论文摘要
随着我国的铁路事业不断向着高速化、稳定化的方向发展,对列车的精确定位及合理调度、确保行车安全是至关重要的。目前,我国传统列车定位方式比较单一,运行成本高,而且安装的设备有可能遭到损坏,同时受环境的影响较大,无法为列车实现精确定位,导致了行车的安全隐患。针对列车传统方式的缺陷,利用GPS定位系统辅助参与列车定位,这样能够为列车提供高精度的定位信息,有利于实现列车的综合调度,确保行车安全。本文首先在对GPS定位、DR定位以及GIS定位原理研究的基础上,分析了铁路GIS辅助DR定位的方法,针对该方法的局限性,将GPS定位方法与之相结合,组合成GPS/DR/GIS组合定位算法,同时利用查询/应答器对特殊地点实现定位修正,进一步提高定位精度。然后对列车组合定位滤波算法进行研究,重点分析了卡尔曼滤波算法,非线性的卡尔曼滤波算法以及联邦卡尔曼滤波算法,并利用联邦滤波器结构来设计组合定位系统,以及对组合系统进行状态方程的建模和各子系统观测方程的建模。最后利用MATLAB软件对组合系统进行仿真,通过分析与对比,可以看出GPS子系统的定位误差基本维持在+20m到-20m之间,相对稳定,而DR子系统的误差随时间而累积,采用组合定位方式,其定位误差基本维持在+10m到-10m之间,相比较于GPS与DR子系统单独定位时,定位精度明显提高。因此,采用信息融合的组合定位方式有利于提高系统的定位精度。最后在分析了嵌入式构成和特点的基础上,选择采用VxWorks嵌入式系统及其开发工具对组合系统进行设计,首先建立组合系统的VxWorks开发环境,然后对组合系统的软硬件进行设计,硬件设计主要有GPS模块与DR测速模块的设计,软件设计则主要是对串口通信模块、GPS定位数据解算、组合导航滤波模块以及网络通信模块进行设计,并利用Microsoft Visual C++软件实现人机界面。最后,进行试验测试,实现了组合导航的滤波算法,通过对试验的数据进行分析与对比,可以看出该组合导航系统较单一系统具有更好的定位精度,同时具有很好的实时性和可靠性。