[发明专利]基于移动基线解算的列车完整性检测方法

权利要求书

1.一种基于移动基线解算的列车完整性检测方法，其特征在于，包括：

步骤S1、根据载波信号的传播过程，分别建立列车的车头和车尾的载波相位观测方程，对车头和车尾的载波相位观测方程做单差得到载波相位的单差方程，对不同卫星对应的载波相位的单差方程做单差得到双差载波相位的观测方程；

步骤S2、根据所述双差载波相位后的观测方程，建立卡尔曼滤波模型的系统方程和量测方程，根据卡尔曼滤波模型估计每一时刻的列车的状态矢量，根据所述状态矢量中的车头和车尾处两天线的相对位置计算移动基线的长度；

步骤S3、计算出所述移动基线的长度与给定的参考长度之间的差值，判定所述差值是否小于给定的阈值，如果是，则判定列车的完整性状态正常；反之，则判定列车的完整性异常。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S1具体包括：

S11：根据载波相位的定位误差得到车头和车尾两天线的载波相位观测方程如下；

式中，φ代表载波相位测量值；λ是载波信号的波长；ρ是卫星到天线的真实距离；I是电离层延迟误差；T是对流层的延迟误差；f是载波的频率；δt是天线的钟差；dt是卫星的钟差；N是整周模糊度；ε是难以定量描述的误差总和，包括天线噪声等；i代表第i颗卫星；b,r分别代表车头的基准站和车尾的辅助站；

S12：对车头车尾两天线之间的载波相位做时间对齐处理，若车头车尾的载波相位时间对齐成功，则进入步骤S13；反之，则继续S12，进入下一次的时间对齐；

S13：车头车尾的载波相位观测量的时间对齐成功，进行双差载波相位消除误差处理，并作为S3移动基线计算的输入：

S14：根据S13,与天线位置相关的部分为由以上推导，真实的双差距离可以写成：

S15：选定基准天线和辅助天线，假定基准天线的坐标为(x_b,y_b,z_b)，辅助天线的概略坐标为用基准天线b的位置作为天线r的概略位置，将辅助天线r到卫星的距离在其概略位置处一阶泰勒展开，得到：

式中，从天线的实际坐标与概略坐标的偏差记为(Δx,Δy,Δz)，也即两天线之间的相对位置；

一阶泰勒展开的系数表示基准天线指向卫星的方向余弦参数，定义三个轴方向的余弦参数分别为(l,m,q)，则有：

S16：将上式代入S14可得：

将所得的的展开式代入S13可得：

S17：假设在当前历元中，两天线同时观测到的卫星数目为n,选取一颗参考卫星，则可以得到(n-1)个双差方程，联立这些方程并写成矩阵的形式，得到载波相位的双差观测方程式：

-λφ＝HX-λΝ

其中，φ向量由天线测得的载波相位的观测值两次作差获得；H矩阵的求解需要卫星的位置和基准天线的概略位置，卫星的位置由天线输出的卫星星历解算，辅助天线的概略位置采用基准天线的位置；X是待求的基线向量；Ν由(n-1)个双差整周模糊度组成。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤S13中的双差载波相位消除误差包括以下步骤：

S131：将车头天线作为基准站，将车尾天线作为移动站，在基准站和移动站之间做站间差分消除与卫星和传播路径相关的误差，包括卫星的钟差，电离层和对流层的延迟误差；

式中，下标br表示在两天线之间作差的值；

天线同时跟踪多颗卫星的信号，假设同一时刻两天线观测到另一颗卫星j，同样得到卫星j对应的载波相位的单差方程：

S132：星间差分：将S131站间差分的基础上，选取高度角最好的一颗卫星作为参考卫星，将其他卫星对应的载波相位与参考卫星的载波相位之间做差，得到：

式中，上标ij表示在第i颗星和第j颗星之间作差。