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原文传递一种用于高速铁路列车的实时定位方法及装置

专利名称：	一种用于高速铁路列车的实时定位方法及装置
摘要：	本发明公开一种用于高速铁路列车的实时定位方法及装置，该方法包括：S1.实时通过车载速度采集设备采集速度信息，并通过惯性测量单元检测加速度信息、以及通过GPS/北斗接收模块定位位置信息；S2.判断GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果是，直接定位到当前时刻位置信息，否则转入执行步骤S3；S3.获取上一时刻列车的速度信息、位置信息，以及当前时刻的加速度信息，并计算得到当前时刻位置信息；该装置包括车载速度采集设备、惯性测量单元、GPS/北斗接收模块以及组合导航模块。本发明能够实现高速铁路列车在隧道、涵洞等各种环境工况运行时的实时连续定位，且具有实现简单、实时性好、定位精度高等优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖南;43
申请人：	株洲中车时代电气股份有限公司
发明人：	陈天喜;王雨;陈凯;文林;刘琦;邹浩;刘英杰
专利状态：	有效
申请日期：	2017-12-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-02T00:00:00+0800
申请号：	CN201711430399.7
公开号：	CN109955872A
代理机构：	湖南兆弘专利事务所(普通合伙)
代理人：	周长清;胡君
分类号：	B61L25/02(2006.01);B;B61;B61L;B61L25
申请人地址：	412001 湖南省株洲市石峰区时代路169号
主权项：	1.一种用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于，步骤包括： S1.实时通过车载速度采集设备采集列车的速度信息，并通过惯性测量单元检测列车的加速度信息、以及通过GPS/北斗接收模块定位列车的位置信息； S2.判断所述GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果是，直接通过所述GPS/北斗接收模块定位到列车的当前时刻位置信息输出，否则转入执行步骤S3； S3.获取上一时刻列车的速度信息、定位到的位置信息，以及所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息，并计算得到列车的当前时刻位置信息输出。 2.根据权利要求1所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于：所述列车的当前时刻位置信息输出时，还包括将所述位置信息进行科尔曼滤波，输出滤波后的位置信息步骤。 3.根据权利要求1所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于，所述步骤S2中判断所述GPS/北斗接收模块输出信号是否正常的具体步骤为： S21.根据所述步骤S1实时采集到的速度信息、检测到的加速度信息以及定位到的位置信息，预测列车下一时刻的位置信息； S22.将所述步骤S21预测得到的位置信息与下一时刻所述GPS/北斗信号接收模块定位到的位置信息进行对比，若一致或误差在指定范围内，判定为所述GPS/北斗接收模块输出信号正常。 4.根据权利要求1或2或3所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于，所述步骤S3中计算得到列车的当前时刻位置信息的具体步骤为： S31.根据所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息计算当前时刻与上一时刻之间的速度增量； S32.根据所述上一时刻列车的速度信息、计算得到的所述速度增量，计算列车的当前时刻速度信息； S33.根据所述上一时刻定位到的位置信息、计算得到的所述列车的当前时刻速度信息，计算得到列车的当前时刻位置信息。 5.根据权利要求4所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于：所述步骤S31中具体根据式(1)计算所述速度增量△V(k)；其中，△VE(k)、△VN(k)、△VU(k)分别为东向速度增量、北向速度增量、天向速度增量，g为重力加速度，△t为速度更新周期，fx、fy、fz分别为所述惯性测量单元检测到的比力，为转换矩阵，θx、θy、θz分别为角增量分量；所述步骤S32中具体按照式(2)计算得到所述列车的当前时刻速度信息：其中，VE(k-1)、VN(k-1)、VU(k-1)分别为列车的上一时刻东、北、天向速度，VE(k)、VN(k)、VU(k)分别为列车的当前时刻东、北、天向速度。 6.根据权利要求5所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于：所述步骤S33中具体根据下式(3)计算得到所述列车的当前时刻位置信息；其中，Lk-1、λk-1、hk-1为列车的上一时刻纬度、经度、高度，Lk、λk、hk为列车的当前时刻纬度、经度、高度，f(hk-1)为关于hk-1的函数。 7.根据权利要求1或2或3所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于，所述步骤S3中获取上一时刻列车的速度信息时，优先使用所述车载速度采集设备采集到的速度信息，当所述速度采集设备采集到的速度无效时，使用所述GPS/北斗接收模块输出的速度信息。 8.根据权利要求1或2或3所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于，还包括时钟实时同步步骤，具体步骤为：实时获取所述GPS/北斗接收模块输出的时间信息，并对车载时钟系统的时间进行校核，当所述GPS/北斗接收模块输出的时间出现跳变时，输出车载时钟系统的时间。 9.一种用于高速铁路列车的实时定位装置，其特征在于包括组合导航模块以及分别与所述组合导航模块连接的用于实时采集列车的速度信息的车载速度采集设备、用于实时检测列车的加速度信息的惯性测量单元以及用于实时接收GPS或北斗定位系统定位到的列车的位置信息的GPS/北斗接收模块，所述组合导航模块包括：接收单元，用于分别接收所述车载速度采集设备采集到的列车的速度信息、所述惯性测量单元检测到的列车的加速度信息、以及所述GPS/北斗接收模块定位到的列车的位置信息；第一导航单元，用于判断所述GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果是，直接通过所述GPS/北斗接收模块定位到列车的当前时刻位置信息输出，否则转入执行第二导航单元；第二导航单元，用于获取上一时刻列车的速度信息、定位到的位置信息，以及所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息，并计算得到列车的当前时刻位置信息输出。 10.根据权利要求9所述的用于高速铁路列车的实时定位装置，其特征在于，所述第一导航单元、第二导航单元还包括科尔曼滤波器，用于列车的当前时刻位置信息输出时，将所述位置信息进行科尔曼滤波，输出滤波后的位置信息。 11.根据权利要求9所述的用于高速铁路列车的实时定位装置，其特征在于：所述第一导航单元包括：预测子单元，用于根据所述接收单元实时接收到的速度信息、加速度信息以及位置信息，预测列车下一时刻的位置信息；比较判断单元，用于将所述预测子单元预测得到的位置信息与下一时刻所述GPS/北斗信号接收模块定位到的位置信息进行对比，若一致或误差在指定范围内，判定为所述GPS/北斗接收模块输出信号正常。 12.根据权利要求9或10或11所述的用于高速铁路列车的实时定位装置，其特征在于，所述第二导航单元包括：第一计算子单元，用于根据所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息计算当前时刻与上一时刻之间的速度增量；第二计算子单元，用于根据所述上一时刻列车的速度信息、计算得到的所述速度增量，计算列车的当前时刻速度信息；第三计算子单元，用于根据所述上一时刻定位到的位置信息、计算得到的所述列车的当前时刻速度信息，计算得到列车的当前时刻位置信息。 13.根据权利要求9或10或11所述的用于高速铁路列车的实时定位装置，其特征在于，所述第二导航单元获取上一时刻列车的速度信息时，优先使用所述速度采集设备采集到的速度信息，当所述速度采集设备采集到的速度无效时，使用所述GPS/北斗接收模块输出的速度信息。 14.根据权利要求9或10或11所述的用于高速铁路列车的实时定位装置，其特征在于，还包括与所述GPS/北斗接收模块连接的时间实时同步模块，用于实时获取所述GPS/北斗接收模块输出的时间信息，并对车载时钟系统的时间进行校核，当所述GPS/北斗接收模块输出的时间出现跳变时，输出车载时钟系统的时间。 15.根据权利要求9或10或11所述的用于高速铁路列车的实时定位装置，其特征在于，所述组合导航模块的输出端还设置有CAN或RS422接口，通过所述CAN或RS422接口输出列车的当前位置信息、速度信息以及时间信息中一种或多种。
所属类别：	发明专利