探索gps辅助列车完整性检查的算法研究与实现

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1、北京交通大学硕士学位论文GPS辅助列车完整性检查的算法研究与实现姓名：刘洪志申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：蔡伯根20080601中文摘要摘要：在低成本列车运行控制系统中，列车定位不再依赖于轨道电路，在该系统中，列车完整性检查成为保障列车安全运行的重要方面。GPS以其性能好、精度高、成本低的优势已在交通、测绘、军事等领域中得到广泛应用，因此将GPS技术应用于辅助列车完整性检查是一个新的值得研究的方向。常规GPS定位要求观测4颗卫星才能定位，且对观测卫星的选择有一定的要求。而在GPS辅助列车完整性检查系统中，车尾的GPS天线只能安装在列车

2、后部的车钩处，列车前进方向的GPS卫星信号被车厢遮挡，造成GPS定位条件不完备(观测卫星少于4颗或卫星位置差)，常规卫星定位方法受到限制，无法输出定位解算的结果。针对这一问题，本文提出在GPS不完备条件下三星定位辅助列车完整性检查的方法，该方法实现的关键技术是在不完备条件下的列车三星定位算法。不同于四星三维定位的传统模式，该方法利用站心坐标系建立原理，以能精确定位的车头为站心坐标系原点，建立坐标系，将车尾接收机以及三颗观测卫星投影在车头所在水平面上，实现三星二维定位模式；在观测卫星大于3颗的情况下，利用残差法对多卫星组合定位数据进行决策优化，得出列车车尾坐

3、标，从而通过计算列车头尾的相对位置实现列车完整性的检查。本论文对这种算法进行了详细的理论描述和数学推导，并设计实现了GPS列车完整性检查算法模拟软件。最后通过分析实地模拟列车完整性检查实验获得的数据，对算法进行验证，验证结果表明本论文提出的列车完整性检查算法满足列车完整性检查的要求。关键词：坐标变换；站心坐标系；三星定位；定位决策；列车完整性检查；分类号：P228．4：U283．5ABSTRACTABSTRACT：In10Wcosttraincontr01system，thetrainpositioningcannotrelyonthet“lckcircu

4、it．Trainintegritymonitoringasapartofthesystemplaysanimportantroleofensuringthetrainsafety．GPS(GlobalPositioningSystem)iswidelyusedforitsgoodperformance，highprecisionandlowcostinthefieldoftransportation，mapping，militaryandSOon．ApplyingGPStoTrainIntegrityMonitoringisanewdirectionofr

5、esearch．Conventionallyatleast4visiblesatellitesarerequiredandcertaincombinationofvisiblesatellitesiSchosentoobtainGPSfix．IntheprocessoftrainIntegritymonitoring，theavailabilityandaccuracyofGPS．basedsystemsCanbedegradedduetoblockingofthesatellitesignalsattheendofthetrainwhichleadtoi

6、ncompletecondition(1essthanfoursatellitesarevisible)andtheGPSsolutionisinvalidusingconventionalmethods．AmethodoftrainintegritymonitoringaidedbyGPSpositionwiththreesatellitesinincompleteconditionisproposedinthethesis．Thekeytechnologyisthepositioningalgorithmonlyusingthreesatellites

7、inincompletecondition．Basedonthetheoryofcoordinatetransformationintopocentricterrestrialcoordinatesystem，thecoordinatesoftheendoftrainandobservedsatellitesCanbeprojectedontoplaneofcoordinatewiththeoriginattheheadoftrain．Thetheoryachievesanewmodeofpositioningwiththreesatellitesonpl

8、anewhichisdifferentfromtheconvent