[发明专利]基于抗差卡尔曼滤波的BDS/INS组合列车定位方法

说明书

本发明公开了一种基于抗差卡尔曼滤波的BDS/INS组合列车定位方法，包括：检测列车运行的零速场景，得到所述零速场景相对应的约束条件；基于所述零速场景和相应的约束条件，获取误差模型；基于所述零速场景选择相应的抗差卡尔曼滤波器；将获取的所述误差模型的误差观测信息经选择的抗差卡尔曼滤波器修正解算后，得到修正的导航数据，基于所述导航数据对列车进行定位。以实现在多种传感器融合时，提高定位可靠性和精度的优点。

技术领域

本发明涉及列车定位领域，具体地，涉及一种基于抗差卡尔曼滤波的BDS/INS组合列车定位方法。

背景技术

21世纪以来，在提高铁路运输效率、减少运营维护成本、保障铁路运输安全方面，铁路信号系统尤其是列车运行控制系统的信息化起着至关重要的作用，而基于全球卫星导航系统的列车自主定位是列车运行控制系统的信息化的重要一环。北斗卫星导航系统(BDS简称北斗，是我国自主设计开发、独立建设运行的全球卫星导航系统，是我国空间信息化的重大成果。目前，BDS已可为亚太地区提供功能完整的导航定位服务，2020年全面建成后可提供覆盖全球的精准定位、导航和授时(Positioning，Navigationand Timing，PNT)服务。作为我国具有自主控制权的卫星导航系统，扩大和深化BDS在我国交通、通信、国防等关键部门的应用具有极为重要的战略意义。

惯性导航系统(INS)随着惯性器件快速发展和与BDS系统的互补特性，成为实现BDS/INS组合定位的重要组成部分。基于我国铁路未来发展对于列车自主定位的需求以及北斗卫星导航系统铁路应用的广阔前景，加上惯性导航技术、嵌入式电子系统技术等新技术水平的不断提高，对可行、高效的铁路站场列车自主定位方法进行研究具有重要的现实意义和应用价值，为实现列车全天候连续自主定位、为既有线乃至高速铁路列车定位技术的发展提供关键技术支撑。传统列控系统中主流列车定位方法主要有三种：一是采用基于速度传感器(包括轮轴传感器、多普勒雷达和测速电机等)的定位方法积分推算列车实时位置，二是应用地面点式应答设备更新列车当前位置，三是使用轨道电路进行列车的区间占用检测。传统定位方法各有不足，或依赖轨旁地面设备，建设、维护成本高，或基于运动推算，需要列车在运动状态并有初始化信息和误差校正，都无法完全实现列车自主定位。国内学者和机构针对列车自主定位中定位数据源组合方式、组合定位方法、地图匹配算法、数字轨道地图的构建己有一定积累，当前导航定位技术正在快速发展，从目前铁路应用领域对于列车自主定位的需求来看，可靠、高效的列车自主定位系统的研究仍有巨大的发展空间。

惯性导航系统(INS)以其全天候工作、不易受外界环境干扰等优势得到广泛应用，微机电系统(MEMS)由于其成本低、体积小、易于集成以及功耗低等优点，近年来成了惯性导航系统的首选器件，基于MEMS的惯性测量单元(IMU)能够测量载体运动的三轴陀螺信息和加速度信息，通过姿态解算就能够得到载体姿态，实现惯性导航。但是陀螺仪具有温度漂移特性，长时间运行漂移严重，并且积分运算会产生累积误差；加速度计易受载体震动和运动加速度的影响。当这几个传感器分别独立工作时，都会由于各自的局限性而导致较大的偏差，不能单独用于姿态的测量，而将多种传感器融合后，存在外部干扰多，可靠性和精度差的问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于抗差卡尔曼滤波的BDS/INS组合列车定位方法，以实现在多种传感器融合时，提高定位可靠性和精度的优点。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：

一种基于抗差卡尔曼滤波的BDS/INS组合列车定位方法，包括：

检测列车运行的零速场景，得到所述零速场景相对应的约束条件；

基于所述零速场景和相应的约束条件，获取误差模型；

基于所述零速场景选择相应的抗差卡尔曼滤波器；

将获取的所述误差模型的误差观测信息经选择的抗差卡尔曼滤波器修正解算后，得到修正的导航数据，