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原文传递改进RAIM算法在列车定位中的研究

论文题名：	改进RAIM算法在列车定位中的研究
关键词：	列车定位;RAIM算法;北斗卫星导航系统;完好性监测;抗差估计
摘要：	随着高速铁路的快速发展，对列车定位服务的需求也在不断提升，列车定位逐渐从使用传统的地面设备转向依靠卫星的连续性定位。BDS（BeiDouNavigationSatelliteSystem,北斗卫星导航系统）是我国自主研发的卫星导航系统，其已经在多个领域得到应用，基于BDS的列车定位也将得到广泛的应用。通过BDS进行列车定位时，需要考虑定位精度和可靠性要求，RAIM（ReceiverAutonomousIntegrityMonitoring,接收机自主完好性检测）算法可以在系统发生错误时发出报警信息，拥有完好性监测的能力，保障定位的安全。铁路运行环境复杂，列车对定位精度要求较高，因此，提高RAIM算法的定位精度和完好性性能对其在列车定位领域中的应用具有重要意义。　　本文依据列车定位需求，在国内外研究现状的基础上，对RAIM算法进行进一步探析，通过改进RAIM算法来提高定位精度和可靠性，满足铁路运输需求。论文的主要研究工作如下：　　首先，对国内外现有列车定位方法以及高速铁路定位需求进行分析，阐述BDS相关的标准、卫星相关文件的解读、BDS坐标系统以及时间系统的转换原理以及卫星位置的确定方法，进而对BDS列车定位原理加以分析说明。　　其次，阐述RAIM技术理论和有关概念，主要包括RAIM算法的可用性和完好性，通过判断情况将系统划分为正常运行、漏警、误警、告警4个状态以此来分析系统是否发生故障。对最小二乘法、奇偶矢量法原理进行理论分析，并对铁路定位中精度、可用性、完好性的需求提供相关说明。　　再次，考虑到铁路定位精度要求，提出改进的RAIM算法，通过分析算法误差来源，分别从卫星自身分布结构和卫星信号传播过程方面来建立权值模型，优化算法性能，提高定位精度。在卫星结构方面，主要通过分析卫星特征斜率对算法的影响，提出斜率加权模型并设计斜率选星算法来改善卫星精度因子；在卫星信号传播过程方面，主要考虑电离层、对流层对信号传输的影响构建权值模型。通过仿真实验来分析两种权值模型改进后的算法性能，证明改进后算法的可用性和有效性。　　最后，针对列车运行环境复杂多变，可能存在可见卫星结构分布不佳、观测信息含有异常误差，从而导致RAIM算法的可靠性难以保证以及定位精度容易受到误差影响的问题，提出一种基于抗差估计的INS（InertialNavigationSystem,惯性导航系统）辅助RAIM算法，利用INS信息进行辅助，扩展伪距观测方程，增加观测方程冗余量，配合3颗可见卫星即可实现列车定位以及故障检测，引入抗差估计来提高定位精度，增强故障检测性能。实验结果表明，本文算法能较好解决由误差干扰导致定位误差大的问题，提高算法故障检测率，使系统在相同的故障情况下更具可靠性，能有效提高列车在复杂环境中运行的安全性能。
作者：	杨芝凤
专业：	交通信息工程及控制
导师：	王瑞峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022