检索结果-内蒙古大学图书馆

铁道学报 2022年第12期44卷 46-55页

作者：刘宇航巴晓辉蔡伯根姜维王剑北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

快速测试导航接收机的性能,确保接收机正常工作是在铁路装备中应用卫星导航技术的前提,相应的卫星信号模拟技术是促进卫星导航相关设备研发、测试设备性能的重要手段。而传统的卫星导航信号模拟设备价格高昂,并且不能兼具场景设置的灵... 详细信息

快速测试导航接收机的性能,确保接收机正常工作是在铁路装备中应用卫星导航技术的前提,相应的卫星信号模拟技术是促进卫星导航相关设备研发、测试设备性能的重要手段。而传统的卫星导航信号模拟设备价格高昂,并且不能兼具场景设置的灵活性和设备的便携性。为解决上述问题,采用一种结合软件无线电思想,基于GPU与CPU异构并行计算架构的软件信号生成方法,并以生成GPS L1C/A信号为例,详细分析信号生成过程中的并行计算结构、GPU内存结构以及场景参数设置方法,实现了高带宽导航信号的实时生成。为验证信号生成方法针对铁路装备测试的实用性,使用京沈客运专线和国家铁道试验中心环形试验场的轨道坐标测量数据,设计了静态单点,加减速状态及弯道状态三个测试场景,实时生成信号并使用硬件接收机对信号进行定位解算,结果表明,生成信号的水平位置误差在2 m以内,速度误差小于0.05 m/s,定位误差在接收机误差范围之内,满足针对接收机进行测试的需求,为铁路装备测试提供了新的方案。

关键词：全球导航卫星系统并行计算信号模拟 CUDA 软件无线电

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LSSVM增强的受限环境列车定位精度优化方法

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铁道学报 2022年第1期44卷 65-70页

作者：姜维余义志蔡伯根王剑北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

GNSS/INS是目前较为理想的定位组合方式,但在GNSS信号较长时间缺失的情况下INS的定位误差会逐渐发散。为解决此问题提出一种针对卫星信号受限环境的LSSVM增强列车组合定位方法,并在青藏铁路线应用试验。试验结果表明:LSSVM增强列车组合... 详细信息

GNSS/INS是目前较为理想的定位组合方式,但在GNSS信号较长时间缺失的情况下INS的定位误差会逐渐发散。为解决此问题提出一种针对卫星信号受限环境的LSSVM增强列车组合定位方法,并在青藏铁路线应用试验。试验结果表明:LSSVM增强列车组合定位方法能够有效提高组合导航系统在GNSS信号缺失情况下的定位精度,且相比于单独的INS,定位精度提高近80%,位置误差达到2 m之内,可以满足较高精度的列车定位需求,具有良好的工程应用价值。

关键词：列车定位组合导航最小二乘支持向量机

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基于群体合作演化的高速列车编队运行多目标优化

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铁道学报 2023年第8期45卷 99-109页

作者：上官伟敦旖晨蔡伯根刘俊囡宋鸿宇北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司北京100070

为提升高速铁路运输效率,降低列车运行能耗,减少延误及其传播影响,提出基于群体合作演化的列车运行优化方法。首先,在分析编队高速列车群体追踪运行过程的基础上,构建列车群体运行多目标优化模型;其次,构建编队列车追踪速度控制合作演... 详细信息

为提升高速铁路运输效率,降低列车运行能耗,减少延误及其传播影响,提出基于群体合作演化的列车运行优化方法。首先,在分析编队高速列车群体追踪运行过程的基础上,构建列车群体运行多目标优化模型;其次,构建编队列车追踪速度控制合作演化策略与延误场景下运行调整策略;然后,应用人群搜索算法与改进布谷鸟搜索算法,分别解决编队列车群体控制多目标优化与延误场景运行调整问题;最后,基于列车实际运行数据进行仿真验证。结果表明:编队列车群体合作运行相比传统运行模式,线路占用时间减少189 s,节能率达5.29%;编队列车运行延误经调整优化,延误列车减少2列,总延误时间减少377 s,消解列车运行较小延误,缓解后续列车延误传播。

关键词：高速列车列车编队群体合作演化列车运行优化列车延误调整

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面向新型列控系统的电子轨道地图数据约简方法研究

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铁道学报 2023年第4期45卷 51-61页

作者：陆德彪王子琪王剑蔡伯根丁珣北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京市电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044 北京交通大学智慧高铁系统前沿科学中心北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 中国铁建电气化局集团有限公司运营管理部北京100043

电子轨道地图是新型列控系统基于卫星导航的列车定位的重要参考源。为满足地图精度高、存储量低的要求,针对轨道线路数据约简方法开展研究。在面向直线表达的线路数据方面,对道格拉斯普克算法和基于线路数据航向角特征约束的约简2种算... 详细信息

电子轨道地图是新型列控系统基于卫星导航的列车定位的重要参考源。为满足地图精度高、存储量低的要求,针对轨道线路数据约简方法开展研究。在面向直线表达的线路数据方面,对道格拉斯普克算法和基于线路数据航向角特征约束的约简2种算法的差异性进行比较;在此基础上面向线路数据的直线和曲线混合表达,提出一种基于Clothoid曲线的约简算法。利用曲线DP算法和垂直投影误差要求,得到Clothoid曲线片段,实现轨道圆曲线和直线的分段,提高线路数据的约简率,保障生成地图的精度。为验证提出方法的有效性,选取京沈高铁北票东—阜新北的线路数据进行分析,实验结果表明,基于Clothoid曲线拟合生成的轨道段满足0.5 m垂距精度和0.2 m测量精度,约简率达99.5%,证明提出的方法能够满足新型列控系统电子轨道地图数据约简的要求。

关键词：列车运行控制系统电子轨道地图数据约简 Clothoid曲线拟合

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基于IMU误差补偿的磁力计增强型组合定位方法

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铁道学报 2022年第7期44卷 80-90页

作者：上官伟陈晶晶谢朝曦姜维北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044 杭州海康威视数字技术股份有限公司浙江杭州310051

针对卫星信号被遮挡造成GNSS定位结果不可靠的问题,引入惯导系统来保证定位的连续性,但其性能易受惯性测量单元MEMS-IMU的精度影响。首先,对MEMS-IMU器件误差进行建模并补偿,在此基础上,对有色噪声设计在线补偿方案。其次,针对卫星失锁... 详细信息

针对卫星信号被遮挡造成GNSS定位结果不可靠的问题,引入惯导系统来保证定位的连续性,但其性能易受惯性测量单元MEMS-IMU的精度影响。首先,对MEMS-IMU器件误差进行建模并补偿,在此基础上,对有色噪声设计在线补偿方案。其次,针对卫星失锁时的位置丢失引入磁力计构造GNSS/INS/磁力计增强型组合定位系统,对观测量扩维并更新升级量测模型。最后,在不同的实验环境下进行测试验证,测试结果显示,在列车速度为25 m/s下设置10 s的卫星信号中断时间,北向、东向位置误差偏移量分别减少90%、70%;在50 s卫星信号中断时间内,列车位置能够有效保持并在卫星信号恢复时快速收敛。实验表明,基于误差补偿的磁力计增强型组合定位系统能够有效提高卫星可见性变化时的定位精度。

关键词：组合定位惯性单元误差补偿随机误差模型磁力计

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车载中心化的列车进路控制方法研究

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铁道学报 2021年第7期43卷 77-86页

作者：张勇马茂斐王剑北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

车载中心化的列控系统是面向我国西部地区低密度线路的新型列控系统。为满足该列控系统由车载设备自主实现进路控制的需求,基于车载设备控制轨旁对象控制器实现进路资源占用和释放的思想,提出一种车载中心化的列车进路控制方法。首先按... 详细信息

车载中心化的列控系统是面向我国西部地区低密度线路的新型列控系统。为满足该列控系统由车载设备自主实现进路控制的需求,基于车载设备控制轨旁对象控制器实现进路资源占用和释放的思想,提出一种车载中心化的列车进路控制方法。首先按照列车进路控制流程,利用有色Petri网建立进路资源征用模型,通过模型仿真分析发现多车进路过程中存在潜在的“赛跑问题”。然后根据列车进路作业原则,提出进路冲突资源分配目标函数,并基于分布式死锁预防方法和可用性检查技术,针对集中式轨旁控制器提出一种进路资源分配算法。最后利用进路资源分配算法修正进路资源征用模型。通过对修正前后模型仿真结果的分析,验证了该算法可以有效避免多车进路控制过程中的“赛跑问题”,并能提升列车进路资源征用效率。

关键词：车载中心化进路控制有色Petri网赛跑问题资源分配算法

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GPS/BDS联合解算的列车高精度实时定位方法

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交通运输工程学报 2021年第5期21卷 286-296页

作者：王剑周子健姜维蔡伯根潘佩芬北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044 中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所北京100081 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044

为了构建智能化列车运行控制体系,针对卫星导航的铁路应用,开展了列车定位优化方法的研究,利用广播星历实时特性,借助框架转换模型为系统提供实时、准确、统一的时空参考,结合误差模型校正系统中与定位相关的误差,以降低定位解算复杂度... 详细信息

为了构建智能化列车运行控制体系,针对卫星导航的铁路应用,开展了列车定位优化方法的研究,利用广播星历实时特性,借助框架转换模型为系统提供实时、准确、统一的时空参考,结合误差模型校正系统中与定位相关的误差,以降低定位解算复杂度,为了进一步优化系统定位性能,提高定位精度,提出一种基于GPS/BDS多星座联合解算的非差载波相位定位方法,利用京沈高铁实际数据进行仿真,对比了单星座定位方法和多星座定位方法的信号几何分布和定位误差,为了进一步验证提出定位方法的性能,利用同一组数据,将定位结果与传统伪距单点定位结果进行对比。试验结果表明:在测试期间,GPS和BDS单星座定位方法的可见卫星平均数分别为9.2和13.4颗,几何精度因子平均数分别为2.3417和2.2721,GPS/BDS多星座定位方法可见卫星平均数为22.5颗,几何精度因子平均数为1.2646,因此,多星座定位方法能够成倍增加可见卫星数,优化卫星信号几何分布,在卫星信号连续变化条件下保证精确、连续定位,在卫星信号稳定区域内,伪距单点定位和提出的定位方法在空间三维方向上的定位均方根误差分别为5.3961、5.5697、2.8312和0.9761、0.9888、0.8618 m,在卫星信号受限区域内,伪距单点定位和提出的定位方法在3个方向上均方根误差分别为7.2459、7.0563、3.7562和1.5612、1.6031、1.2155 m,因此,相比于传统伪距单点定位,提出的定位方法能够在多个场景下获得更高的定位精度。

关键词：铁路通信高速列车非差载波相位多星座联合解算广播星历高精度定位

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基于GNSS/INS的列车定位风险评估方法

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西南交通大学学报 2020年第6期55卷 1191-1198,F0002页

作者：吴波前蔡伯根陆德彪王剑北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)应用于列车运行控制系统位置服务时,需对其进行风险评估,以确保其满足安全相关的需求.为此,首先建立一种基于卫星导航系统与惯导系统(inertial navigation system,INS)融合... 详细信息

全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)应用于列车运行控制系统位置服务时,需对其进行风险评估,以确保其满足安全相关的需求.为此,首先建立一种基于卫星导航系统与惯导系统(inertial navigation system,INS)融合的列车定位单元结构,通过分析传感器融合数据对故障进行检测及识别,并计算水平保护距离,结合水平位置误差、水平告警门限、告警时间等指标参数,对列车定位单元的工作状态进行识别;其次在此基础上分析由危险状态生成的风险事件,并计算列车定位单元危险侧失效率及故障概率;最后结合现场试验数据对所提出的风险评估方法进行测试验证.验证结果表明:若误警率、漏检率均为1×10^−7/h,水平告警门限为20 m,定位单元在相对开阔环境下的故障率为9.14×10^−7/h,受限环境下的故障率为1.52×10^−4/h;若运行线路对风险指标参数需求降低,则误警率、漏检率及水平告警门限也会增大,受限环境下的定位单元故障率也随之降低,在误警率、漏检率均为1×10^−5/h,水平告警门限为100 m时,计算获得的受限环境下定位单元故障率为0.因此,在对定位单元进行风险评估时需考虑不同线路对指标参数的需求.

关键词：列车定位全球卫星导航系统多传感器融合风险评估完好性

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基于贝叶斯建模的轨道占用识别方法

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交通运输系统工程与信息 2020年第1期20卷 47-53页

作者：郭子明蔡伯根姜维王剑上官伟北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京交通大学北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

识别列车所在轨道,是列车运行控制系统必不可少的功能.提出一种数字轨道地图辅助的基于贝叶斯建模的轨道占用识别方法.首先,在考虑全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)与方向相关测量误差的基础上进行地图匹配,... 详细信息

识别列车所在轨道,是列车运行控制系统必不可少的功能.提出一种数字轨道地图辅助的基于贝叶斯建模的轨道占用识别方法.首先,在考虑全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)与方向相关测量误差的基础上进行地图匹配,采用卡尔曼滤波算法处理速度测量值,通过加权求和的方式对GNSS与速度信息进行融合,获得列车沿轨道方向的一维位置;其次,对列车位置假设进行贝叶斯建模,计算在给定GNSS与速度测量的前提下所有可能的位置假设的概率;最后,与设置的假设概率阈值进行比较,对不同的识别结果进行分类.实验结果表明,基于贝叶斯建模的轨道占用识别法能够减少剔除小概率假设所需的距离,与垂直投影法相比,该方法可以对列车所在轨道做出更确定的判断.

关键词：铁路运输轨道占用识别贝叶斯建模传感器融合地图匹配

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基于UKF的数字轨道地图的三维线路生成方法

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交通运输工程学报 2020年第5期20卷 227-236页

作者：陶维杰蔡伯根刘江王剑上官伟北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044

针对基于卫星导航系统的列车定位对数字轨道地图的实际需求,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波的线路估计方法,生成线路的三维数字轨道地图;对于铁路线路的3种平面线形(直线、缓和曲线和圆曲线),采用以里程为参数的菲涅尔(Fresnel)积分模型... 详细信息

针对基于卫星导航系统的列车定位对数字轨道地图的实际需求,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波的线路估计方法,生成线路的三维数字轨道地图;对于铁路线路的3种平面线形(直线、缓和曲线和圆曲线),采用以里程为参数的菲涅尔(Fresnel)积分模型统一建模;对于纵断面的直线和曲线,采用二次曲线模型建模;用无迹卡尔曼滤波对模型的状态(里程、三维坐标)和参数(方位角、曲率、曲率变化率、坡度、坡度变化率)进行联合估计;将归一化新息平方和估计距离误差作为线路分段的判断条件,最终用分段点和几何参数完成三维线路的生成;采用仿真的平面线路数据对比了离散点法、三次多项式法和本文Fresnel法,利用青藏线14.7km的实测数据进一步对Fresnel法进行了验证。仿真结果表明:在相同的误差要求下,3种方法的平面距离误差均值都在0.024m以内,但Fresnel法采用了最少的分段点,数据约简率高达99.76%;Fresnel法的最大累积里程误差最小,由0.964m降低为0.060m,减少了93.77%;Fresnel法比三次多项式法的方位角和曲率估计精度都高,更加接近真值;实际数据测试结果表明Fresnel法分别采用22个和20个分段点及参数即可完成线路的平面曲线和纵断面曲线生成,平面和纵断面曲线距离误差均值都在0.03m以内,累积里程误差最大只有0.078m,位置精度和几何精度都较高。

关键词：铁路通信信号数字轨道地图无迹卡尔曼滤波平面曲线纵断面曲线参数估计

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