摘要：随着新型列车运行控制技术及系统的快速发展,基于卫星导航的列车运行状态自主感知已成为下一代列车运行控制系统的重要发展方向。虚拟应答器是将全球导航卫星系统引入列车运行控制系统的有效途径,卫星定位因易于受到信号观测条件限制导致性能约束,无法直接满足虚拟应答器的应用需求。针对虚拟应答器中卫星定位的应用模式进行适应性分析,总结出不同线路及运行条件下虚拟应答器卫星定位方案的设计与应用建议。首先,介绍引入卫星定位的虚拟应答器的运行机理;其次,给出基于自适应交互多模型的虚拟应答器捕获原理;然后,对卫星定位独立定位、卫星定位/惯性导航系统松耦合定位、卫星定位/惯性导航系统紧耦合定位3种典型方案的核心思路、系统架构、计算流程进行设计与分析;最后,采用现场数据及仿真测试,对3种卫星定位方案的定位性能、计算效率、用于实施虚拟应答器捕获的时空精度特征进行评估与对比。研究结果表明:卫星定位/惯性导航系统紧耦合定位方案的综合效益更优。对引入卫星导航系统的虚拟应答器中列车定位方案的适应性进行了分析,所得结果能够为虚拟应答器结构与逻辑方案的设计提供参考,为新型列车运行控制系统的优化设计与设备研制提供有效支持。

摘要：针对基于可见光通信-接收信号强度检测(VLC-RSSI)列车定位过程中存在的噪声、其他光源干扰及测距误差,提出以接收信号强度检测值为观测量的Newton-UKF(牛顿插值-无迹卡尔曼滤波)算法.首先,利用可见光通信-接收信号强度检测获得列车初始位置,建立列车运动模型及系统的状态与量测方程;然后,以接收信号强度检测值为观测量,采用无迹卡尔曼滤波优化列车定位结果,引入牛顿插值法重新估计具有粗大误差的接收信号强度测量数据;最后,以成都地铁1号线真实线路数据和设备信息为依据,通过实验验证所提列车定位优化算法的有效性.结果表明:与无迹卡尔曼滤波相比,Newton-UKF算法的平均定位误差为4.98 cm,能降低粗大测量值造成的误差,提升列车定位精度,定位性能提升66.42%.该方法可为基于通信的列车控制系统中的列车定位提供参考.

摘要：介绍了一种基于波分复用(WDM)和时分复用(TDM)串联光纤Bragg光栅(FBG)的高速列车定位系统。用快速的光功率监测替代FBG的波长监测,定位时延较小(0.2 s);波长漂移转化为光功率的一对负正脉冲波动,提高了定位自动识别的准确性;同时WDM与TDM相结合的系统结构设计,扩大了列车定位系统监测的总长度。

摘要：从GNSS技术在铁路列车定位中的应用优势出发,分析基于卫星导航系统的列车定位原理与需求,围绕GPS,GLONASS,GALILEO和北斗四大全球导航卫星系统,介绍国内外利用卫星导航实现铁路列车位置服务的应用情况,在专用型导航接收机设计、多传感器数据融合、轨道电子地图生成与辅助、完好性与安全性保障等4个方面总结了基于卫星导航的列车定位在核心理论方法层面的主要进展,并对其未来发展趋势进行展望。

摘要：精确的列车位置信息是保证列车高速、安全运行的关键。针对北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)/惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)列车组合定位模型采用传统信息融合方法误差较大,导致列车定位精度不高的问题,提出基于因子图的BDS/IMU列车定位信息融合模型。采用因子图理论,将BDS和IMU传感器接收到的量测信息抽象为因子节点,状态信息抽象为变量节点,构建BDS/IMU列车定位信息融合因子图模型,当BDS接收有效信号时,只需在因子图的特定时间添加因子节点,实现定位传感器的即插即用。模型中定义了以BDS/IMU列车定位状态信息和量测信息为变量的联合概率密度函数,根据非线性优化理论,通过泰勒展开进行线性化处理,转化为标准最小二乘问题,设计高斯-牛顿迭代的因子图推理算法,求解联合概率分布函数的最大后验估计,计算BDS/IMU列车定位信息的最优估计值,得到列车的精确位置信息。通过模拟数据和实际数据对模型进行验证表明,相比于kalman算法,因子图模型有效降低了列车的位置误差和速度误差,且未出现误差发散现象,有效实现了列车不同定位传感器的非等间隔融合,增强了列车定位的信息融合能力,提高了列车定位的精确性。在实测数据下,列车定位位置均方根误差降至2 m以下,明显小于kalman算法,可为列车的高速可靠运行提供精确的位置信息。

摘要：列车连续、高精度定位需要惯性测量单元(IMU)提供可靠的姿态校正补偿数据,IMU输出的数据质量会受外部环境干扰、内部结构磨损等影响而降低,因此有必要对IMU性能指标参数及剩余使用寿命(RUL)预测开展研究。根据IMU组成结构与性能评价准则,选取IMU中陀螺仪和加速度计的随机误差指标表征设备性能状态,在对IMU多关键部件特征进行分析的基础上,设计基于非线性漂移Wiener过程的IMU性能退化模型,构建基于Copula函数的二元性能参量RUL联合分布函数;分别采用后向平滑(RTS)和期望最大化(EM)联合算法、极大似然估计(MLE)算法估计性能退化模型参数和Copula函数中未知参数,实现RUL的实时自适应更新预测。基于RUL预测方法对IMU剩余使用寿命进行预测,与列车定位系统中IMU的实际性能退化监测数据对比。结果表明,采用本文提出的算法,IMU失效前最后6个监测时刻RUL预测期望值的均方相对误差(MRE)为9.87%,相比基于陀螺仪寿命预测方法降低了3.27%。

摘要：为解决卫星观测视野不良或导航信号受干扰时,北斗定位解算失效导致列车失去定位,提出基于克里金法的场强定位方法对卫星导航定位方式进行有效替代。利用列车沿线性轨道固定往复运行且信号交织覆盖的特性,通过克里金法对采集的无线场强进行插值,能够在降低无线数据采集工作量的同时实现无线场强数据库快速建立和动态更新。通过Tower Collector软件,同步采集GNSS定位数据和基站场强数据,利用克里金法插值后的无线场强数据库对终端位置进行实时解算。结果表明,基于克里金法的场强定位精度与GNSS定位的平均误差为70.5 m,最大误差243.5 m,可在卫星定位失效时,有效地为列车提供参考定位,该方法可行性较高。

摘要：北斗卫星导航系统作为我国自主掌控的全球导航卫星技术战略资源,对我国铁路运输列车运行控制相关关键技术的技术升级和更新迭代起到重要推动作用,对提升我国高铁技术的全球竞争力起到关键支撑作用。为促进和深化北斗卫星导航技术在我国铁路运输特定行业领域中的技术转化和结合应用,简要阐述全球导航卫星系统应用于铁路运输的技术优势,从北斗卫星导航技术在我国铁路列车运行控制中的应用必要性和安全性出发,总结归纳基于北斗卫星导航系统的铁路位置相关服务安全应用及非安全应用需求,针对铁路位置服务核心安全应用之一的列车定位给出了基于北斗卫星导航的列车组合定位原理。从基于北斗的多传感器组合列车定位技术及信息融合算法、多模卫星列车定位技术、北斗差分列车定位技术以及基于北斗的列车组合定位系统安全完好性监测技术等方面,综述北斗卫星导航系统在列车定位领域中的应用研究现状。最后,从北斗导航定位通用性能指标标准与铁路列车运行控制安全相关标准的关联统一、基于北斗的紧耦合结构多传感器列车定位技术、列车运行控制专用北斗终端开发设计以及铁路北斗专用测试平台和评估体系的构建等方面展望其未来技术发展趋势和挑战。本研究可为北斗卫星导航技术在列车定位中的应用研究及成果转化提供一定的参考价值。

摘要：在分析城市轨道交通列车传统定位方法的基础上,提出了一种基于无线感应编码电缆的高精度定位系统的设计方案,能实现对城市轨道交通列车的高精度定位和测速。阐述了该定位系统实现的原理,介绍了其系统结构构成,分析了各子系统的功能和工作内容,并以试验线为例设计了一套高精度列车定位系统。试验线应用结果显示,该高精度定位系统具有可行性和可靠性。

摘要：针对北斗卫星导航系统应用于列车在定位过程中所存在的故障卫星导致定位结果不准确问题,在传统RAIM检测算法的基础上,提出一种新的用于列车定位的RAIM算法。该算法通过可见卫星数目、完好性告警限值的约束,判断改进算法的可用性,并在故障卫星检测过程中引入加权因子C以降低由于直接检测而引起的较高漏警率,实现对列车的精确定位。以青藏铁路数据为对象进行实例仿真,结果表明:改进的RAIM算法有效改善了列车定位精度,降低了检测过程中的漏警率,提高了北斗卫星导航系统在列车定位应用上的安全性及可靠性。