[发明专利]自适应容错的列车组合定位方法

权利要求书

1.一种自适应容错的列车组合定位方法，其特征在于，包括：

采用基于伪距/伪距率的GNSS/INS紧组合列车组合导航定位方法解算出融合后的列车位置和速度，并计算出量测矩阵和量测噪声协方差；

根据所述量测矩阵、量测噪声协方差和接收机实际的量测值计算出检验统计量，设定检验门限；

将所述检验统计量与所述检验门限进行比较，根据比较结果确定系统是否存在故障，当判断存在小故障卫星后，通过自适应容错方法对所述融合后的列车位置和速度进行调整；

所述的采用基于伪距/伪距率的GNSS/INS紧组合列车组合导航定位方法解算出融合后的列车位置和速度，并计算出量测矩阵和量测噪声协方差，包括：

设定系统状态包括列车姿态误差、列车位置误差、列车速度误差、陀螺仪误差、加速度计误差、接收机钟差和钟漂，系统状态向量X(t)为：

其中，(δr_E，δr_N，δr_U)表示列车位置误差，(δv_E，δv_N，δv_U)表示列车速度误差，表示列车姿态误差，表示陀螺仪测量的角速度误差，(ε_x，ε_y，ε_z)表示加速度计测量的加速度误差，dt表示卫星接收机的钟差，表示卫星接收的钟漂；

将卫星的GNSS原始伪距与INS解算的伪距进行比较得到伪距差值，将卫星的GNSS原始伪距率与INS解算的伪距率进行比较得到伪距率差值，进而得到系统的量测向量Z为：

其中：ρ表示GNSS原始伪距量测，表示GNSS原始伪距率量测，表示INS解算的卫星到列车的几何距离，表示INS解算的卫星到列车的几何距离变化率，n表示可见卫星数；

将所述伪距差值、伪距率差值作为量测输入，通过卡尔曼滤波处理解算出融合后的列车位置和速度，系统的量测矩阵H为：

其中：c表示光速；D_n×3表示从卫星到列车接收机的方向余弦矩阵，O_n×3表示一个n行3列的零矩阵，O_n×9表示一个n行9列的零矩阵，O_n×1表示一个n行1列的零矩阵，I_n×1表示一个n行1列的单位矩阵；

量测噪声的协方差为：

所述的根据所述量测矩阵、量测噪声协方差和接收机实际的量测值计算出检验统计量，确定检验门限，包括：

根据接收机实际的列车位置和速度的量测值与采用基于伪距/伪距率的GNSS/INS紧组合列车组合导航定位方法预测的列车位置和速度的量测值，计算得到量测新息r(k)：

其中：Z(k)表示实际的量测值，表示预测的量测值；

量测新息r(k)的理论协方差矩阵A(k)的计算如下所示：

A(k)＝E[r(k)r(k)^T]＝H(k)P(k/k-1)H(k)^T+R(k)

其中：目(k)表示量测矩阵，P(k/k-1)表示预测状态误差的协方差矩阵，R(k)表示量测噪声的协方差矩阵，k表示时间单位；

构建检验统计量t_test如下所示：

t_test＝r(k)^TA(k)^-1r(k)

设定检验门限T_d为：

T_d＝f(χ²，P_FA/n)

其中：n表示自由度，由可见卫星数决定，P_FA表示误警率；

χ²为表示卡方分布；

所述的将所述检验统计量与所述检验门限进行比较，根据比较结果确定系统是否存在故障，包括：

将检验统计量与检验门限进行比较，如果检验统计量大于检验门限，则判断系统存在故障；反之，判断系统正常；

当判断系统存在故障后，继续判断故障类型，判断过程如下：

量测新息的实际协方差矩阵计算如下：

其中：r(i)表示量测新息向量的第i个元素；

故障因子c₁和c₂计算如下所示：

其中：σ_min表示量测故障的最小值，σ_max表示量测故障的最大值，δ_min表示量测的最小误差，δ_max表示量测的最大误差；

故障分类条件如下所示：

其中：[i，i]表示A[k]矩阵中的第i行i列；

当所述判断式1成立，则说明k时刻第i个卫星存在故障，且故障类型为小故障；当所述判断式1不成立，则说明k时刻第i个卫星存在故障，且故障类型为大故障

所述的当判断存在小故障卫星后，通过自适应容错方法对所述融合后的列车位置和速度进行调整，包括：

如果判断系统的故障类型是大故障，则删除大故障卫星，采用历元的剩余正常卫星解算列车的位置和速度；

如果判断系统的故障类型是小故障，自适应调整因子λ(k)[i]的计算如下：

自适应调整后的量测噪声协方差矩阵如下所示：

进一步计算得到新的滤波增益

基于计算得到的新的滤波增益采用下述计算公式计算自适应调整后的列车的估计状态，该估计状态包括列车的位置、速度、姿态、加速度计和陀螺仪的偏移