[实用新型]基于北斗、UWB及惯导的高精度列车定位终端

说明书

本实用新型提供了一种基于北斗、UWB及惯导的高精度列车定位终端，定位终端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。本实用新型采用北斗与惯性导航融合定位技术，弥补北斗信号较弱时，单北斗定位精度不足的问题，实现室外环境列车高速运动下的精确定位。

技术领域

本实用新型涉及列车北斗定位技术领域，具体是一种基于北斗、UWB及惯导的高精度列车定位终端。

背景技术

现有铁路机车定位主要采用应答器定位，建设、维护成本大，定位误差大。基于卫星定位导航技术是下一代列车信号控制系统及自动驾驶ATO等系统的重要组成部分，北斗卫星导航系统是中国自主实施、独立运行的全球卫星导航系统，具备高安全性和精确性，推广北斗卫星定位在铁路应用已经纳入铁路总公司实现智能铁路的重要工作。

在山区峡谷区域，北斗信号较弱，定位不够准确，在铁路隧道与车站之中，北斗信号无法覆盖，因此北斗卫星导航系统无法实施铁路机车的全线导航。

惯性导航定位不受外界环境的影响，但其长时间累积后定位误差较大，不能独立用于列车的定位导航。

UWB（Ultra Wide Band ）超宽带定位技术，采用了宽带脉冲通讯技术，利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，它具有极强的抗干扰能力，对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、能提供厘米级的定位精度等优点，但是其覆盖距离短，建设成本过大，高速运动中UWB信号不够稳定，定位误差变大。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术的问题，提供了一种基于北斗、UWB及惯导的高精度列车定位终端，采用北斗与惯性导航融合定位技术，弥补北斗信号较弱时，单北斗定位精度不足的问题，实现室外环境列车高速运动下的精确定位。

本实用新型提供了一种基于北斗、UWB及惯导的高精度列车定位终端，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。

本实用新型还提供了一种基于北斗、UWB及惯导的高精度列车定位方法，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：