[发明专利]自适应容错的列车组合定位方法

说明书

本发明提供了一种自适应容错的列车组合定位方法。该方法包括：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；将检验统计量与检验门限进行比较，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融合后的列车位置和速度进行调整。本发明的基于伪距、伪距率的GNSS/INS紧组合导航定位方法获得连续的列车位置、速度信息，通过FDP方法进行故障检测、识别与相应处理，提高系统容错性，适用于列车实时定位和后处理位置解算分析，具有连续性强、可靠性高的特点。

技术领域

本发明涉及列车定位技术领域，尤其涉及一种自适应容错的列车组合定位方法。

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。采用卫星导航定位手段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(Global Navigation SatelliteSystem，全球导航卫星系统)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(Inertial Navigation System，惯性导航系统)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。

GNSS/INS紧组合采用伪距、伪距率作为系统观测量，系统可靠性受到卫星导航系统的直接影响。卫星导航系统容易受到时钟误差、信号传输干扰等的影响，且列车运行环境复杂，GNSS信号容易受到干扰或引入故障，影响列车定位精度，影响行车安全，所以需要引入故障诊断、识别与故障处理技术，实时检测系统故障并对故障进行处理，提高系统容错性和可靠性。

目前，现有技术中还没有针对基于卫星导航定位的GNSS/INS紧组合列车组合定位系统容错性进行深入研究。

发明内容

本发明的实施例提供了一种自适应容错的列车组合定位方法，以克服现有技术的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种自适应容错的列车组合定位方法，包括：