列车组合定位系统故障检测与隔离算法的研究

【摘要】： 列车定位系统是保证列车运行控制系统可靠工作的基础。目前常用的是基于多传感器的列车组合定位系统。此类系统用两种或两种以上的定位传感器对列车位置进行测量,并将测量数据融合输出列车定位信息。组合定位系统可以提高系统的可靠性和容错能力,利用传感器的冗余信息进行故障检测,将正常的子系统进行重构,继续完成定位任务,因此故障检测与隔离是保证列车可靠定位的关键技术。 本文首先分析并比较了主要的故障检测与隔离算法。详细论述了基于小波变换的故障检测与隔离算法,讨论了利用故障信号的奇异性来检测传感器故障。故障通常表现为输出信号发生突变,即信号的奇异点。小波变换的模极大值集中体现了信号的奇异性,可以很好用于信号突变的检测。传感器信息经过小波变换后,对小波变换的模极大值进行处理,从中提取细节突变成分,利用基于模糊逻辑的故障检测策略进行故障的判决,然后按照设置的隔离策略对故障传感器进行隔离并重构系统,继续为列车提供定位信息。 为了验证基于小波变换的故障检测与隔离算法,本文设计了列车组合定位系统平台,该平台集成了用于列车定位的各种传感器、车载计算机等设备。在该平台上利用半实物仿真的方法,将GPS/IMU/ODO组合定位的实测数据加入特定类型的故障,进行了各种传感器的故障模拟,然后通过基于小波变换的故障检测算法,对各类传感器故障分别检测,并且测试了无故障检测算法与有故障检测算法对系统定位效果的影响。仿真具有一定的实用价值。 实验证明,通过基于小波变换的故障检测算法能够很好的检测传感器故障,降低了虚警率与漏检率,能够对传感器故障进行较精确的定位,并对故障进行隔离与系统动态重构,提高了定位的精度并增强了定位系统的可靠性,该组合定位系统的定位效果良好。