基于非線性濾波的列車組合定位信息融合算法研究.pdf

1、獲取列車精確位置是實施列車運行控制、保證列車運行安全、縮短運行時間、提升運輸效率的前提與保障。近年來，基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)/航位推算(GlobalNavigation Satellite System/Dead Reckoning，GNSS/DR)的組合定位方法得到了長足發(fā)展，引入GNSS/DR組合定位系統(tǒng)作為現(xiàn)有列車定位系統(tǒng)的補充十分必要。GNSS/DR列車組合定位系統(tǒng)的核心是信息融合算法，根據(jù)列車運行線路可能面臨的山地峽谷等復雜環(huán)境

2、，尋求一種性能更優(yōu)且更滿足鐵路定位需求的非線性信息融合濾波算法，可以有效提升所獲取列車位置的精確性與可靠性。
　　論文根據(jù)列車運行環(huán)境特征和列車動力學特性，建立了GNSS/DR組合定位系統(tǒng)信息融合模型，設計了分布式GNSS/DR信息融合估計算法，從衛(wèi)星定位過程本身、GNSS/DR組合定位兩個層級實現(xiàn)了定位算法的優(yōu)化和信息的有效融合。
　　論文完成的主要研究共工作包括：
　　(1)根據(jù)列車運行加減速平緩、轉(zhuǎn)彎半徑較大、爬

3、坡和下降過程平穩(wěn)等運動學特性，選用“當前統(tǒng)計”動力學模型，同時考慮GNSS、航位推算系統(tǒng)傳感器的觀測特性，完成了列車狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型和觀測模型的構建。
　　(2)基于貝葉斯估計框架分析、比較了擴展卡爾曼濾波、標準粒子濾波、擴展卡爾曼粒子濾波等非線性信息融合估計算法，基于粒子濾波和列車運行軌跡的受限約束條件，提出了一種結合軌道約束的改進型粒子濾波融合估計方法。
　　(3)針對復雜列車運行環(huán)境下衛(wèi)星定位可能因多徑效應導致觀測誤差統(tǒng)計

4、特性存在不確定性，建立了衛(wèi)星定位接收機原始觀測誤差模型，采用Dirichlet過程混合模型這一貝葉斯非參數(shù)模型策略，用于衛(wèi)星定位接收機的非線性濾波計算，實現(xiàn)對列車位置及運行狀態(tài)的準確估計。
　　論文為驗證所提出的非線性估計方法的性能，搭建了實驗平臺，結合青藏鐵路現(xiàn)場實驗以及仿真實驗結果，與其他非線性濾波估計方法進行了比較，用于對本文所提出方法的可行性及性能分析，結果表明，論文提出的列車組合定位非線性信息融合估計方法能夠在復雜不確定