[发明专利]基于伪距/伪距率的多传感器紧组合列车组合定位方法

说明书

本发明提供了一种基于伪距/伪距率的多传感器紧组合列车组合定位方法。该方法包括：由INS自身递推计算出列车的位置、速度和姿态信息，根据INS自身解算的列车位置与GNSS卫星位置计算卫星与列车之间的几何距离，计算GNSS量测的伪距与INS解算的卫星与列车的几何距离之间的伪距差值，计算GNSS量测的伪距率与INS解算的列车的速度之间的伪距率差值，计算INS解算的列车的速度与OVS量测的速度之间的速度差值；将卫星与列车之间的几何距离和各种差值作为系统滤波的量测输入，采用标准卡尔曼滤波修正INS系统的误差。本发明的方法通过对GNSS原始数据、INS测量数据和OVS测量数据的采集，可以在GNSS信号失效环境下，有INS/OVS组合系统继续定位，保证列车连续无缝定位。

技术领域

本发明涉及列车定位技术领域，尤其涉及一种基于伪距/伪距率的多传感器紧组合列车组合定位方法。

背景技术

轨道交通是国民经济大动脉、大众化交通工具和现代城市运行的骨架，是国家关键基础设施和重要基础产业，对我国经济社会发展、民生改善和国家安全起着不可替代的全局性支撑作用。在列车的运行过程中，列车运行控制功能的实现依赖于对列车的速度、位置、速度等信息的准确获取。目前我国的高速铁路列车运行控制系统普遍采用地面应答器辅助车轮传感器实现列车位置状态的获取，利用轨道电路实现列车占用检查，这种方式系统成本大，且固定闭塞分区的设置方式也制约着列车行车密度和效率。采用GNSS(GlobalNavigation Satellite System,全球卫星导航定位系统)获取列车定位信息不仅可以减少轨旁设备，有效降低建设和运行成本，同时还能够提高定位精度，实现高更新率的实时连续定位。

考虑到列车运行的安全性和连续性的需要，GNSS导航系统不宜作为单独的导航设备，应该与其他的导航系统组合使用。由于INS(Inertial Navigation System,惯性导航系统)信号短时间定位精度高，但长时间误差累积，系统稳定性较差，将GNSS与INS进行系统融合具有很好的互补优势。

GNSS/INS组合导航模式最常见的是松组合与紧组合。松组合将GNSS的速度和位置作为量测量引入INS中以抑制其发散，但GNSS对位置和速度的解算至少需要4颗有效卫星，当此条件不满足时GNSS将失效，此时组合系统的输出仅取决于INS，误差会快速积累。在一些环境复杂的应用中，如森林、峡谷等有遮挡、弱信号、强干扰的环境中，GNSS接收机往往无法定位导致此种组合方式失效，因此松组合的抗干扰能力较差。

为克服松组合方式在环境复杂的应用中抗干扰能力较差的缺点，采用GNSS导航解算之前的伪距和伪距率等原始信息作为观测量进行的紧组合定位方法。紧组合采用GNSS提供可见卫星的伪距和伪距率作为量测值，INS利用自身解算的速度、位置以及GNSS卫星的速度、位置反算出伪距和伪距率，利用这两者之差作为滤波器的输入对误差状态进行估计并修正。由于每颗可见卫星都对应一组观测信息，因此当可见卫星数目少于4颗时，紧组合导航系统仍然能够实现组合输出，并且可见卫星多于4颗时有助于进一步提高系统的导航精度。所以紧组合较松组合有更高的精度和鲁棒性，并且保持了结构上的简洁和一致性。

当列车运行到大长隧道、山谷长时间遮挡等环境，GNSS/INS组合系统转换为INS继续提供列车位置信息，列车定位误差随时间累积，影响行车安全。OVS(Optical VelocitySensor,光电速度传感器)作为一种光学传感器，可以测量速度、加速度以及位移等多种物理量，可以用作辅助定位。当GNSS定位系统失效时，OVS可以作为一种补偿手段，提供列车在轨道上的相对位置，提高定位系统的精度和可靠性。

目前，现有技术中还没有针对基于卫星导航定位的GNSS/INS/OVS三组合紧组合列车组合定位方法进行深入研究。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于伪距/伪距率的多传感器紧组合列车组合定位方法，采用基于伪距、伪距率的GNSS/INS/OVS紧组合定位方法，提供高精度连续无缝的列车位置信息，保障列车行车安全。