基于多传感器融合的列车测速定位方法
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
０１ ０ １ 收 稿 日期 ２ １— ５ — ４
虑雷达校 正 、 同地 面反射 系数 等问题 ； 位推算 系统 不 航
受到传感 器本 身温漂 、 敏感度 等的影响 ， 短时 问内测 在
量具有较 高的精 度 ， 长 时 间使 用会 导致 较大 的 累积 但
误差， 因此在使用航位推算 系统 进行列 车测速定位 时 ，
需要解决 累积误差 的补偿 问题 。
作 者 简 介 张洋 ， ， 男 硕士研 究生 ， 事轨道 交通列 车运行 控制 系统 从
１２ 多传 感 器 信 息 融 合 方 法 ．
多传感器的信息融合要 完成 同源 、 同质 、 同源 、 非 非 同质的测量信号融合 ， 需要多领域融合算法 的支持 。现
ｌ 研 究背 景
基于通信的列车控制系统（ Ｂ Ｃ 是一种连续 的自动 ＣＴ ） 列车控制系统 ， 它利用高精度的列车定位 （ 不依赖于轨道 电路）采取双向连续 、 ， 大容量的车地数据通信 ， 依靠车载、 地面的安全功 能处理器来加以实现。高精度 的列车定位 技术是 Ｃ Ｔ Ｂ Ｃ系统的关键技术之一 ， 列车位置和速度信息 是移动闭塞 、 列车运行控制的重要参数 ， 精确的列 车位置 和速度信息能有效地提高行车效率和安全度。在城市轨 道交通系统 中， 列车需要交替运行在地下和地上 ， 运行环
境比较复杂 ， 单独依靠一种测速定位技术很难获得高精度 的列车位置和速度信息。因此 ， 研究多传感器融合技术 ，
就能够结合不同传感器的优点 ， 弥补各 自的缺点 ， 通过冗 余互补提供更加可靠 、 精确的列车速度和位置信息。
１ １ 测 速 定 位 技 术 ．
测速定位通过 不断测 量 列车 的运行 速度 、 对列 车 的 即时速度进行积分的方法 ， 得到列 车 的运行距离 ， 辅 助其他定 位方法（ 如查询一 应答器定位 、 电子地 图匹配 ）
以车轮转 动作 为采集 对象 间接 获取 列车 速度 ， 车轮磨 损产生的轮径变化 、 运行 过程 中 的空 转 和滑行 会产 生 较大的误 差。雷达 和航位推算 系统是直接 测量列 车速 度和距离 的方 式 ， 存在 车 轮磨损 、 不 空转 、 滑行 等造 成 的误差。但是 ， 多普勒雷达测速 方法 比较 复杂 ， 需要 考
张 洋 周 达 天 刘 宏杰 刘 波
（ 北京交通大学 电子信息工程学 院 北京 １０４ ） ０ ０４
摘
要
以 信 息 融 合 技 术 为 基 础 ， 究 以速 度 传 感 器 研
来 获取列 车的位 置信息 。下面 对几种主要 的测速测 距
方 法进 行 分 析 比较 。
为核 心 的 多传 感 器 融合 列 车测 速 定 位 系统 ； 通过 列 车 打 滑试验 ， 验证 和 分析 该 测速 定位 系统 的 空 滑检 测 和
都 市 快 轨 交 通 ・第 ２ ４卷 第 ４期 ２ １ 年 ８月 ０１
热 点研 讨 ． ． Ｉ
ｄｉ１．９ ９ ｊｉ ｎ １７ ６ ７ ．０ ０ ．０ ｏ ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ６ ２— ０ ３ ２ １ ． ４ ０ ８ ｓ １
基 于 多传 感器 融合 的列 车
测 速 定 位 方 法
３ ）航位推 算系统 （ ｅｄｒ ｋｎ ｇ Ｄ 在航 天 、 ｄ ａ ｅ ｏｉ ， Ｒ） ｃ ｎ 航
空和航海领域得 到 广泛应 用 ， 位推 算 系统一 般使用 航
惯性传感 器作 为航 向传感 器 和位移 传感 器 ， 有不 与 具
外 界 发生 光 电联 系 和不 受 气 候 条 件 限制 的 特 点 。 随 着
关 键 词 城 市 轨 道 交 通 基 于 通 信 的 列 车 运 行 控 制Hale Waihona Puke Baidu 多 传 感 器 融 合 中图分类 号 文章 编号 列车 测速 定位 文献标 识码 北 京 地 铁 亦 庄 线 Ａ
Ｕ ３ ． ２ １７
１７ ６ ７ （０ １ ０ ０ ３ ０ ６ ２— ０ ３ ２ ｌ ） ４— ０ ０— ３
的研 究 ，ｈ ｎ ｙ ｎ ＠ ｂｔ ｄ ｏ ｚ ａ ｇ ａ ｇ ｊ ｅ ｕ ｃ ｍ ｕ
基 金项 目 北 京市 科委 项 目（ ０ １０４ ６０ ０ ） Ｄ１１００ ９ １０ ２
３ ０ Ｕ Ｂ ＮＲ ＰＤＲ ＩＴ Ａ Ｓ Ｒ Ａ Ａ Ｉ ＡＬ Ｒ Ｎ Ｉ Ｔ
惯性传感器 的民用普 及 和成本 降低 ， 它成 为列 车测 速
测 距 的一 种 可选 方 案 。
脉冲转速传 感器 技术 的发 展 已经相 对成 熟 ， 实 在
际应用中实现 比较 简单 ， 能提供 高精度 、 字化 的速度 数
和距离信 息 ， 因此 近年来得 到了广泛应 用 。但是 ， 由于
误 差补偿 能 力
１ ）脉冲转速传感器（ｄｍ ｔ ） ｏｏ ｅ ｒ 是通过列车车轮转动 ｅ
产生数字脉冲， 出脉冲信号通过信号处理后 ， 输 可直接输 入微处理器进行计算， 得到高测量精度的速度 、 距离信息。
２ ）多普勒雷达 （ ｏ ｐ ｒ ａ ａ） 靠雷达 向地 面发 Ｄ ｐｌ ｄｒ依 ｅｒ 射 的信号 ， 检查雷达 回波频率 与发射信号频 率 的不 同 ， 根 据多普勒效应 计算 列车 的运 行方 向和 速度 ， 再对 列 车的速度 进行积分 ， 得到列车 的运行距离 。
虑雷达校 正 、 同地 面反射 系数 等问题 ； 位推算 系统 不 航
受到传感 器本 身温漂 、 敏感度 等的影响 ， 短时 问内测 在
量具有较 高的精 度 ， 长 时 间使 用会 导致 较大 的 累积 但
误差， 因此在使用航位推算 系统 进行列 车测速定位 时 ，
需要解决 累积误差 的补偿 问题 。
作 者 简 介 张洋 ， ， 男 硕士研 究生 ， 事轨道 交通列 车运行 控制 系统 从
１２ 多传 感 器 信 息 融 合 方 法 ．
多传感器的信息融合要 完成 同源 、 同质 、 同源 、 非 非 同质的测量信号融合 ， 需要多领域融合算法 的支持 。现
ｌ 研 究背 景
基于通信的列车控制系统（ Ｂ Ｃ 是一种连续 的自动 ＣＴ ） 列车控制系统 ， 它利用高精度的列车定位 （ 不依赖于轨道 电路）采取双向连续 、 ， 大容量的车地数据通信 ， 依靠车载、 地面的安全功 能处理器来加以实现。高精度 的列车定位 技术是 Ｃ Ｔ Ｂ Ｃ系统的关键技术之一 ， 列车位置和速度信息 是移动闭塞 、 列车运行控制的重要参数 ， 精确的列 车位置 和速度信息能有效地提高行车效率和安全度。在城市轨 道交通系统 中， 列车需要交替运行在地下和地上 ， 运行环
境比较复杂 ， 单独依靠一种测速定位技术很难获得高精度 的列车位置和速度信息。因此 ， 研究多传感器融合技术 ，
就能够结合不同传感器的优点 ， 弥补各 自的缺点 ， 通过冗 余互补提供更加可靠 、 精确的列车速度和位置信息。
１ １ 测 速 定 位 技 术 ．
测速定位通过 不断测 量 列车 的运行 速度 、 对列 车 的 即时速度进行积分的方法 ， 得到列 车 的运行距离 ， 辅 助其他定 位方法（ 如查询一 应答器定位 、 电子地 图匹配 ）
以车轮转 动作 为采集 对象 间接 获取 列车 速度 ， 车轮磨 损产生的轮径变化 、 运行 过程 中 的空 转 和滑行 会产 生 较大的误 差。雷达 和航位推算 系统是直接 测量列 车速 度和距离 的方 式 ， 存在 车 轮磨损 、 不 空转 、 滑行 等造 成 的误差。但是 ， 多普勒雷达测速 方法 比较 复杂 ， 需要 考
张 洋 周 达 天 刘 宏杰 刘 波
（ 北京交通大学 电子信息工程学 院 北京 １０４ ） ０ ０４
摘
要
以 信 息 融 合 技 术 为 基 础 ， 究 以速 度 传 感 器 研
来 获取列 车的位 置信息 。下面 对几种主要 的测速测 距
方 法进 行 分 析 比较 。
为核 心 的 多传 感 器 融合 列 车测 速 定 位 系统 ； 通过 列 车 打 滑试验 ， 验证 和 分析 该 测速 定位 系统 的 空 滑检 测 和
都 市 快 轨 交 通 ・第 ２ ４卷 第 ４期 ２ １ 年 ８月 ０１
热 点研 讨 ． ． Ｉ
ｄｉ１．９ ９ ｊｉ ｎ １７ ６ ７ ．０ ０ ．０ ｏ ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ６ ２— ０ ３ ２ １ ． ４ ０ ８ ｓ １
基 于 多传 感器 融合 的列 车
测 速 定 位 方 法
３ ）航位推 算系统 （ ｅｄｒ ｋｎ ｇ Ｄ 在航 天 、 ｄ ａ ｅ ｏｉ ， Ｒ） ｃ ｎ 航
空和航海领域得 到 广泛应 用 ， 位推 算 系统一 般使用 航
惯性传感 器作 为航 向传感 器 和位移 传感 器 ， 有不 与 具
外 界 发生 光 电联 系 和不 受 气 候 条 件 限制 的 特 点 。 随 着
关 键 词 城 市 轨 道 交 通 基 于 通 信 的 列 车 运 行 控 制Hale Waihona Puke Baidu 多 传 感 器 融 合 中图分类 号 文章 编号 列车 测速 定位 文献标 识码 北 京 地 铁 亦 庄 线 Ａ
Ｕ ３ ． ２ １７
１７ ６ ７ （０ １ ０ ０ ３ ０ ６ ２— ０ ３ ２ ｌ ） ４— ０ ０— ３
的研 究 ，ｈ ｎ ｙ ｎ ＠ ｂｔ ｄ ｏ ｚ ａ ｇ ａ ｇ ｊ ｅ ｕ ｃ ｍ ｕ
基 金项 目 北 京市 科委 项 目（ ０ １０４ ６０ ０ ） Ｄ１１００ ９ １０ ２
３ ０ Ｕ Ｂ ＮＲ ＰＤＲ ＩＴ Ａ Ｓ Ｒ Ａ Ａ Ｉ ＡＬ Ｒ Ｎ Ｉ Ｔ
惯性传感器 的民用普 及 和成本 降低 ， 它成 为列 车测 速
测 距 的一 种 可选 方 案 。
脉冲转速传 感器 技术 的发 展 已经相 对成 熟 ， 实 在
际应用中实现 比较 简单 ， 能提供 高精度 、 字化 的速度 数
和距离信 息 ， 因此 近年来得 到了广泛应 用 。但是 ， 由于
误 差补偿 能 力
１ ）脉冲转速传感器（ｄｍ ｔ ） ｏｏ ｅ ｒ 是通过列车车轮转动 ｅ
产生数字脉冲， 出脉冲信号通过信号处理后 ， 输 可直接输 入微处理器进行计算， 得到高测量精度的速度 、 距离信息。
２ ）多普勒雷达 （ ｏ ｐ ｒ ａ ａ） 靠雷达 向地 面发 Ｄ ｐｌ ｄｒ依 ｅｒ 射 的信号 ， 检查雷达 回波频率 与发射信号频 率 的不 同 ， 根 据多普勒效应 计算 列车 的运 行方 向和 速度 ， 再对 列 车的速度 进行积分 ， 得到列车 的运行距离 。