面向列控的列车精密单点定位方法
发布时间：2022-02-23 21:19
我国西部还存在大量的单线、双线铁路,运行速度在160 km/h以下,其中部分线路还没有实现电气化。随着本地区经济发展水平的提升,需要对线路及其列控系统进行升级改造。列车定位技术是列控系统的两大核心技术之一,同目前基于差分卫星导航的列车定位相比,精密单点定位（Precise Point Positioning,PPP）具有不需要地面参考基站辅助等优势。论文以面向列控系统列车定位应用的精密单点定位技术为研究对象,在兼容既有系统的前提下,以列控系统中的列车定位精度、可用性和安全性需求为优化目标,结合精密单点定位精度高、收敛时间长等特点,研究精密单点定位技术在列车定位中的应用方案,保障列车定位的安全性和可用性,主要包括以下研究内容:（1）结合低密度线路对列车定位的需求,总结了基于卫星导航的列控系统定位性能指标,提出了基于精密单点定位的列车定位方案,为解决基于PPP的列车定位单元安全性评估问题,采用PDS方法对所设计的列车定位单元建模,定量分析了结构性约束和诊断覆盖率对列车定位单元安全完整性等级的影响。（2）为解决PPP在列车定位应用中面临的空间信号完好性和定位精度问题,提出了一种基于最大伪距残...
【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】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 问题的提出
1.3 国内外研究现状
1.3.1 精密单点定位技术发展概述
1.3.2 基于精密单点定位技术的组合定位滤波算法
1.3.3 精密单点定位中观测量的定权
1.3.4 基于卫星导航的列车定位应用研究
1.3.5 基于卫星导航的列车定位关键技术研究
1.4 论文研究内容
1.4.1 论文研究思路
1.4.2 论文组织结构
2 精密单点定位原理及性能分析
2.1 观测模型
2.1.1 消电离层组合
2.1.2 UofC组合
2.1.3 非差非组合
2.2 误差模型
2.2.1 卫星相关误差
2.2.2 信号传播过程相关的误差
2.2.3 用户接收机相关误差
2.3 性能分析
2.3.1 双频消电离层组合性能分析
2.3.2 列车定位应用性能分析
2.4 本章小结
3 基于精密单点定位的列车定位方法
3.1 基于PPP的列车定位需求分析
3.2 面向我国低密度线路的列控系统方案
3.2.1 低密度线路需求分析
3.2.2 列控系统总体方案
3.3 基于精密单点定位的列车定位单元
3.3.1 定位单元设计
3.3.2 基于PDS的定位单元安全完整性评估
3.4 本章小结
4 基于观测权优化的空间信号完好性增强算法
4.1 观测权定权模型对比分析
4.1.1 常用定权模型分析
4.1.2 模型性能分析
4.2 偏移误差探测及修复算法
4.2.1 基于测量平均模型的误差探测及修复算法
4.2.2 基于最大残差的误差探测及修复算法
4.2.3 基于伪距降权的误差探测及修复算法
4.3 基于伪距降权的混合定权算法性能分析
4.3.1 正常观测下模型比较
4.3.2 故障观测下模型比较
4.3.3 同滑动平均算法性能比较与分析
4.3.4 试验结论
4.4 本章小结
5 数字轨道地图辅助的PPP/INS组合定位算法
5.1 数字轨道地图辅助的GNSS量测噪声方差自适应估计方法
5.2 数字轨道地图辅助的PPP/INS扩展卡尔曼滤波算法
5.2.1 惯性导航原理
5.2.2 DTM辅助的PPP/INS扩展卡尔曼滤波算法
5.3 数字轨道地图辅助的PPP/INS扩展卡尔曼粒子滤波算法
5.3.1 基本粒子滤波原理
5.3.2 扩展卡尔曼-粒子滤波算法
5.3.3 DTM辅助的PPP/INS扩展卡尔曼滤波-粒子滤波算法
5.4 算例与分析
5.4.1 DTM辅助的GNSS/INS扩展卡尔曼滤波算法仿真验证
5.4.2 DTM辅助的GNSS/INS扩展卡尔曼-粒子滤波算法仿真验证
5.5 本章小结
6 基于精密单点定位技术的列车定位应用验证系统及试验
6.1 验证系统总体方案
6.1.1 总体框架
6.1.2 精密单点定位的实现
6.1.3 参考系统的构建
6.2 数据仿真与实现
6.2.1 基于目标物体动作指令的IMU数据模拟与实现
6.2.2 基于目标物体移动轨迹的IMU数据模拟与实现
6.3 PPP空间信号可用性分析技术
6.3.1 空间信号可用性
6.3.2 基于禁忌搜索的8-邻域区域生长算法
6.4 试验验证与分析
6.4.1 基于禁忌搜索的8-邻域区域生长算法验证分析
6.4.2 基于伪距降权的误差探测及修复算法现场验证分析
6.4.3 DTM辅助的GNSS/INS扩展卡尔曼-粒子滤波算法现场验证分析
6.5 本章小结
7 总结与展望
7.1 论文总结
7.2 论文创新点
7.3 展望
参考文献
附录A
索引
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]BDS/GPS组合精密单点定位精度分析与评价[J]. 魏二虎,刘学习,王凌轩,刘经南. 武汉大学学报(信息科学版). 2018(11)
[2]北斗三频精密单点定位模型比较及定位性能分析[J]. 张小红,柳根,郭斐,李昕. 武汉大学学报(信息科学版). 2018(12)
[3]基于状态估计的虚拟应答器捕获方法研究[J]. 刘江,蔡伯根,王剑,陆德彪. 铁道学报. 2018(10)
[4]GPS实时精密单点定位精度与收敛性分析[J]. 董建军,徐爱功,高猛,杨秋实,杨徐. 导航定位学报. 2018(03)
[5]RTKLIB后处理模块定位精度分析及可用性探讨[J]. 朱李忠,吴文会,王连仲,韩惠军,杨伯宇. 测绘与空间地理信息. 2018(06)
[6]中国轨道交通列车运行控制技术及应用[J]. 宁滨,刘朝英. 铁道学报. 2017(02)
[7]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)
[8]基于虚拟应答器的GNSS列车安全定位及风险分析[J]. 王剑,陆德彪,唐一哲,靳成铭. 铁道学报. 2016(06)
[9]基于北斗/INS迭代卡尔曼滤波的列车完整性检测方法研究[J]. 杨翼,刘江,胡永兴. 铁道通信信号. 2016(04)
[10]面向我国低密度线路的列车运行控制系统[J]. 王剑,靳成铭,蔡伯根,刘江,上官伟,单洪政. 铁道学报. 2015(12)
博士论文
[1]数字轨道地图辅助的北斗/INS深组合列车定位方法研究[D]. 安毅.北京交通大学 2015
[2]多源传感器增强的精密单点定位与惯性测量组合导航系统[D]. 李增科.中国矿业大学 2015
[3]精密单点定位理论与方法研究[D]. 郑彬.国防科学技术大学 2015
[4]GNSS精密单点定位算法研究与实现[D]. 胡洪.中国矿业大学 2014
[5]GPS非差精密单点定位模糊度固定理论与方法研究[D]. 郑艳丽.武汉大学 2013
[6]基于鲁棒估计理论的列车组合定位方法研究[D]. 刘江.北京交通大学 2011
[7]低成本列控系统的列车组合定位理论与方法[D]. 蔡伯根.北京交通大学 2010
[8]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]卫星信号受限条件下的列车精密单点定位方法[D]. 陈思睿.北京交通大学 2018
[2]基于自适应卡尔曼滤波的GPS精密单点定位研究[D]. 李兆洋.西南交通大学 2017
[3]基于实时PPP的铁路机车定位技术研究及系统设计[D]. 何亚东.武汉大学 2017
[4]基于相位平滑伪距GNSS PPP/INS紧耦合技术研究[D]. 燕欢.南昌大学 2016
[5]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
[6]动态GPS精密单点定位方法研究[D]. 黄健.解放军信息工程大学 2013
[7]二乘二取二系统的可靠性和安全性[D]. 许崇.合肥工业大学 2013
本文编号：3641347
【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】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 问题的提出
1.3 国内外研究现状
1.3.1 精密单点定位技术发展概述
1.3.2 基于精密单点定位技术的组合定位滤波算法
1.3.3 精密单点定位中观测量的定权
1.3.4 基于卫星导航的列车定位应用研究
1.3.5 基于卫星导航的列车定位关键技术研究
1.4 论文研究内容
1.4.1 论文研究思路
1.4.2 论文组织结构
2 精密单点定位原理及性能分析
2.1 观测模型
2.1.1 消电离层组合
2.1.2 UofC组合
2.1.3 非差非组合
2.2 误差模型
2.2.1 卫星相关误差
2.2.2 信号传播过程相关的误差
2.2.3 用户接收机相关误差
2.3 性能分析
2.3.1 双频消电离层组合性能分析
2.3.2 列车定位应用性能分析
2.4 本章小结
3 基于精密单点定位的列车定位方法
3.1 基于PPP的列车定位需求分析
3.2 面向我国低密度线路的列控系统方案
3.2.1 低密度线路需求分析
3.2.2 列控系统总体方案
3.3 基于精密单点定位的列车定位单元
3.3.1 定位单元设计
3.3.2 基于PDS的定位单元安全完整性评估
3.4 本章小结
4 基于观测权优化的空间信号完好性增强算法
4.1 观测权定权模型对比分析
4.1.1 常用定权模型分析
4.1.2 模型性能分析
4.2 偏移误差探测及修复算法
4.2.1 基于测量平均模型的误差探测及修复算法
4.2.2 基于最大残差的误差探测及修复算法
4.2.3 基于伪距降权的误差探测及修复算法
4.3 基于伪距降权的混合定权算法性能分析
4.3.1 正常观测下模型比较
4.3.2 故障观测下模型比较
4.3.3 同滑动平均算法性能比较与分析
4.3.4 试验结论
4.4 本章小结
5 数字轨道地图辅助的PPP/INS组合定位算法
5.1 数字轨道地图辅助的GNSS量测噪声方差自适应估计方法
5.2 数字轨道地图辅助的PPP/INS扩展卡尔曼滤波算法
5.2.1 惯性导航原理
5.2.2 DTM辅助的PPP/INS扩展卡尔曼滤波算法
5.3 数字轨道地图辅助的PPP/INS扩展卡尔曼粒子滤波算法
5.3.1 基本粒子滤波原理
5.3.2 扩展卡尔曼-粒子滤波算法
5.3.3 DTM辅助的PPP/INS扩展卡尔曼滤波-粒子滤波算法
5.4 算例与分析
5.4.1 DTM辅助的GNSS/INS扩展卡尔曼滤波算法仿真验证
5.4.2 DTM辅助的GNSS/INS扩展卡尔曼-粒子滤波算法仿真验证
5.5 本章小结
6 基于精密单点定位技术的列车定位应用验证系统及试验
6.1 验证系统总体方案
6.1.1 总体框架
6.1.2 精密单点定位的实现
6.1.3 参考系统的构建
6.2 数据仿真与实现
6.2.1 基于目标物体动作指令的IMU数据模拟与实现
6.2.2 基于目标物体移动轨迹的IMU数据模拟与实现
6.3 PPP空间信号可用性分析技术
6.3.1 空间信号可用性
6.3.2 基于禁忌搜索的8-邻域区域生长算法
6.4 试验验证与分析
6.4.1 基于禁忌搜索的8-邻域区域生长算法验证分析
6.4.2 基于伪距降权的误差探测及修复算法现场验证分析
6.4.3 DTM辅助的GNSS/INS扩展卡尔曼-粒子滤波算法现场验证分析
6.5 本章小结
7 总结与展望
7.1 论文总结
7.2 论文创新点
7.3 展望
参考文献
附录A
索引
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]BDS/GPS组合精密单点定位精度分析与评价[J]. 魏二虎,刘学习,王凌轩,刘经南. 武汉大学学报(信息科学版). 2018(11)
[2]北斗三频精密单点定位模型比较及定位性能分析[J]. 张小红,柳根,郭斐,李昕. 武汉大学学报(信息科学版). 2018(12)
[3]基于状态估计的虚拟应答器捕获方法研究[J]. 刘江,蔡伯根,王剑,陆德彪. 铁道学报. 2018(10)
[4]GPS实时精密单点定位精度与收敛性分析[J]. 董建军,徐爱功,高猛,杨秋实,杨徐. 导航定位学报. 2018(03)
[5]RTKLIB后处理模块定位精度分析及可用性探讨[J]. 朱李忠,吴文会,王连仲,韩惠军,杨伯宇. 测绘与空间地理信息. 2018(06)
[6]中国轨道交通列车运行控制技术及应用[J]. 宁滨,刘朝英. 铁道学报. 2017(02)
[7]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)
[8]基于虚拟应答器的GNSS列车安全定位及风险分析[J]. 王剑,陆德彪,唐一哲,靳成铭. 铁道学报. 2016(06)
[9]基于北斗/INS迭代卡尔曼滤波的列车完整性检测方法研究[J]. 杨翼,刘江,胡永兴. 铁道通信信号. 2016(04)
[10]面向我国低密度线路的列车运行控制系统[J]. 王剑,靳成铭,蔡伯根,刘江,上官伟,单洪政. 铁道学报. 2015(12)
博士论文
[1]数字轨道地图辅助的北斗/INS深组合列车定位方法研究[D]. 安毅.北京交通大学 2015
[2]多源传感器增强的精密单点定位与惯性测量组合导航系统[D]. 李增科.中国矿业大学 2015
[3]精密单点定位理论与方法研究[D]. 郑彬.国防科学技术大学 2015
[4]GNSS精密单点定位算法研究与实现[D]. 胡洪.中国矿业大学 2014
[5]GPS非差精密单点定位模糊度固定理论与方法研究[D]. 郑艳丽.武汉大学 2013
[6]基于鲁棒估计理论的列车组合定位方法研究[D]. 刘江.北京交通大学 2011
[7]低成本列控系统的列车组合定位理论与方法[D]. 蔡伯根.北京交通大学 2010
[8]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]卫星信号受限条件下的列车精密单点定位方法[D]. 陈思睿.北京交通大学 2018
[2]基于自适应卡尔曼滤波的GPS精密单点定位研究[D]. 李兆洋.西南交通大学 2017
[3]基于实时PPP的铁路机车定位技术研究及系统设计[D]. 何亚东.武汉大学 2017
[4]基于相位平滑伪距GNSS PPP/INS紧耦合技术研究[D]. 燕欢.南昌大学 2016
[5]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
[6]动态GPS精密单点定位方法研究[D]. 黄健.解放军信息工程大学 2013
[7]二乘二取二系统的可靠性和安全性[D]. 许崇.合肥工业大学 2013
本文编号：3641347
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiaotonggongchenglunwen/3641347.html
