[发明专利]基于北斗、UWB及惯导的高精度列车定位终端及定位方法

权利要求书

1.一种基于北斗、UWB及惯导的高精度列车定位终端，其特征在于：包括主控模块以及与主控模块连接的北斗定位模块、惯性导航模块、UWB定位模块、通信模块，北斗定位与惯性导航模块组合利用北斗和惯导输出的位置信息之插值为测量值，用卡尔曼滤波器惯导系统的误差，然后对惯性导航及北斗导航进行反馈校正，将导航参数估计值反馈到惯导与北斗导航系统内部进行校正；通信模块负责对定位数据的发送及差分数据的接入，具备全网通功能，针对铁路通信要求需兼容铁路专网GSM-R或LTE-R。

2.一种基于北斗、UWB及惯导的高精度列车定位方法，其特征在于包括以下步骤：

1）北斗定位与惯性导航组合利用北斗和惯导输出的位置信息之插值为测量值，用卡尔曼滤波器惯导系统的误差，然后对惯性导航及北斗导航进行反馈校正，将导航参数估计值反馈到惯导与北斗导航系统内部进行校正；

2）在室外列车定位时，北斗定位利用RTK差分技术，实现列车高速运动状态下精确定位，同和与惯性导航进行组合，组合定位过程中，判断是否满足每次获取卫星信号时的可见卫星数大于6，卫星的水平精度因子小于2.0，如果满足，卫星信号有效，采用卫星/惯性导航系统对所述列车进行组合定位； 否则，判断卫星信号无效，只利用惯性导航模块对列车进行定位；

3）UWB定位与惯性导航组合利用UWB和惯导输出的位置信息之插值为测量值，用卡尔曼滤波器惯导系统的误差，然后对惯性导航及UWB进行反馈校正，将导航参数估计值反馈到惯导与UWB系统内部进行校正；

4）UWB采用TOF模式实现对列车的定位，采用双边双向测距方式，通过三次测距通信操作得出4个时间差值并进一步计算测距值；

5）对UWB模块进行修改：

6） 当列车行驶在隧道、车站等环境中，进行北斗定位与UWB定位的切换，主控模块根据北斗卫星信号及UWB信号条件，自适应的选择定位的组合方式；

7）通信模块负责对定位数据的发送及差分数据的接入，具备全网通功能，针对铁路通信要求需兼容铁路专网GSM-R或LTE-R。

3.根据权利要求1所述的基于北斗、UWB及惯导的高精度列车定位终端，其特征在于：步骤5）所述的UWB模块进行修改具体如下：

5.1）增加AFT高速移动自适应算法和改进同步算法，以适应多普勒频率测量和相位跟踪处理；

5.2）在UWB基站电路中提高极窄脉冲的同步和跟踪精度，改善因时延造成的定位误差；

5.3）采用高速处理电路和器件，每秒输出定位数据频率不低于50Hz，保证高速物体的定位精度。

4.根据权利要求1所述的基于北斗、UWB及惯导的高精度列车定位终端，其特征在于：步骤6）所述的组合方式如下：

6.1）在进入隧道的过程中，卫星信号不断变差，且接收到UWB信号后，选择UWB与惯性导航的组合定位方式；

6.2）当离开隧道时，超出UWB信号覆盖范围，卫星信号质量变好，选择北斗导航与惯性导航的组合定位方式。