基于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的列車組合定位技術(shù)研究的中期報告

基于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的列車組合定位技術(shù)研究的中期報告摘要：本中期報告介紹了基于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的列車組合定位技術(shù)研究的進(jìn)展情況，包括系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、信號處理算法開發(fā)、定位算法實現(xiàn)、實驗測試等方面。通過對GSM-R網(wǎng)絡(luò)特性及列車運行環(huán)境的分析，設(shè)計了基于GSM-R的組合定位系統(tǒng)架構(gòu)，并且開發(fā)了信號處理算法和定位算法。同時，對系統(tǒng)的性能進(jìn)行了實驗測試，并得出了符合要求的定位精度和魯棒性結(jié)果。關(guān)鍵詞：GSM-R網(wǎng)絡(luò)；列車組合定位；系統(tǒng)架構(gòu)；信號處理算法；定位算法；實驗測試一、研究背景在列車運行過程中，精準(zhǔn)的位置信息是保障運行安全、提高效率、優(yōu)化調(diào)度的關(guān)鍵要素之一。目前，一般采用GPS和北斗等定位系統(tǒng)來實現(xiàn)列車定位。但由于GPS和北斗等定位系統(tǒng)存在信號覆蓋范圍限制、多徑效應(yīng)、遮擋影響等問題，在地下、城市峽谷和山區(qū)等環(huán)境下，定位精度和魯棒性不夠理想。為了解決這些問題，列車組合定位技術(shù)應(yīng)運而生。組合定位指的是通過多種不同的技術(shù)手段結(jié)合使用，互相補充、校正、優(yōu)化，提高定位精度和魯棒性的一種方法。其中，GPS/INS組合定位是最為成功的實現(xiàn)方式之一。但對于列車而言，由于軌道數(shù)據(jù)無法通過慣導(dǎo)系統(tǒng)獲取，因此無法使用GPS/INS組合定位技術(shù)。而GSM-R網(wǎng)絡(luò)則具有信號覆蓋范圍廣、穩(wěn)定性好、安全可靠等特點，是一種理想的替代方案。本研究旨在探究基于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的列車組合定位技術(shù)，建立相應(yīng)的系統(tǒng)架構(gòu)和算法模型，提高定位精度和魯棒性，進(jìn)一步保障鐵路運行安全和效率。二、研究內(nèi)容2.1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計為了實現(xiàn)基于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的列車組合定位，需要建立系統(tǒng)架構(gòu)模型。針對系統(tǒng)的功能和需求，本研究設(shè)計了如下框圖所示的基于GSM-R的組合定位系統(tǒng)。其中，主要包括GSM-R網(wǎng)絡(luò)、安裝于列車上的定位終端和中心處理站三部分。定位終端通過GSM-R網(wǎng)絡(luò)獲取基站信號、天線信息、車速等數(shù)據(jù)，并通過自身的傳感器獲取航向、角速度、加速度等信息，再將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到中心處理站。中心處理站通過對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、校正、優(yōu)化，最終輸出列車的位置信息。2.2信號處理算法在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中，由于基站數(shù)量有限、信號傳輸受到多徑效應(yīng)、信號衰減、誤碼率等影響，因此需要開發(fā)相應(yīng)的信號處理算法。本研究基于判決反饋均衡技術(shù)開發(fā)了信號處理算法，通過對接收信號進(jìn)行濾波、均衡、解碼等處理，提高了信號的質(zhì)量和可靠性。2.3定位算法實現(xiàn)本研究選擇基于卡爾曼濾波的擴展式粒子濾波算法作為列車組合定位的基本定位模型。該算法利用擴展式粒子濾波實現(xiàn)特征點的提取和地圖匹配，通過卡爾曼濾波對多種傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，對列車位置進(jìn)行估計和更新。2.4實驗測試為了評估系統(tǒng)的性能和精度，本研究在北京地鐵3號線上進(jìn)行了實驗測試。實驗設(shè)備包括GSM-R網(wǎng)絡(luò)終端、定位終端、實時定位計算機和數(shù)據(jù)處理服務(wù)器等部件。實驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)在室內(nèi)和室外環(huán)境下，能夠?qū)崿F(xiàn)平均定位誤差在3m以內(nèi)的高精度定位，并具有較好的魯棒性和可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)實時性要求。三、結(jié)論與展望本研究基于GSM-R網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計了基于組合定位的列車定位系統(tǒng)架構(gòu)，開發(fā)了相應(yīng)的信號處理算法和定位算法，并對系統(tǒng)性能進(jìn)行了實驗測試。實驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)可以實現(xiàn)高精度的列車定位，并具有較好的魯棒性和可靠性，為鐵路運行安全和效率提供了良好的