【摘要】 本发明提供一种数字轨道地图辅助GPS实现精确列车定位方法及系统。该列车定位方法主要包括GPS完好性监测算法和列车定位解算算法两个子算法。GPS完好性监测算法通过建立一种基于轨道的本地坐标系，并把WGS-84坐标转换为基于轨道的本地新坐标系，用数字轨道地图提供的地理信息来构建余度方程和约束条件，从而监测GPS伪距观测量；列车定位解算算法负责建立列车位置解算模型和速度解算模型，并综合这两种模型实现列车定位解算功能。本发明所提出的列车定位方法不仅能在GPS完备条件下有效地提高列车定位的精度和稳定性，而且还能在GPS不完备条件下提供较高精度的列车定位结果。 【专利类型】发明授权 【申请人】北京交通大学 【申请人类型】学校 【申请人地址】100044 北京市西直门外上园村3号 【申请人地区】中国 【申请人城市】北京市 【申请人区县】海淀区 【申请号】CN200810118753.7 【申请日】2008-08-21 【申请年份】2008 【公开公告号】CN101357643B 【公开公告日】2010-12-15 【公开公告年份】2010 【授权公告号】CN101357643B 【授权公告日】2010-12-15 【授权公告年份】2010.0 【IPC分类号】B61L25/02 【发明人】蔡伯根; 王剑; 李翀 【主权项内容】1.一种数字轨道地图辅助GPS实现精确列车定位的方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1、输入系统数据，进行数据提取及处理，其进一步包括：提取GPS接收机的卫星星历及伪距等观测数据；以及，包括股道精确地理信息的数字轨道地图数据库； 步骤2、实现数字轨道地图辅助的GPS完好性监测算法，所述的GPS完好性监测算法是指：其一，建立一种基于轨道线路的本地坐标系，把WGS-84坐标转换为基于轨道的本地新坐标系；其二，监测GPS伪距观测量； 步骤3、实现数字轨道地图辅助的列车定位解算算法，其包括：利用数字轨道地图信息辅助进行列车的位置解算；利用数字轨道地图信息辅助进行列车的速度解算；以及根据权值综合定位结果； 所述利用数字轨道地图信息辅助进行列车的位置解算为： 其一，建立常规的GPS定位解算方程： 其中， 为WGS-84坐标系下的坐标与地心大地坐标系下的坐标间的转换矩阵； 其二，在GPS定位解算方程中加入轨道区段的地图信息，并令： 则GPS观测方程就可写成： 式中，Δρi为第i颗卫星相对于初始假设位置的伪距偏差；λk为k时刻经度解算结果； 为k时刻纬度解算结果；Δλk+1为k+1时刻经度解算的修正； 为k+1时刻纬度解算的修正；Δhk+1为k+1时刻获得的高度修正；Δtk+1为k+1时刻的接收机钟差； 其三，最小二乘估算，其最小二乘估计解可以表示为： 其中， 这样，在假设列车高程不变的情况下，就可以获得列车位置的经纬度坐标修正及接收机钟差； 所述利用数字轨道地图信息辅助进行列车的速度解算为： 在GPS解算方程中加上轨道区段地理信息对列车运行速度方向的限制条件，其速度解算模型可以描述为： 式中， 为第i颗卫星的伪距变化率；veast，k、vnorth，k分别为k时刻解算获得的列车东向和北向运行速度；veast，k+1、vnorth，k+1分别为k+1时刻解算获得的列车东向和北向运行速度； 为接收机钟差变化率；v为量测噪声；klat/long为单位纬度与单位经度所对应的实际长度之比；Gdoppler是与GPS伪距变化率、接收机速度和钟差变化率相对应的观测方程的观测矩阵，其估算方程如下： 式中， 为地球在经纬度 位置的东西向曲率半径， 为地球在经纬度 位置的子午线曲率半径； 所述根据权值综合定位结果具体是指：通过给上述两个解算模型分配一定的权重来综合列车定位结果，得到最终的列车位置坐标，所述分配一定的权重具体方法如下： 假设利用位置解算模型进行定位获得的结果所带的均方距离误差(DRMS)大小为σpos；利用速度解算模型进行定位获得的结果所带的均方距离误差大小为σvel；模型所分配的权重大小取决于两种模型各自定位的误差和HDOP值的大小，权重w表示为： 其中，HDOP值的计算过程如下： 假设δLn为GPS观测量Ln的误差矢量， 为用户坐标修正 的误差矢量，GnT为GPS定位解算观测矩阵，则 的协方差矩阵为： 每颗卫星都具有各自的测距误差，若它们都是彼此独立的，并且方差均为确定值σ02；则 其中，I为n×n阶单位矩阵；因此： 令 则GPS定位的水平精度因子可用测距误差σ0表示为： HDOP＝(h11+h22)1/2σ0； 最终的列车定位解算结果定义为： 式中，Sk，pos为k时刻通过最小二乘估计获得的位置定位结果；vk为k时刻的速度定位结果；Δtk+1/k为采样时间间隔；Sk+1为k+1时刻最终的定位结果； 步骤4、输出列车位置估计的数据。 【当前权利人】北京交通大学 【当前专利权人地址】北京市西直门外上园村3号 【统一社会信用代码】1210000040088209X1 【被引证次数】4 【被自引次数】2.0 【被他引次数】2.0 【家族被引证次数】39
