基于轮轴测速辅助的列车卫星定位压制干扰检测方法

发布时间：2021-11-04 22:42

　　基于卫星导航的列车测速定位是我国新型列车控制系统的重要内容,常规的列车卫星定位方法研究主要关注其可用性及功能安全,在复杂铁路运行环境中,来自系统外部的卫星导航干扰信号可能对测速定位性能带来严峻威胁,如何对卫星定位干扰实施有效检测并进行隔离防护是确保列车测速定位性能的关键环节。基于卫星定位干扰作用原理,提出一种基于轮轴测速辅助的卫星定位压制干扰检测与防护方法,基于轮轴测速数据与轨道地图数据库构建卫星观测信息参考量,通过显著偏差检测与残差统计检验识别因干扰而性能降级的观测信息,并在最终定位解算中对其进行隔离。采用青藏铁路试验数据构建压制干扰注入测试环境,基于典型调幅干扰、相干连续波干扰场景测试结果表明,所提出的方法能够有效识别并排除因干扰导致的劣化观测信息,相对于未实施干扰检测与隔离的情况,定位误差标准差最多可降低41.90%、82.86%,该方法对于提升列车卫星定位的干扰防护能力及可信性水平具有重要意义。 

【文章来源】：铁道学报. 2020,42(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

列车卫星定位压制干扰场景

在多种列车测速定位方式中,轮轴测速测距是长久以来应用最为广泛的一种途径,在普速、高速及客货运列车中均被采用。新型列车控制系统中引入卫星定位降低对轨旁应答器、轨道电路的依赖,但为了弥补导航卫星空间信号可用性受限、受阻等问题带来的隐患,将卫星定位与轮轴速度传感器进行组合,实现功能冗余及数据融合,是一种相对简单且易于实现的方案。图2虚线框中给出了一种典型的卫星定位/轮轴测速组合结构的系统方案:卫星定位接收机与轮轴传感器接口单元作为感知源提供基础信息,轨道地图数据库作为纽带提供三维空间坐标与一维轨道空间的映射关系描述,定位计算处理单元实现数据融合逻辑运算、地图匹配以及最终的决策输出。为了能够对卫星定位可能受到干扰的状态进行检测与判定,由于压制干扰可能同时影响多个卫星定位接收机通道,单凭来自不同导航卫星的观测量之间的冗余性入手已无法满足检测需求,为此,借助轮轴测速提供的额外观测信息,由于其不受卫星导航干扰的影响,能够基于轨道地图数据库为卫星定位观测信息创建参考量,进而使准确识别干扰、明确干扰影响、隔离受扰观测成为可能。如图2所示,通过在常规列车测速定位系统中引入干扰检测器,为定位计算处理单元提供干扰检测与判别信息,能够使定位计算处理单元有效防范干扰带来的影响,提升定位系统干扰防护能力和鲁棒性,确保定位决策输出可信、安全。如图2所示,在常规系统结构中嵌入干扰检测器,干扰检测与防护主要涉及三方面信息流关系:

x ^ odo (t)-x F x E -x F = y ^ odo (t)-y F y E -y F = z ^ odo (t)-z F z E -z F ?????? ??? (7) ( x ^ odo (t)-x E ) 2 + ( y ^ odo (t)-y E ) 2 + ( z ^ odo (t)-z E ) 2 =d E ?????? ??? (8)在此基础上,运用导航卫星星历记录的卫星轨道参数、当前时间信息,能够算出各可见卫星的空间位置( x ˉ i(t), y ˉ i(t), z ˉ i(t)),进而求解各卫星观测信息的参考量。以卫星伪距观测为例,根据伪距观测模型,可计算第i颗卫星的伪距参考量 ρ ^ i(t)为

【参考文献】：
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本文编号：3476545