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北斗导航系统RAIM技术在列车定位中的应用研究

赵妍  
【摘要】:随着高速铁路及北斗卫星导航系统的不断发展,基于北斗导航的定位方式受到人们越来越多的关注,它能全天时、全天候的为列车提供定位服务。以北斗卫星导航系统作为列车的主要定位方式时,不仅能提供定位服务外,还需具备良好的监测性能在出现故障卫星时向附近列车发出告警。RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring,接收机自主完好性监测)技术无需外部设备,是目前实现故障卫星检测与告警较为广泛的方法。列车对定位精度要求较高,而列车运行环境复杂多变,存在很多不确定因素,因此进一步研究RAIM技术对提高列车运行过程中的稳定性、安全性和高效性具有重要意义。本文在国内外对卫星导航定位研究的基础上,将RAIM技术引入BDS列车定位中,以提高列车定位精度为目标,对RAIM技术进行了深入研究。首先,介绍了国内外对RAIM技术在不同领域的研究成果和利用卫星定位技术在列车定位中的研究成果,对北斗卫星导航定位系统伪距定位原理及影响完好性的参数做了深入了解。其次,针对列车定位中因可见卫星数不足及卫星几何结构分布差导致的覆盖空洞问题,根据BDS检测原理,对观测模型进行线性化处理得到接收机伪距观测方程,考虑列车沿股道运行的特殊性结合列车航向角定义沿股道方向保护级别,构建最小二乘残差观测模型,利用改进最小二乘残差RAIM算法检测与识别故障卫星;针对高精度用户要求,对系统出现的微小缓变伪距偏差,利用相邻厉元测量的噪声的互不相关性和伪距偏差相关的特点,构造检验统计量,通过对可见卫星数的累加对传统奇偶空间矢量RAIM算法进行改进,实现对故障卫星的快速检测与识别。最后,利用差分模式验证传统最小二乘残差RAIM算法可用,根据相同青藏线实际数据对改进前后最小二乘残差RAIM算法保护级别的仿真进行对比,得到改进算法的保护级别、位置精度因子均较低,故障检测更准确;基于累加奇偶空间矢量RAIM算法对累加不同数量的健康可见卫星数进行仿真验证,对相同条件下系统出现微小持续故障、微小斜变故障、微小快变故障进行仿真,与传统奇偶空间矢量RAIM算法出现故障卫星的仿真进行对比,结果表明改进算法的检测速度快,在故障出现后能够快速识别,故障校测效率高。


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