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基于双模卫星的高速列车多源融合定位方案设计与实现
| 论文题名： | 基于双模卫星的高速列车多源融合定位方案设计与实现 |
| 关键词： | 高速列车;多源融合定位;双模卫星;位置精度 |
| 摘要： | 高速列车是中国人民出行、物资运输的重要交通工具之一，为保证列车调度系统的正常工作，列车运行时的位置信息至关重要。目前中国高速列车通过轨道电路和应答器相结合来实现列车定位，这种方式不仅耗材耗力，而且存在应答器被恶劣天气损坏，导致重大事故的风险。全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）能够提供大范围、全天候和高可靠的位置服务，但是将其运用在高速列车定位中的问题是：一方面GNSS的定位精度无法满足相关规定的要求，另一方面GNSS信号在遭到遮挡时会导致定位服务不可用。 针对上述问题，本文提出了一种基于双模卫星的高速列车多源融合定位方案，一方面通过引入惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）进行传感器融合来提升系统的定位精度，另一方面通过引入线性调频（Chirp Spread Spectrum，CSS）信号在无GNSS信号时进行定位，最终实现环境多变条件下的列车位置精准、可靠估计。本系统在架构上分为前端和后端两部分，前端负责处理传感器数据，通过对GNSS进行双差分定位解算获取高精度位置信息，通过对CSS进行到达时间差（Time Difference Of Arrival，TDoA）解算获取测距信息，通过对IMU进行预积分获取姿态估计信息；后端负责估计列车状态，通过滑动窗口法处理前端输出的传感器信息，并使用非线性优化法获取当前位置的最优估计。 基于以上方案，本文对列车运行的各种场景进行了测试，实验结果表明，在GNSS部分遮挡的条件下进行实际行驶测试，当没有部署CSS基站时，系统定位平均误差为2.23米，当在GNSS信号弱路段部署CSS基站时，系统定位平均误差为0.79米。 |
| 作者： | 但宇恒 |
| 专业： | 电子与通信工程 |
| 导师： | 王巍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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