铁路场景下卫星定位可用性评估及预测方法研究
发布时间：2021-07-15 21:05
精确列车定位是列车行驶安全的重要保障,随着卫星定位系统的发展,国内外先后开展了对下一代列控系统（Next Generation Train Control System,NGTC）的研究,基于卫星的列车定位手段成为主流。卫星信号在传播过程中易受环境遮挡,铁路沿线环境复杂多变,不同程度的遮挡导致卫星定位精度发生变化,严重时甚至会导致定位功能失效。因此,对铁路不同环境场景下卫星定位可用性进行评估与预测对保证列车行驶安全有重要意义。本文提出铁路场景下卫星定位可用性评估及预测方法,该方法首先基于层次聚类算法对铁路沿线场景进行分类,量化重构各场景下的环境遮挡,并评估不同场景下的卫星定位可用性。然后根据卫星历书和环境遮挡信息预测出各场景下可见卫星分布,结合Xgboost模型和可见卫星分布的预测结果对不同场景下卫星定位可用性进行预测。本文主要工作内容如下:（1）调研了卫星定位系统和基于卫星的列车定位可用性评估研究现状。在对前人研究总结的基础上,归纳了铁路场景卫星定位可用性评估指标:SIS可用性、HDOP可用性、沿轨道精度可用性和垂直轨道精度可用性。根据上述四项指标得到卫星定位可用性,并将其分为可用、...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＰＴＣ系统结构??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?ＰＴＣ?ｓｙｓｔｅｍ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??为了解决铁路干线与城市轨道交通之间的列控系统软硬件不兼容、互换困难??
其中，将可用性分为了空间信号可用性（ＳＩＳ可用性）和服务可用性，服务可??用性又分为ＰＤＯＰ可用性和精度可用性Ｍ。四个版本的ＧＰＳ?ＳＰＳ?ＰＳ指标体系演变??过程如图１－３所示。??１９９３年?＞＞?１９９５?年?２００１?年?＞?＞?２００８?年??＾??（＼?１?，７?Ｐｉ?广ｒ?、广「——］、??覆盖性?一＾?１？覆盖性?一Ｉ——？星座管理?一＾￣＾？覆盖性??｜?！?１?Ｉ，?，１?１｜?！?，｜??Ｉ?Ｉ?丨丨?服务可用性丨丨空间信号■性能??Ｉ?服务可用性?一｜?＾?服务可用性?一＾——＾?｜?ＰＤＯＰ可用性｜?｜?精度ＨＩ?｜??｜?Ｉ?｜?｜?｜?｜定位服务可用完好性?Ｉ?｜??！?１?Ｉ?ｉ?ｉ?＿－￣ｖａｒ｜—＾续性?ｉ??服务可靠性?一＾?ｋ?服务可靠性?——＾服务可靠性?｜—ＳＩ河雖—｜??｜?！?！?｜｜?＇ａＶ－?－?ｉ??ｉ?ｉ?ｉ?Ｉ?ｙ?ｊ?位授时性能１??！?！?＇Ｉ＾＾＾ｉ｜?ｉ｜￣￣ｓｓ￣￣ｊ?ｉ??ｉ?１?ｉ?ｉ?／１?ｉ?＾?ｉ?ｉ??Ｉ?￣测距域精度￣?Ｉ?Ｉ?ｓｉｓ精度?ｒ?｜?Ｉ?＂???ｉ???１?Ｉ?ＺＺ＝ＩＺＺＺ：?Ｉ?｜?￣?精?Ｉ?定位精度?Ｉ?１??定位／授时?一｜?１＜－｜定位授时精度卜ｊ——ｊｎ？｜定位授时精度卜￣ｊｎ？度丨獅髓｜?Ｉ??图１－２ＧＰＧＳＰＳＰＳ演变过程??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?ＧＰＳ?ＳＰＳ?ＰＳ?ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??ＧＰＳ?ＳＰＳ?ＰＳ第四版将空间信号（ＳＩＳ）可用性定义为：播发可跟踪、健康的??ＳＰＳ?ＳＩＳ卫星占星座轨位的概率
??ＢＬＫｏｖａｃｈ在对精度、完好性、连续性和可用性等概念的研宄基础上提出了两??种关系模型［１４］。一种是球壳模型，如图１－４所示；另一种是金字塔模型，如图１－５??覆盖性?????｜？服务空域?一＂＊??：：??１??图１－４卫星导航系统性能指标：球壳模型??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ?ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ?ｍｅａｓｕｒｅ：?ｓｈｅｌｌ?ｍｏｄｅｌ??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]层次聚类的方法及应用[J]. 姜子林. 电子技术与软件工程. 2018(01)
[2]经典聚类方法综述[J]. 张津源,张德贤. 福建电脑. 2017(07)
[3]国务院 《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》印发[J]. 中国信息化. 2017(03)
[4]GPS空间信号可用性评估算法[J]. 王尔申,张晴,雷虹,庞涛,曲萍萍. 电光与控制. 2017(02)
[5]北斗列车定位RAIM可用性预测方法研究[J]. 刘江,蔡伯根,王剑. 交通运输系统工程与信息. 2016(04)
[6]下一代列控系统技术方案探讨[J]. 程剑锋,田青,赵显琼,孙帝. 中国铁路. 2014(12)
[7]基于卫星导航系统的列车定位技术现状与发展[J]. 刘江,蔡伯根,王剑. 中南大学学报(自然科学版). 2014(11)
[8]基于Markov过程的导航系统星座可用性分析[J]. 侯洪涛,谢菲,张旺勋,王维平,黄丛山. 系统工程与电子技术. 2014(04)
[9]基于RAMS理念的信号系统评估[J]. 李婷. 铁路通信信号工程技术. 2014(01)
[10]GPS/GLONASS/GALILEO组合导航DOP值及可用性分析[J]. 胡自全,何秀凤,刘志平,桑文刚. 全球定位系统. 2012(05)
博士论文
[1]面向全球导航卫星系统的多层可用性分析方法研究[D]. 侯洪涛.国防科学技术大学 2015
[2]北斗卫星导航系统性能评估理论与试验验证[D]. 胡志刚.武汉大学 2013
[3]卫星导航系统性能监测及评估方法研究[D]. 李作虎.解放军信息工程大学 2012
[4]基于GNSS的列车定位方法研究[D]. 王剑.北京交通大学 2007
硕士论文
[1]基于GNSS的列车定位单元精度测试方法研究[D]. 刘玄.北京交通大学 2017
[2]基于Xgboost方法的实体零售业销售额预测研究[D]. 叶倩怡.南昌大学 2016
[3]基于GNSS的列车定位单元设计及其可靠性和安全性指标分析[D]. 肖杰.北京交通大学 2014
[4]基于计算机视觉的列车卫星定位选星预处理方法研究[D]. 李卓锴.北京交通大学 2008
[5]卫星导航系统服务段性能仿真的研究与实现[D]. 张晓红.国防科学技术大学 2007
本文编号：3286464
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＰＴＣ系统结构??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?ＰＴＣ?ｓｙｓｔｅｍ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??为了解决铁路干线与城市轨道交通之间的列控系统软硬件不兼容、互换困难??
其中，将可用性分为了空间信号可用性（ＳＩＳ可用性）和服务可用性，服务可??用性又分为ＰＤＯＰ可用性和精度可用性Ｍ。四个版本的ＧＰＳ?ＳＰＳ?ＰＳ指标体系演变??过程如图１－３所示。??１９９３年?＞＞?１９９５?年?２００１?年?＞?＞?２００８?年??＾??（＼?１?，７?Ｐｉ?广ｒ?、广「——］、??覆盖性?一＾?１？覆盖性?一Ｉ——？星座管理?一＾￣＾？覆盖性??｜?！?１?Ｉ，?，１?１｜?！?，｜??Ｉ?Ｉ?丨丨?服务可用性丨丨空间信号■性能??Ｉ?服务可用性?一｜?＾?服务可用性?一＾——＾?｜?ＰＤＯＰ可用性｜?｜?精度ＨＩ?｜??｜?Ｉ?｜?｜?｜?｜定位服务可用完好性?Ｉ?｜??！?１?Ｉ?ｉ?ｉ?＿－￣ｖａｒ｜—＾续性?ｉ??服务可靠性?一＾?ｋ?服务可靠性?——＾服务可靠性?｜—ＳＩ河雖—｜??｜?！?！?｜｜?＇ａＶ－?－?ｉ??ｉ?ｉ?ｉ?Ｉ?ｙ?ｊ?位授时性能１??！?！?＇Ｉ＾＾＾ｉ｜?ｉ｜￣￣ｓｓ￣￣ｊ?ｉ??ｉ?１?ｉ?ｉ?／１?ｉ?＾?ｉ?ｉ??Ｉ?￣测距域精度￣?Ｉ?Ｉ?ｓｉｓ精度?ｒ?｜?Ｉ?＂???ｉ???１?Ｉ?ＺＺ＝ＩＺＺＺ：?Ｉ?｜?￣?精?Ｉ?定位精度?Ｉ?１??定位／授时?一｜?１＜－｜定位授时精度卜ｊ——ｊｎ？｜定位授时精度卜￣ｊｎ？度丨獅髓｜?Ｉ??图１－２ＧＰＧＳＰＳＰＳ演变过程??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?ＧＰＳ?ＳＰＳ?ＰＳ?ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??ＧＰＳ?ＳＰＳ?ＰＳ第四版将空间信号（ＳＩＳ）可用性定义为：播发可跟踪、健康的??ＳＰＳ?ＳＩＳ卫星占星座轨位的概率
??ＢＬＫｏｖａｃｈ在对精度、完好性、连续性和可用性等概念的研宄基础上提出了两??种关系模型［１４］。一种是球壳模型，如图１－４所示；另一种是金字塔模型，如图１－５??覆盖性?????｜？服务空域?一＂＊??：：??１??图１－４卫星导航系统性能指标：球壳模型??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ?ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ?ｍｅａｓｕｒｅ：?ｓｈｅｌｌ?ｍｏｄｅｌ??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]层次聚类的方法及应用[J]. 姜子林. 电子技术与软件工程. 2018(01)
[2]经典聚类方法综述[J]. 张津源,张德贤. 福建电脑. 2017(07)
[3]国务院 《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》印发[J]. 中国信息化. 2017(03)
[4]GPS空间信号可用性评估算法[J]. 王尔申,张晴,雷虹,庞涛,曲萍萍. 电光与控制. 2017(02)
[5]北斗列车定位RAIM可用性预测方法研究[J]. 刘江,蔡伯根,王剑. 交通运输系统工程与信息. 2016(04)
[6]下一代列控系统技术方案探讨[J]. 程剑锋,田青,赵显琼,孙帝. 中国铁路. 2014(12)
[7]基于卫星导航系统的列车定位技术现状与发展[J]. 刘江,蔡伯根,王剑. 中南大学学报(自然科学版). 2014(11)
[8]基于Markov过程的导航系统星座可用性分析[J]. 侯洪涛,谢菲,张旺勋,王维平,黄丛山. 系统工程与电子技术. 2014(04)
[9]基于RAMS理念的信号系统评估[J]. 李婷. 铁路通信信号工程技术. 2014(01)
[10]GPS/GLONASS/GALILEO组合导航DOP值及可用性分析[J]. 胡自全,何秀凤,刘志平,桑文刚. 全球定位系统. 2012(05)
博士论文
[1]面向全球导航卫星系统的多层可用性分析方法研究[D]. 侯洪涛.国防科学技术大学 2015
[2]北斗卫星导航系统性能评估理论与试验验证[D]. 胡志刚.武汉大学 2013
[3]卫星导航系统性能监测及评估方法研究[D]. 李作虎.解放军信息工程大学 2012
[4]基于GNSS的列车定位方法研究[D]. 王剑.北京交通大学 2007
硕士论文
[1]基于GNSS的列车定位单元精度测试方法研究[D]. 刘玄.北京交通大学 2017
[2]基于Xgboost方法的实体零售业销售额预测研究[D]. 叶倩怡.南昌大学 2016
[3]基于GNSS的列车定位单元设计及其可靠性和安全性指标分析[D]. 肖杰.北京交通大学 2014
[4]基于计算机视觉的列车卫星定位选星预处理方法研究[D]. 李卓锴.北京交通大学 2008
[5]卫星导航系统服务段性能仿真的研究与实现[D]. 张晓红.国防科学技术大学 2007
本文编号：3286464
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