿真驗證
5.4.2 DTM輔助的GNSS/INS擴展卡爾曼-粒子濾波算法仿真驗證
5.5 本章小結
6 基于精密單點定位技術的列車定位應用驗證系統(tǒng)及試驗
6.1 驗證系統(tǒng)總體方案
6.1.1 總體框架
6.1.2 精密單點定位的實現(xiàn)
6.1.3 參考系統(tǒng)的構建
6.2 數(shù)據(jù)仿真與實現(xiàn)
6.2.1 基于目標物體動作指令的IMU數(shù)據(jù)模擬與實現(xiàn)
6.2.2 基于目標物體移動軌跡的IMU數(shù)據(jù)模擬與實現(xiàn)
6.3 PPP空間信號可用性分析技術
6.3.1 空間信號可用性
6.3.2 基于禁忌搜索的8-鄰域區(qū)域生長算法
6.4 試驗驗證與分析
6.4.1 基于禁忌搜索的8-鄰域區(qū)域生長算法驗證分析
6.4.2 基于偽距降權的誤差探測及修復算法現(xiàn)場驗證分析
6.4.3 DTM輔助的GNSS/INS擴展卡爾曼-粒子濾波算法現(xiàn)場驗證分析
6.5 本章小結
7 總結與展望
7.1 論文總結
7.2 論文創(chuàng)新點
7.3 展望
參考文獻
附錄A
索引
作者簡歷及攻讀博士學位期間取得的研究成果
學位論文數(shù)據(jù)集
【參考文獻】：
期刊論文
[1]BDS/GPS組合精密單點定位精度分析與評價[J]. 魏二虎,劉學習,王凌軒,劉經(jīng)南. 武漢大學學報(信息科學版). 2018(11)
[2]北斗三頻精密單點定位模型比較及定位性能分析[J]. 張小紅,柳根,郭斐,李昕. 武漢大學學報(信息科學版). 2018(12)
[3]基于狀態(tài)估計的虛擬應答器捕獲方法研究[J]. 劉江,蔡伯根,王劍,陸德彪. 鐵道學報. 2018(10)
[4]GPS實時精密單點定位精度與收斂性分析[J]. 董建軍,徐愛功,高猛,楊秋實,楊徐. 導航定位學報. 2018(03)
[5]RTKLIB后處理模塊定位精度分析及可用性探討[J]. 朱李忠,吳文會,王連仲,韓惠軍,楊伯宇. 測繪與空間地理信息. 2018(06)
[6]中國軌道交通列車運行控制技術及應用[J]. 寧濱,劉朝英. 鐵道學報. 2017(02)
[7]北斗列車定位RAIM可用性預測方法研究[J]. 劉江,蔡伯根,王劍. 交通運輸系統(tǒng)工程與信息. 2016(04)
[8]基于虛擬應答器的GNSS列車安全定位及風險分析[J]. 王劍,陸德彪,唐一哲,靳成銘. 鐵道學報. 2016(06)
[9]基于北斗/INS迭代卡爾曼濾波的列車完整性檢測方法研究[J]. 楊翼,劉江,胡永興. 鐵道通信信號. 2016(04)
[10]面向我國低密度線路的列車運行控制系統(tǒng)[J]. 王劍,靳成銘,蔡伯根,劉江,上官偉,單洪政. 鐵道學報. 2015(12)
博士論文
[1]數(shù)字軌道地圖輔助的北斗/INS深組合列車定位方法研究[D]. 安毅.北京交通大學 2015
[2]多源傳感器增強的精密單點定位與慣性測量組合導航系統(tǒng)[D]. 李增科.中國礦業(yè)大學 2015
[3]精密單點定位理論與方法研究[D]. 鄭彬.國防科學技術大學 2015
[4]GNSS精密單點定位算法研究與實現(xiàn)[D]. 胡洪.中國礦業(yè)大學 2014
[5]GPS非差精密單點定位模糊度固定理論與方法研究[D]. 鄭艷麗.武漢大學 2013
[6]基于魯棒估計理論的列車組合定位方法研究[D]. 劉江.北京交通大學 2011
[7]低成本列控系統(tǒng)的列車組合定位理論與方法[D]. 蔡伯根.北京交通大學 2010
[8]基于GNSS的列車定位方法研究[D]. 王劍.北京交通大學 2007
碩士論文
[1]衛(wèi)星信號受限條件下的列車精密單點定位方法[D]. 陳思睿.北京交通大學 2018
[2]基于自適應卡爾曼濾波的GPS精密單點定位研究[D]. 李兆洋.西南交通大學 2017
[3]基于實時PPP的鐵路機車定位技術研究及系統(tǒng)設計[D]. 何亞東.武漢大學 2017
[4]基于相位平滑偽距GNSS PPP/INS緊耦合技術研究[D]. 燕歡.南昌大學 2016
[5]基于GNSS的列車定位單元設計及其可靠性和安全性指標分析[D]. 肖杰.北京交通大學 2014
[6]動態(tài)GPS精密單點定位方法研究[D]. 黃健.解放軍信息工程大學 2013
[7]二乘二取二系統(tǒng)的可靠性和安全性[D]. 許崇.合肥工業(yè)大學 2013
本文編號：3641347
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