一种基于卫星定位的列车完整性检查方法研究

摘要

随着铁路列控技术的发展，目前被普遍认同的是发展基于通信的列车控制系统CBTC(Communication Based Train Control)。CBTC中列车完整性检查是关系到系统安全性的一个关键环节。在没有轨道电路的情况下，如何利用车载设备进行列车完整性检查将成为一个新的需要解决的问题，所以研究一种新型的列车完整性检查方法具有重要的理论价值和实际意义。 随着通信、网络、计算机等技术的发展，一些先进的技术也逐步应用到铁路运输中。而以GPS(Global Positioning System)为代表的GNSS(Global NavigationSatellite System)定位技术也越来越多的应用到铁路领域当中。目前将GPS运用于列车完整性检查还没有成熟的理论，它通常和列尾装置结合构成一个冗余的完整性检查系统。在列车行驶过程中，在列车尾部车钩安装的GPS天线容易被车厢遮挡，在少于4颗卫星的情况下(GPS不完备条件下)常规卫星定位方法受到限制，无法实现利用GPS进行列车完整性检查。因此本论文利用车头完全定位且与车尾通信保持畅通的特点，提出了一种新的列车完整性检查方法，该方法是建立在GPS不完备条件下卫星定位算法基础上的。三星算法的核心思想是结合车头定位信息建立一颗虚拟卫星，从而增加一个约束方程，然后与可视卫星构成的三个方程联立，从而实现车尾定位解算；双星和单星算法的核心思想是通过轨道数字地图的头节点和尾节点坐标建立参数方程，然后与可视卫星构成的方程联立，从而实现车尾定位解算。即使在GPS正常工作期间，本算法仍然可以作为一个相当有价值的补充。最后利用车头和车尾的位置信息实时地测算车长变化，从而达到检查列车完整性的目的。论文对算法进行了详细的数学推导，并且通过实验进行了算法验证，定位精度较高，满足列车完整性检查的要求。

目录

文摘

英文文摘

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致谢

1引言

1.1选题背景、目的及意义

1.1.1基于通信的列车控制系统(CBTC)概述

1.1.2 CBTC系统中的主要关键技术

1.2列车完整性检查研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3论文结构

2列车完整性检查系统构成与关键技术综述

2.1 GPS技术介绍

2.1.1 GPS系统的组成

2.1.2 GPS广播星历卫星位置的计算

2.1.3 GPS伪距导航定位原理

2.1.4 GPS定位的主要误差及其修正

2.2坐标系的建立及坐标变换

2.2.1 WGS-84世界大地坐标系

2.2.2高斯投影及高斯平面坐标系的定义

2.2.3高斯平面坐标转换

2.2.4坐标变换及距离的解算

2.3列控系统中轨道数字地图数据库

2.3.1研究现状

2.3.2轨道地图数据库创建流程

2.3.3轨道地图数据库结构

2.4系统构成

3新的基于卫星定位的列车完整性检查算法研究

3.1 GPS三星定位算法

3.1.1定位算法的核心思想

3.1.2定位算法的数学推导

3.1.3定位算法的实现流程

3.1.4定位算法的可行性

3.1.5最优星座选择问题

3.2 GPS星定位算法

3.2.1定位算法的核心思想

3.2.2定位算法的数学推导

3.2.3定位算法的实现流程

3.3 GPS单星定位算法

3.3.1定位算法的数学推导

3.3.2定位算法的实现流程

3.4列车完整性检查算法

4算法验证

4.1实验设备

4.2卫星星历数据、伪距数据和定位数据的采集

4.3静态定位实验

4.3.1实验过程

4.3.2数据处理

4.3.3实验结果

4.3.4静态三星定位实验

4.3.5静态双星定位实验

4.3.6静态单星定位实验

4.4动态定位实验

4.4.1实验过程

4.4.2数据处理

4.4.3实验结果

4.4.4动态三星定位实验

4.4.5动态双星定位实验

4.4.6动态单星定位实验

4.5列车完整性检查实验

4.6实验结果分析

5结论与展望

5.1论文的主要工作与结论

5.2进一步的研究与展望

参考文献

作者简历