• ISSN 0258-2724
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基于改进UKF的BDS/IMU组合列车定位方法

蔡煊 王长林

蔡煊, 王长林. 基于改进UKF的BDS/IMU组合列车定位方法[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(2): 393-400. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170816
引用本文: 蔡煊, 王长林. 基于改进UKF的BDS/IMU组合列车定位方法[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(2): 393-400. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170816
CAI Xuan, WANG Changlin. BeiDou Navigation Satellite System/Inertial Measurement Unit Integrated Train Positioning Method Based on Improved Unscented Kalman Filter Algorithm[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(2): 393-400. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170816
Citation: CAI Xuan, WANG Changlin. BeiDou Navigation Satellite System/Inertial Measurement Unit Integrated Train Positioning Method Based on Improved Unscented Kalman Filter Algorithm[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(2): 393-400. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170816

基于改进UKF的BDS/IMU组合列车定位方法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170816
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(60776832);985工程优势学科创新平台资助项目
详细信息
    作者简介:

    蔡煊(1982—),男,讲师,博士,研究方向为轨道交通信号与控制,E-mail:390474685@qq.com

  • 中图分类号: U284

BeiDou Navigation Satellite System/Inertial Measurement Unit Integrated Train Positioning Method Based on Improved Unscented Kalman Filter Algorithm

  • 摘要: 为提高列车定位的精确性和连续性,采用北斗卫星接收机和惯性测量单元构建车载组合定位系统. 针对多传感器组合定位信息融合估计的非线性和鲁棒性需求,将抗差估计理论的等价权原理应用于标准无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法,构造了一种改进的UKF算法,通过对标准UKF算法的噪声协方差进行等价替换,从而起到调节滤波增益的作用,使得滤波算法对传感器观测粗差具有较强的抑制能力. 将改进的UKF算法与标准UKF算法应用于列车组合定位进行仿真比较,结果表明:传感器无观测异常时,改进UKF算法的滤波精度总体上略优于标准UKF算法;当传感器观测值含有随机粗差时,改进UKF算法的滤波精度及稳定性明显优于标准UKF算法,北向、东向位置平均估计误差分别降低了48.5%、48.8%,北向、东向速度平均估计误差分别降低了43.7%、48.9%.

     

  • 图 1  列车组合定位系统结构

    Figure 1.  Structure of integrated train positioning system

    图 2  简化的列车惯性定位原理

    Figure 2.  Simplified train inertial positioning principle

    图 3  BDS/IMU组合定位滤波结构

    Figure 3.  Filter structure of BDS/IMU integrated positioning

    图 4  VOBC仿真测试平台

    Figure 4.  VOBC test platform of vehicle on-board controller

    图 5  VOBC平台结构

    Figure 5.  Structure of VOBC platform

    图 6  组合定位位置估计误差

    Figure 6.  Position error in integrated positioning

    图 7  组合定位速度估计误差

    Figure 7.  Velocity error in integrated positioning

    表  1  误差统计结果(0~300 s)

    Table  1.   Error statistics(0−300 s)

    参数标准UKF改进UKF
    北向
    位置/m
    东向
    位置/m
    北向速度
    /(m•s−1
    东向速度
    /(m•s−1
    北向
    位置/m
    东向
    位置/m
    北向速度
    /(m•s−1
    东向速度
    /(m•s−1
    AVE4.323.270.280.214.263.140.250.20
    RMSE3.342.510.220.163.182.450.190.15
    下载: 导出CSV

    表  2  误差统计结果(300~400 s)

    Table  2.   Error statistics(300−400 s)

    参数标准UKF改进UKF
    北向
    位置/m
    东向
    位置/m
    北向速度
    /(m•s−1
    东向速度
    /(m•s−1
    北向
    位置/m
    东向
    位置/m
    北向速度
    /(m•s−1
    东向速度
    /(m•s−1
    AVE8.736.870.480.454.493.520.270.23
    RMSE6.495.110.350.333.232.740.210.17
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-11-17
  • 修回日期:  2018-04-26
  • 网络出版日期:  2018-09-14
  • 刊出日期:  2020-04-01

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