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原文传递数字轨道地图辅助的北斗/INS深组合列车定位方法研究

论文题名：	数字轨道地图辅助的北斗/INS深组合列车定位方法研究
关键词：	列车组合定位;北斗/INS导航系统;自适应跟踪算法;数字轨道地图;信号捕获
摘要：	在列车运行控制系统中，实时、准确地获取列车位置和速度是至关重要的，列车定位信息的准确与否将直接关系到列车的行车安全。随着我国北斗卫星导航系统的发展完善以及为了提高我国铁路交通系统的运输效率和安全性能，采用基于我国自主的北斗卫星导航系统的列车组合定位将是我国列车定位系统未来的发展方向。在列车组合定位系统传感器数量增多的情况下，需要考虑使不同来源的传感器信息之间形成更为紧密的融合关联，从而形成有效的功能整体，使定位单元输出的定位结果更加精确。　　论文充分考虑北斗卫星导航系统的技术特性，结合列车组合定位的实际特点，着力解决基于北斗卫星导航系统的多源信息融合实现列车安全定位的关键问题。论文研究了北斗B1/B2频点民用信号的捕获、自适应跟踪算法;在多源组合模式的基础上，研究了基于数字轨道地图(Digital Track Map，DTM)辅助的北斗/INS深组合列车定位方法;研究了适用于深组合列车定位的CIF非线性滤波算法，并结合CIF滤波器易于实现传感器实时扩展的特性，构建了深组合列车定位系统故障检测框架。　　论文通过以下创新点，较好的解决了DTM辅助的北斗/INS深组合列车定位的关键技术问题: 　　(1)提出了基于简化差分相干积累的短时匹配滤波器和快速傅里叶变换（Short Time Matched Filter-Fast Fourier Transform，STMF-FFT）精捕获算法。该算法提高北斗信号检测信噪比，解决积分时间受限导致信号检测信噪比降低的问题，而且该算法便于硬件实现且具有较高的捕获精度; 　　(2)提出了基于新息协方差的双滤波器北斗信号自适应跟踪算法。该算法能够自适应外界环境信号强度的变化，自适应动态调节环路等效噪声带宽，保证北斗接收机稳定跟踪信号，较好的解决了铁路沿线面临的北斗信号经常受到衰减、折射等影响易使接收机环路失锁的问题; 　　(3)在基于新息协方差的双滤波器北斗信号自适应跟踪算法基础上，针对北斗/INS深组合列车定位系统，提出了DTM辅助北斗/INS的双反馈跟踪环路校正模型。该模型在跟踪通道内采用基于双滤波器的自适应码跟踪和载波跟踪闭环校正回路;通过将DTM观测方程辅助到融合滤波器内，实现通道间码跟踪误差修正和多普勒频率误差修正，克服了环路跟踪精度和定位精度易受INS精度影响的问题，进一步增强了跟踪通道间的正向辅助校正的作用，提高了环路的跟踪性能，增强了深组合列车定位系统的定位精度;为了在列车组合定位过程中通过融合滤波器模型对地图测绘误差进行消减，又提出了DTM辅助的北斗/INS深组合列车定位增广状态模型; 　　(4)提出了基于CIF的深组合列车定位融合滤波算法，该算法具有较好的非线性估计精度，同时在计算复杂度不增加的情况下极易实现多传感器观测数据的实时扩展;结合CIF滤波器易于实现传感器实时扩展的特性，设计了深组合列车定位系统故障检测框架。　　为了更好的验证本文提出的方法，本文按照模块化设计方法设计了DTM辅助的北斗/INS深组合列车定位软件，构建了北斗、INS、DTM等多源传感器的列车组合定位仿真系统，完成了定位传感器误差建模、列车轨迹仿真、卫星信号功率调节、卫星信号故障模拟等场景的仿真，进行了一体化的仿真实验。同时，为进一步测试论文所提算法的性能，论文进行了青藏铁路现场实验验证。测试结果表明，采用DTM辅助的北斗/INS深组合模式能实现较高精度的列车定位，其成果可为我国北斗导航系统有效应用于列车定位奠定较好的理论基础。
作者：	安毅
专业：	交通信息工程及控制
导师：	宁滨
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文