基于非線性濾波的列車組合定位信息融合算法研究.pdf

1、獲取列車精確位置是實(shí)施列車運(yùn)行控制、保證列車運(yùn)行安全、縮短運(yùn)行時(shí)間、提升運(yùn)輸效率的前提與保障。近年來(lái)，基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)/航位推算(GlobalNavigation Satellite System/Dead Reckoning，GNSS/DR)的組合定位方法得到了長(zhǎng)足發(fā)展，引入GNSS/DR組合定位系統(tǒng)作為現(xiàn)有列車定位系統(tǒng)的補(bǔ)充十分必要。GNSS/DR列車組合定位系統(tǒng)的核心是信息融合算法，根據(jù)列車運(yùn)行線路可能面臨的山地峽谷等復(fù)雜環(huán)境

2、，尋求一種性能更優(yōu)且更滿足鐵路定位需求的非線性信息融合濾波算法，可以有效提升所獲取列車位置的精確性與可靠性。
　　論文根據(jù)列車運(yùn)行環(huán)境特征和列車動(dòng)力學(xué)特性，建立了GNSS/DR組合定位系統(tǒng)信息融合模型，設(shè)計(jì)了分布式GNSS/DR信息融合估計(jì)算法，從衛(wèi)星定位過程本身、GNSS/DR組合定位兩個(gè)層級(jí)實(shí)現(xiàn)了定位算法的優(yōu)化和信息的有效融合。
　　論文完成的主要研究共工作包括：
　　(1)根據(jù)列車運(yùn)行加減速平緩、轉(zhuǎn)彎半徑較大、爬

3、坡和下降過程平穩(wěn)等運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，選用“當(dāng)前統(tǒng)計(jì)”動(dòng)力學(xué)模型，同時(shí)考慮GNSS、航位推算系統(tǒng)傳感器的觀測(cè)特性，完成了列車狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型和觀測(cè)模型的構(gòu)建。
　　(2)基于貝葉斯估計(jì)框架分析、比較了擴(kuò)展卡爾曼濾波、標(biāo)準(zhǔn)粒子濾波、擴(kuò)展卡爾曼粒子濾波等非線性信息融合估計(jì)算法，基于粒子濾波和列車運(yùn)行軌跡的受限約束條件，提出了一種結(jié)合軌道約束的改進(jìn)型粒子濾波融合估計(jì)方法。
　　(3)針對(duì)復(fù)雜列車運(yùn)行環(huán)境下衛(wèi)星定位可能因多徑效應(yīng)導(dǎo)致觀測(cè)誤差統(tǒng)計(jì)

4、特性存在不確定性，建立了衛(wèi)星定位接收機(jī)原始觀測(cè)誤差模型，采用Dirichlet過程混合模型這一貝葉斯非參數(shù)模型策略，用于衛(wèi)星定位接收機(jī)的非線性濾波計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車位置及運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確估計(jì)。
　　論文為驗(yàn)證所提出的非線性估計(jì)方法的性能，搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，結(jié)合青藏鐵路現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)以及仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與其他非線性濾波估計(jì)方法進(jìn)行了比較，用于對(duì)本文所提出方法的可行性及性能分析，結(jié)果表明，論文提出的列車組合定位非線性信息融合估計(jì)方法能夠在復(fù)雜不確定