列车定位的技术研究.pptxVIP

列车定位技术;一.列车定位研究的意义及现状 二.目前存在的问题 三.基于多传感器信息融合的列车定位技术 四.列车定位系统模型的建立 五.卡尔曼滤波;由于轨道交通列车运行密度高、车站间距近、安全性要求高，列车需要实时了解列车在线路中的精确位置，从而实时、动态地对每一列车进行监督、控制、调度及安全防护，在保证列车运行安全的前提下，最大限度地提高系统的效率，为乘客提供最佳服务。 列车定位方法的精度和可靠性是影响列车安全防护距离的重要因素之一，会关系到列车的运行间隔，会影响到轨道交通系统的效率；列车定位方法的机理和采用的传感器是影响列车运行控制系统制式的重要因素之一，会关系到可采用的闭塞制式，会影响到列车运行控制系统的兼容性和生命周期费用。所以列车运行控制系统的性能与列车定位子系统密不可分，在轨道交通行车安全和指挥系统中，实时、准确地获得列车速度和位置信息是列车安全、 高效运行的保障。 如何精确地检测列车的速度和位置以对列车的运行等进行控制是轨道交通运输系统的核心内容。因此对列车测速定位方法的深入研究对于推动列车运行控制系统的研究和轨道交通系统的发展具有重大和深远的意义。;常用列车定位方法;1、基于轨道电路的列车定位 可以实现列车定位，又可以检测轨道的完好情况；但 误差是一个轨道电路区段长度。 2、基于里程计累加测距的列车定位 通过累计车轮转数，计算出列车行驶过的里程。但存在空转、滑行轮径磨耗 带来的误差。 ;3、基于测速的列车定位 采用加速度传感器(陀螺仪)测量列车在三维空间的加速度， 然后通过积分计算获得， 也可以通过多普勒雷达测速方式测量。这是一种典型的增量式相对定位，缺点是积分造成累计误差。 4、基于查询／应答器的列车定位 间隔设置在铁路沿线上，列车经过应答器，车载查询器就会读取存储其上的位置数据信息，实现定位。优点是在地面应答器安装点的定位精度较高，缺点是只能给出点式定位信息，存在设置间距和投资规模的矛盾 ;5、基于无线通信的列车定位 在列车和铁路沿线上设置扩频无线电设备，利用先进的无线扩频通信、伪码测距和计算机信息处理技术，可以实现对列车的实时定位、跟踪。无线扩频列车定位的优点是定位比较精确，但需要在沿线设置专用扩频基站，投资成本较高。 6、基于GPS定位 可实现全球、全天候连续地实时导航与定位，操作简单，抗干扰性能好，但城市轨道交通因其自身环境限制不能使用。 ; ;三、基于多传感器信息融合的列车定位技术;结构设计;定性分析;融合方案; 信息融合的结构方案关系到测速定位系统的性能,对列车状态估计的精度和实时性有很大的影响,但是也不能忽视系统中的处理算法模型。“融合结构是框架,处理算法是内容”，没有好的融合结构,再好的处理算法也力不从心;没有好的处理算法,再好的融合结构也无从发挥，所以有了适当的融合结构,还要有适当的处理算法。下面就进行处理算法模型的设计算法的基本思想。 ;1.状态方程的建立 在城市轨道交通中,列车动量较大,而且列车的运作要遵循相关的准则，规章,正常情况下都是等速运行和等加速运行,而匀速运行动模型可以认为是加速度为高斯白噪声的匀加速运动模型所以比较适合用匀加速运动模型来描述城市轨道交通中的列车运动状态,即 ;式中l、v、a分别为列车的位置、速度和加速度分量;设w(t)是均值为,方差为?2,的高斯白噪声,相当于随机扰动加速度“可以看出,列车的加速度是改变列车状态的根源。令： 则状态方程为：; 离散化，取 ，根据速度和加速度的迭代公式 式中l(k)、v(k)和a(k)分别为k时刻列车的位置、速度和加速度分量; 分别为在k时刻影响列车位置、速度和加速度的系统噪声。用矩阵表示为： ;2.量测方程的建立 轮轴速度传感器的测量方程为： 加速度计的测量方程为： 多普勒雷达速度传感器的测量方程为： 其中V(k)为测量噪声，H(k)为测量矩阵。 ;综上所述的系统的公共状态方程为： 各传感器的观测方程为： ;五、卡尔曼滤波;五、卡尔曼滤波;联邦Kalman滤波器的一般结构如图;常规Kalman滤波可有两种方法:直接法和间接法，直接法Kalman滤波器接受各个传感器测量的测速定位参数,经过滤波融合计算,得到所有测速定位参数的最优估计值，直接法如下图;首先每个传感器要单独进行常规Kalman滤波,Kalman滤波给出的系统状态 估计递归算法为 状态估计值：;每个传感器经过常规Kalman滤波后得到各自的最优状态估计戈(k}k)及其协 方差矩阵月(k}k),再把各个局部滤波器的最优状态估计及协方差一起送到主 Kalman滤波器,进行全局状态的最优估计;要根据轮轴速度传感器!多普勒雷达速度传感器和加速度计的特性,以