[发明专利]一种自适应FKF地图匹配方法及系统

权利要求书

1.一种自适应FKF地图匹配方法，其特征在于：

Step 1：设备安装、系统初始化，惯导初始对准、卫星信号稳定性跟踪；

Step 2：数据采集，包括GNSS卫星信号、惯性导航姿态数据、里程计数据和轨道电子地图数据，GNSS卫星信号包括导航电文解算需要的星历数据、经纬度和高程位置数据、东-北-天向速度数据、卫星信号质量数据，惯性导航姿态数据主要包括加速度计和陀螺仪信息；

Step 3：数据解析阶段包括基于GNSS卫星信号的导航电文解析、惯性导航单元的INU姿态解算和基于里程计速度、轨道电子地图的MM/DR地图一维里程推移；

Step 4：数据融合，基于多源信息融合架构，将Step 3中所解析的卫星定位、惯性导航姿态数据、和地图一维里程推移数据进行融合与误差校正；

Step 5：数据存储与输出；

轨道电子地图的MM/DR地图一维里程推移，根据k时刻列车的行车速度v_odo/k、在地图中的位移S_odo/k和平面坐标(x_k，y_k)，在轨道电子地图中推算k+1时刻的位移S_odo/k+1和平面坐标(x_k+1，y_k+1)，并转换到导航坐标系得到经纬度数据(λ，L)，作为MM/DR导航信息参与GNSS/INS/MM多源信息融合解算；

多源信息融合方法：在轨道电子地图中，若已知列车的行车速度和加速度，则通过地图中的一维里程进行航位推移和位置、速度解算；车辆正常行驶时，其速度即车辆在车体坐标系下沿车体正前方向的速度，记k时刻速度为加速度为列车在时间段Δt＝(t_k-1-t_k)内的里程增量为：

将k时刻的位置(P_e/k，P_v/k)转换成相对平面坐标(X_k，Y_k)，并作为MM/DR航位推移的起始坐标(X_k+1，Y_k+1)，根据轨道电子地图拓扑数据和一维里程增量，推算列车在k+1时刻的相对平面坐标(X_k+1，Y_k+1)；结合轨道线路特征，需分别针对轨道平面线形中的直线、圆曲线、缓和曲线三种线形进行推导；MM/DR航位推移流程如下：

Step 1：记列车k时刻在匹配路段内的初始位移为S_k，所在路段的长度记为L，采样时间Δt内的位移为

Step 2：计算k时刻列车在匹配路段内的剩余里程；

S_res＝L-S_k

Step 3：根据剩余里程判断跟踪匹配状态：若k+1时刻车辆在下一路段内，则仍在当前路段内；

Step 4：根据k+1时刻所在路段类型，计算下一时刻在轨道电子地图中的相对平面坐标；

轨道平面线形是直线的，记所在路段起始坐标为(X₀，Y₀)，方位角为θ_z，则k+1时刻列车运行距离后的相对平面坐标为：

轨道平面线形是圆曲线的，记圆曲线半径为R，圆心为(X_c，X_c)，起始点极坐标为θ_c，则列车运行后的极坐标为：

若圆曲线沿列车行驶方向顺时针旋转，对应的极坐标减少，圆曲线沿列车行驶方向逆时针旋转，对应的极坐标增加，k+1时刻列车在轨道电子地图中的相对平面坐标为：

轨道平面线形是缓和曲线的，若列车位于缓和曲线中，则对缓和曲线建立子坐标系，其中原点为直缓点，第一象限为缓圆点一侧，k时刻列车距离子坐标系原点的位移为S_k，计算k+1时刻列车在子坐标系缓和曲线中的剩余位移量：

求解下列方程的唯一实数解得到列车k+1时刻在子坐标系下的坐标(x_k+1，y_k+1)：

将子坐标系下的(x_k+1，y_k+1)从子坐标系转换到轨道电子地图的相对平面坐标系即可得到k+1时刻位置(X_k+1，Y_k+1)，进一步转换到导航坐标系，得到k+1时刻的导航坐标(P_e/k+1，P_v/k+1)，完成轨道电子中的航位推移MM/DR；

为了计算k+1时刻列车的行车速度，首先将k时刻和k+1时刻位置信息转换到载体坐标系，分别记为(X′_k，Y′_k)和(X′_k+1，Y′_k+1)，则列车速度在载体坐标系下为：

分别为载体坐标系东、北、天方向的速度，

最后将三轴速度从载体坐标系转换到导航坐标系下，为坐标转移系数矩阵：