原文传递
基于卡尔曼滤波的组合测量及其在轨道测量中的应用研究
| 论文题名： | 基于卡尔曼滤波的组合测量及其在轨道测量中的应用研究 |
| 关键词： | 铁路轨道;几何参数;卡尔曼滤波;组合测量;误差模型 |
| 摘要： | 轨道不平顺直接影响铁路运行的安全性和旅客乘坐的舒适性。为了及时发现轨道不平顺，大多数国家采用轨检车来对轨道参数进行动态测量。轨道参数测量的关键是建立高精度的测量基准。 论文在比较国内外铁路轨道几何参数测量基准建立方法的基础上，利用用于航天航空等领域的惯性测量技术，主要研究基于卡尔曼滤波技术的组合测量技术及其在轨道几何参数测量基准建立上的应用。 论文在研究我国轨道线路特性的基础上，对轨检车典型运行轨迹和姿态进行建模，并对相应的加速度计和角速率陀螺仪输出信号进行建模与仿真。 捷联式惯性测量系统中，姿态矩阵的解算是关键。论文采用四元数和等效旋转矢量相结合的方法来解算姿态矩阵。四元数是用四个数来表示空间矢量的一种数学方法，姿态矩阵可以用两个矢量之间的相互转动关系来表示。姿态矩阵的毕卡逼近算法的输入为角增量，当陀螺仪输出为角增量时，可以直接使用，而本系统选用的陀螺仪输出为角速率，需要利用等效旋转矢量法来提取角增量。在计算出姿态矩阵后，根据矩阵的各元素解算出姿态角。进而，根据乘法原理，将加速度计在运载体坐标系内测量的比力转换为在地理坐标系内的比力，从而计算出运载体在东向、北向和垂直方向的速度，通过数值积分解算出轨检车的运行轨迹。 捷联式惯性测量系统在开始工作时精度较高，但是随着时间的增加，解算的误差会越来越大，直接影响惯性测量基准建立的精度。为了对测量误差进行补偿，论文设计了基于卡尔曼滤波技术的组合测量系统。将外部辅助测量设备GPS与惯性测量系统之间的位置、速度误差作为量测量，结合GPS与惯性测量系统的误差模型，建立组合测量系统的状态方程，对惯性测量的误差进行最优估计，并通过开环校正的方式对惯性测量系统的输出进行补偿。 为了进一步验证组合测量系统的有效性与正确性，建立了基于虚拟仪器的实验系统，并进行了现场实验。通过对实测数据的分析、比较，结果表明，所设计的基于卡尔曼滤波技术的组合测量系统在建立轨道几何参数测量基准方面具有可行性和有效性，能显著提高捷联式惯性测量系统的精度。 |
| 作者： | 薛卓鹏 |
| 专业： | 仪器仪表工程 |
| 导师： | 王雪梅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
