列车组合定位系统可信性研究

论文摘要

列车实时定位是列车运行控制系统的重要组成部分,利用GNSS和IMU的列车组合定位系统实现定位是当前列车实时定位发展的方向。因此研究列车组合定位系统的可靠性,提高系统的可信性,具有重要的实际意义。从列车组合定位系统可信性研究的问题出发,分析了可信性的概念,以及可信性属性的描述方法,并针对列车组合定位系统的特点,将系统的可信性问题分配到列车组合定位系统的失效模式以及输出状态上。从可信性列车组合定位系统结构设计原则出发,在分析了组合定位系统工作状态和输出误差定义的基础上,提出了“二乘二取二”的可信列车组合定位系统,并对该系统下的可信性性能从理论层面使用可靠性框图方法做了分析。根据铁路安全相关标准,利用可靠性分析故障树分析方法,分析了列车组合定位系统这一安全相关系统的传感器子系统和系统本身硬件的可靠性性能,计算了平均每小时失效概率,对其安全完整性等级进行了定义；本文在分析了GNSS和IMU系统定位精度和误差来源的基础上,提出了一种基于加权奇偶矢量的保护距离计算方法,该方法利用列车组合定位系统不同传感器的工作状态赋予对应权值表征定位结果的实时误差,报告定位结果的可用性,改善了系统的可信性服务水平。最后用基于GNSS/IMU的列车组合定位系统在青藏线进行了实际的列车定位测试数据采集,并将定位传感器结果用于算法及系统的验证、比较和分析,测试验证了算法的有效性,并从误差估计的效果角度对算法进行了评价,并提出了不足和改进建议。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 组合定位系统可信性国内外研究现状
• 1.2.1 组合定位系统结构设计研究现状
• 1.2.2 组合定位系统可信性参数评估研究现状
• 1.2.3 组合定位系统可信输出研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 2 列车组合定位系统可信性问题
• 2.1 可信性概念
• 2.2 可信性属性描述
• 2.2.1 可靠性描述
• 2.2.2 安全性描述
• 2.3 系统可信性问题分配
• 2.3.1 列车组合定位系统失效模式
• 2.3.2 列车组合定位系统输出状态
• 3 列车组合定位系统可信结构设计
• 3.1 列车组合定位系统结构设计
• 3.1.1 冗余设计
• 3.1.2 IEC61508-6参考结构
• 3.1.3 二乘二取二结构
• 3.1.4 系统结构设计
• 3.2 指导结构设计的理论方法
• 3.2.1 可靠性框图分析方法
• 3.2.2 硬件的平均失效概率
• 3.3 系统设计结果分析
• 4 列车组合定位系统可信性参数评估
• 4.1 可信性建模分析方法
• 4.1.1 基于组合的可信性建模方法
• 4.1.2 故障树分析方法
• 4.2 传感器子系统安全参数分析
• 4.2.1 GNSS子系统状态分析
• 4.2.2 IMU子系统状态分析
• 4.3 故障树法计算平均失效概率
• 5 列车组合定位系统输出状态监测
• 5.1 奇偶矢量误差估计方法
• 5.1.1 常规奇偶矢量法
• 5.1.2 列车组合定位系统误差估计
• 5.2 列车组合定位系统输出状态表示
• 5.3 实时定位误差估计算法
• 6 结论与展望
• 6.1 论文的主要工作和结论
• 6.2 进一步研究与展望
• 参考文献
• 图索引
• 表索引
• 作者简历
• 学位论文数据集