CN109955872B - 一种用于高速铁路列车的实时定位方法及装置 - Google Patents

一种用于高速铁路列车的实时定位方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于高速铁路列车的实时定位方法及装置，该方法包括：S1.实时通过车载速度采集设备采集速度信息，并通过惯性测量单元检测加速度信息、以及通过GPS/北斗接收模块定位位置信息；S2.判断GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果是，直接定位到当前时刻位置信息，否则转入执行步骤S3；S3.获取上一时刻列车的速度信息、位置信息，以及当前时刻的加速度信息，并计算得到当前时刻位置信息；该装置包括车载速度采集设备、惯性测量单元、GPS/北斗接收模块以及组合导航模块。本发明能够实现高速铁路列车在隧道、涵洞等各种环境工况运行时的实时连续定位，且具有实现简单、实时性好、定位精度高等优点。

Description

一种用于高速铁路列车的实时定位方法及装置
技术领域
本发明涉及高速铁路列车技术领域，尤其涉及一种用于高速铁路列车的实时定位方法及装置。
背景技术
随着高速铁路的快速发展，高速铁路的运营版图不断扩大，高速铁路列车的铁路运行环境也越来越复杂多变，如存在越来越多的隧道、涵洞等的铁路路况。高速铁路列车由于运行速度快，为保证列车运行的安全可靠性，列车在运行过程中必须确保对列车进行准确的定位，尤其是在隧道、涵洞等需要高度重视的地段。
目前高速铁路列车中通常都是直接通过GPS(Global Positioning System，全球定位系统)导航定位系统进行定位，即通过GPS接收机接收卫星的GPS数据，获得当前的经纬度信息，但是通过GPS导航系统只能获取到开阔地区的位置信息，在隧道、涵洞等地段时会存在GPS信号中断或信号质量变差等现象，导致GPS接收机的经纬度数据不真实，且输出的时间信息会发生跳变，降低定位的精度和实时性，而当列车在隧道、涵洞等地段出现故障问题时，无法准确定位还会影响列车的安全稳定运行。
为解决上述问题，有从业者提出使用线路的固有位置信息对GPS修正的方式，即在采用GPS接收机进行定位的基础上，当信号中断和信号衰减时，通过线路的固有位置信息将GPS数据人为修正的方式，将定位目标强制到线路数据中，但是该类方式是基于线路的固有位置信息进行人为修正，在隧道、涵洞等地段无法实现实时定位，同时定位精度不高且使用受限。
中国专利申请CN206038918U公开一种列车专用定位传感器系统，通过同时采用GPS和北斗卫星定位装置定位，当GPS失效时使用北斗卫星定位装置，当GPS和北斗卫星定位装置均失效时，使用惯导辅助传感器单元进行辅助定位，即通过九轴传感器采集加速度、磁场等信号，计算列车的位置信息，但是该方法在隧道、涵洞等地段时，即GPS和北斗卫星定位装置均失效时，是直接使用惯导辅助传感器单元进行定位，定位精度仍然不高，惯导具有固定的漂移率，会造成物体运动的误差，且定位误差会随时间逐渐增大。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够实现高速铁路列车在隧道、涵洞等各种环境工况运行时的实时连续定位，且实现简单、实时性好且定位精度高的用于高速铁路列车的实时定位方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种用于高速铁路列车的实时定位方法，步骤包括：
S1.实时通过车载速度采集设备采集列车的速度信息，并通过惯性测量单元检测列车的加速度信息、以及通过GPS/北斗接收模块定位列车的位置信息；
S2.判断所述GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果是，直接通过所述GPS/北斗接收模定位到列车的当前时刻位置信息输出，否则转入执行步骤S3；
S3.获取上一时刻列车的速度信息、定位到的位置信息，以及所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息，并计算得到列车的当前时刻位置信息输出。
作为本发明方法的进一步改进：所述列车的当前时刻位置信息输出时，还包括将所述位置信息进行科尔曼滤波，输出滤波后的位置信息步骤。
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S2中判断所述GPS/北斗接收模块输出信号是否正常的具体步骤为：
S21.根据所述步骤S1实时采集到的速度信息、检测到的加速度信息以及定位到的位置信息，预测列车下一时刻的位置信息；
S22.将所述步骤S21预测得到的位置信息与下一时刻所述GPS/北斗信号接收模块定位到的位置信息进行对比，若一致或误差在指定范围内，判定为所述GPS/北斗接收模块输出信号正常。
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S3中计算得到列车的当前时刻位置信息的具体步骤为：
S31.根据所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息计算当前时刻与上一时刻之间的速度增量；
S32.根据所述上一时刻列车的速度信息、计算得到的所述速度增量，计算列车的当前时刻速度信息；
S33.根据所述上一时刻定位到的位置信息、计算得到的所述列车的当前时刻速度信息，计算得到列车的当前时刻位置信息。
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S31中具体根据式(1)计算所述速度增量ΔV(k)；
Figure BDA0001524785710000021
其中，△VE(k)、△VN(k)、△VU(k)分别为东向速度增量、北向速度增量、天向速度增量，g为重力加速度，△t为速度更新周期，fx、fy、fz分别为所述惯性测量单元检测到的比力，
Figure BDA0001524785710000022
为转换矩阵，θx、θy、θz分别为角增量分量；
所述步骤S32中具体按照式(2)计算得到所述列车的当前时刻速度信息：
Figure BDA0001524785710000031
其中，VE(k-1)、VN(k-1)、VU(k-1)分别为列车的上一时刻东、北、天向速度，VE(k)、VN(k)、VU(k)分别为列车的当前时刻东、北、天向速度。
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S33中具体根据下式(3)计算得到所述列车的当前时刻位置信息；
Figure BDA0001524785710000032
其中，Lk-1、λk-1、hk-1为列车的上一时刻纬度、经度、高度，Lk、λk、hk为列车的当前时刻纬度、经度、高度，f(hk-1)为关于hk-1的函数。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S3中获取上一时刻列车的速度信息时，优先使用所述车载速度采集设备采集到的速度信息，当所述速度采集设备采集到的速度无效时，使用所述GPS/北斗接收模块输出的速度信息。
作为本发明方法的进一步改进，还包括时钟实时同步步骤，具体步骤为：实时获取所述GPS/北斗接收模块输出的时间信息，并对车载时钟系统的时间进行校核，当所述GPS/北斗接收模块输出的时间出现跳变时，输出车载时钟系统的时间。
一种用于高速铁路列车的定位装置，包括组合导航模块以及分别与所述组合导航模块连接的用于实时采集列车的速度信息的车载速度采集设备、用于实时检测列车的加速度信息的惯性测量单元以及用于实时接收GPS或北斗定位系统定位到的列车的位置信息的GPS/北斗接收模块，所述组合导航模块包括：
接收单元，用于分别接收所述车载速度采集设备采集到的列车的速度信息、所述惯性测量单元检测到的列车的加速度信息、以及所述GPS/北斗接收模块定位到的列车的位置信息；
第一导航单元，用于判断所述GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果是，直接通过所述GPS/北斗接收模块定位到列车的当前时刻位置信息输出，否则转入执行第二导航单元；
第二导航单元，用于获取上一时刻列车的速度信息、定位到的位置信息，以及所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息，并计算得到列车的当前时刻位置信息输出。
作为本发明装置的进一步改进：所述第一导航单元、第二导航单元还包括科尔曼滤波器，用于列车的当前时刻位置信息输出时，将所述位置信息进行科尔曼滤波，输出滤波后的位置信息。
作为本发明装置的进一步改进，所述第一导航单元包括：
预测子单元，用于根据所述接收单元实时接收到的速度信息、加速度信息以及位置信息，预测列车下一时刻的位置信息；
比较判断单元，用于将所述预测子单元预测得到的位置信息与下一时刻所述GPS/北斗信号接收模块定位到的位置信息进行对比，若一致或误差在指定范围内，判定为所述GPS/北斗接收模块输出信号正常。
作为本发明装置的进一步改进：所述第二导航单元包括：
第一计算子单元，用于根据所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息计算当前时刻与上一时刻之间的速度增量；
第二计算子单元，用于根据所述上一时刻列车的速度信息、计算得到的所述速度增量，计算列车的当前时刻速度信息；
第三计算子单元，用于根据所述上一时刻定位到的位置信息、计算得到的所述列车的当前时刻速度信息，计算得到列车的当前时刻位置信息。
作为本发明装置的进一步改进，所述第二导航单元获取上一时刻列车的速度信息时，优先使用所述速度采集设备采集到的速度信息，当所述速度采集设备采集到的速度无效时，使用所述GPS/北斗接收模块输出的速度信息。
作为本发明装置的进一步改进，还包括与所述GPS/北斗接收模块连接的时间实时同步模块，用于实时获取所述GPS/北斗接收模块输出的时间信息，并对车载时钟系统的时间进行校核，当所述GPS/北斗接收模块输出的时间出现跳变时，输出车载时钟系统的时间。
作为本发明装置的进一步改进，所述组合导航模块的输出端还设置有CAN或RS422接口，通过所述CAN或RS422接口输出列车的当前位置信息、速度信息以及时间信息中一种或多种。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明结合车载速度采集设备、惯性测量单元以及GPS/北斗接收模块实现对高速铁路列车的惯性组合导航，当GPS/北斗卫星信号良好，直接通过GPS/北斗接收模块进行定位，当出现短时中断或信号减弱等，结合上一时刻列车的速度信息、定位到的位置信息以及惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息来准确定位到列车的当前位置，能够在GPS/北斗卫星信号良好以及在隧道、涵洞等会出现短时中断或信号减弱等各类环境工况时均能够精确的实现列车定位，从而实现对高速列车的实时连续的精确定位；
2)本发明当判断到GPS/北斗接收模块输出信号异常时，即列车处于隧道、涵洞等环境工况而GPS/北斗出现短时中断或信号减弱，通过使用惯性测量单元检测的加速度和前一时刻的速度、前一时刻的位置信息来计算当前的位置信息，能够充分利用GPS/北斗卫星信号良好时定位到的位置信息，同时结合车载速度采集设备、惯性测量单元输出的信息，来实现GPS/北斗卫星信号中断或减弱时的定位，相比于传统的直接基于惯性导航的方式进行定位，能够避免惯性导航时的固有漂移率等问题，定位精度及效率高；
3)本发明进一步通过实时由车载速度采集设备、惯性测量单元以及GPS/北斗接收模块输出的信息预测列车下一时刻的位置信息，由预测到的位置信息与GPS/北斗信号接收模块定位的位置信息进行对比，来判定当前GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，能够及时、准确的检测到卫星信号出现各类异常的状态，从而在列车进入隧道、涵洞等环境时及时启动定位计算，保证列车的实时连续定位。
附图说明
图1是本实施例用于高速铁路列车的实时定位方法的实现流程示意图。
图2是本实施例用于高速铁路列车的实时定位装置的结构原理示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例用于高速铁路列车的实时定位方法，步骤包括：
S1.实时通过车载速度采集设备采集列车的速度信息，并通过惯性测量单元(IMU)检测列车的加速度信息、以及通过GPS/北斗接收模块定位列车的位置信息；
S2.判断GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果是，直接通过GPS/北斗接收模块定位到列车的当前时刻位置信息输出，否则转入执行步骤S3；
S3.获取上一时刻列车的速度信息、定位到的位置信息，以及惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息，并计算得到列车的当前时刻位置信息输出。
本实施例结合车载速度采集设备、惯性测量单元以及GPS/北斗接收模块实现对高速铁路列车的惯性组合导航，通过实时接收车载速度采集设备、惯性测量单元以及GPS/北斗接收模块输出的信息，判断GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果正常，即对应GPS/北斗卫星信号良好，直接通过GPS/北斗接收模块进行定位，否则表明出现短时中断或信号减弱等，结合上一时刻列车的速度信息、定位到的位置信息以及惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息来准确定位到列车的当前位置，能够在GPS/北斗卫星信号良好以及出现短时中断或信号减弱等各类环境工况时均能够精确的实现列车定位，解决了高速铁路列车在隧道、涵洞等环境运行时无法准确定位问题，能够实现对高速列车的实时连续的精确定位。
本实施例上述方法，步骤S2中当判断到GPS/北斗接收模块输出信号异常时，表明列车处于隧道、涵洞等环境工况而GPS/北斗出现短时中断或信号减弱，步骤S3通过使用惯性测量单元检测的加速度和前一时刻的速度、前一时刻的位置信息来计算当前的位置信息，能够充分利用GPS/北斗卫星信号良好时定位到的位置信息，同时结合车载速度采集设备、惯性测量单元输出的信息，来实现GPS/北斗卫星信号中断或减弱时的定位，相比于传统的直接基于惯性导航的方式进行定位，能够避免惯性导航时的固有漂移率等问题，定位精度及效率高。
本实施例预先在目标列车中分别布置车载速度采集设备、惯性测量单元(IMU)以及GPS/北斗接收模块，其中车载速度采集设备具体包括车载微机以及车载传感器，车载微机通过车载传感器实时采集列车运行的速度信息；IMU包括加速度传感器和角速度传感器，用来测量高速铁路列车前进方向的加速度，IMU在安装时，具体使得IMU的X轴方向与列车前进方向一致；GPS/北斗接收模块具体使用GPS接收模块，用于接收GPS卫星信号，输出列车的速度信息、经纬度信息和时间数据，当然GPS/北斗接收模块还可以使用北斗接收模块；对目标列车进行实时定位时，车载微机通过车载传感器实时采集列车运行的速度信息、IMU实时检测列车的加速度信息、以及GPS接收模块实时定位列车的位置信息输出。
本实施例中，步骤S2中判断GPS/北斗接收模块输出信号是否正常的具体步骤为：
S21.根据步骤S1实时采集到的速度信息、检测到的加速度信息以及定位到的位置信息，预测列车下一时刻的位置信息；
S22.将步骤S21预测得到的位置信息与下一时刻GPS/北斗信号接收模块定位到的位置信息进行对比，若一致或误差在指定范围内，判定为GPS/北斗接收模块输出信号正常。
本实施例通过实时由车载速度采集设备、惯性测量单元以及GPS/北斗接收模块输出的信息预测列车下一时刻的位置信息，由预测到的位置信息与GPS/北斗信号接收模块定位的位置信息进行对比，来判定当前GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，能够及时、准确的检测到卫星信号出现各类异常的状态，从而在列车进入隧道、涵洞等环境时及时启动定位计算，保证列车的实时连续定位。
本实施例中，列车的当前时刻位置信息输出时，还包括将位置信息进行科尔曼滤波，输出滤波后的位置信息步骤，能够进一步提高定位精度。即步骤S2中直接通过GPS/北斗接收模块定位到列车的当前时刻位置信息时，将位置信息进行科尔曼滤波后输出；步骤S3中，计算得到列车的当前时刻位置信息输出时，将位置信息进行科尔曼滤波后输出。
本实施例中，步骤S3中计算得到列车的当前时刻位置信息的具体步骤为：
S31.根据惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息计算当前时刻与上一时刻之间的速度增量；
S32.根据上一时刻列车的速度信息、计算得到的速度增量，计算列车的当前时刻速度信息；
S33.根据上一时刻定位到的位置信息、计算得到的列车的当前时刻速度信息，计算得到列车的当前时刻位置信息。
本实施例通过上述步骤，首先使用惯性测量单元检测的加速度和前一时刻的速度来实时计算当前时刻的速度，根据计算得到的速度和前一时刻的位置信息来计算得到当前的位置信息，能够基于卫星信号良好时接收的位置信息，结合惯性导航以及车载速度实现对列车的精确定位。
本实施例中，步骤S31中具体根据式(1)计算速度增量ΔV(k)，即根据惯性测量单元中加速度计测量的比力fx、fy、fz，计算得到导航坐标系的速度增量ΔV(k)；
Figure BDA0001524785710000071
其中，△VE(k)、△VN(k)、△VU(k)分别为东向速度增量、北向速度增量、天向速度增量，g为重力加速度，△t为速度更新周期，
Figure BDA0001524785710000072
为转换为地理坐标系的转换矩阵，θx、θy、θz分别为相对地理坐标系的角增量分量。
步骤S32中具体按照式(2)计算得到列车的当前时刻速度信息，即将速度增量△V(k)与上一时刻速度相加来得到当前时刻速度；
Figure BDA0001524785710000073
其中，VE(k-1)、VN(k-1)、VU(k-1)分别为列车的上一时刻东、北、天向速度，VE(k)、VN(k)、VU(k)分别为列车的当前时刻东、北、天向速度。
本实施例中，步骤S33中具体根据下式(3)计算得到列车的当前时刻位置信息，即使用上一时刻位置信息和速度信息以及当前时刻速度来计算得到当前时刻位置；
Figure BDA0001524785710000074
Figure BDA0001524785710000081
其中，Lk-1、λk-1、hk-1为列车的上一时刻纬度、经度、高度，Lk、λk、hk为列车的当前时刻纬度、经度、高度，f(hk-1)为关于hk-1的函数，具体可以取为
Figure BDA0001524785710000082
R为地球半径。
本实施例中，步骤S3中获取上一时刻列车的速度信息时，具体优先使用车载速度采集设备采集到的速度信息，当车载速度采集设备采集到的速度无效时，使用GPS/北斗接收模块输出的速度信息，保证列车速度信息的精度及实时连续性。列车运行时，实时将GPS速度、车载速度采集设备采集到的速度保存在缓冲队列中，当需要某个时刻的速度信息时，可以从缓存队列中读取GPS速度或车载速度采集设备采集到的速度输出。
本实施例中，步骤S2、步骤S3具体使用两个线程完成，通过线程1向线程2提供惯性测量单元检测到的加速度和角速度信息，线程2接收线程1的数据、车载速度采集设备、GPS/北斗接收模块的数据，判断GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果是，直接通过GPS/北斗接收模块定位到列车的当前时刻位置信息输出，否则按照上述式(1)、(2)、(3)计算得到列车的当前时刻位置信息输出。通过双线程实现组合导航的实时定位，由其中一个线程提供所需计算的加速度，另一个线程根据提供的加速度、接收的速度以及位置信息计算当前时刻位置，能够进一步提高高速列车的定位效率。
本实施例中，还包括时钟实时同步步骤，具体步骤为：实时获取GPS/北斗接收模块输出的时间信息，并对车载时钟系统的时间进行校核，当GPS/北斗接收模块输出的时间出现跳变时，输出车载时钟系统的时间。即通过实时获取GPS输出的时间信息，并和列车中车载时钟系统的自身时间进行校核，当GPS时间出现跳变时，车载时钟系统输出自身的时间，从而保证列车在隧道、涵洞等环境运行时时间的准确性。
如图2所示，本实施例用于高速铁路列车的定位装置，包括组合导航模块以及分别与组合导航模块连接的用于实时采集列车的速度信息的车载速度采集设备、用于实时检测列车的加速度信息的惯性测量单元以及用于实时接收GPS或北斗定位系统定位到的列车的位置信息的GPS/北斗接收模块，组合导航模块包括：
接收单元，用于分别接收车载速度采集设备采集到的列车的速度信息、惯性测量单元检测到的列车的加速度信息、以及GPS/北斗接收模块定位到的列车的位置信息；
第一导航单元，用于判断GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果是，直接通过GPS/北斗接收模块定位到列车的当前时刻位置信息输出，否则转入执行第二导航单元；
第二导航单元，用于获取上一时刻列车的速度信息、定位到的位置信息，以及惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息，并计算得到列车的当前时刻位置信息输出。
本实施例中，组合导航模块具体使用两个线程，通过线程1向线程2提供惯性测量单元检测到的加速度和角速度信息，线程2接收线程1的数据、车载速度采集设备、GPS/北斗接收模块的数据，判断GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果是，直接通过GPS/北斗接收模块定位到列车的当前时刻位置信息输出，否则按照上述式(1)、(2)、(3)计算得到列车的当前时刻位置信息输出。
本实施例中，第一导航单元、第二导航单元还包括科尔曼滤波器，用于列车的当前时刻位置信息输出时，将位置信息进行科尔曼滤波，输出滤波后的位置信息。
本实施例中，第一导航单元包括：
预测子单元，用于根据接收单元实时接收到的速度信息、加速度信息以及位置信息，预测列车下一时刻的位置信息；
比较判断单元，用于将预测子单元预测得到的位置信息与下一时刻GPS/北斗信号接收模块定位到的位置信息进行对比，若一致或误差在指定范围内，判定为GPS/北斗接收模块输出信号正常。
本实施例中，第二导航单元包括：
第一计算子单元，用于根据惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息计算当前时刻与上一时刻之间的速度增量；
第二计算子单元，用于根据上一时刻列车的速度信息、计算得到的速度增量，计算列车的当前时刻速度信息；
第三计算子单元，用于根据上一时刻定位到的位置信息、计算得到的列车的当前时刻速度信息，计算得到列车的当前时刻位置信息。
本实施例中，第二导航单元获取上一时刻列车的速度信息时，优先使用车载速度采集设备采集到的速度信息，当车载速度采集设备采集到的速度无效时，使用GPS/北斗接收模块输出的速度信息。
本实施例中，还包括与GPS/北斗接收模块连接的时间实时同步模块，用于实时获取GPS/北斗接收模块输出的时间信息，并对车载时钟系统的时间进行校核，当GPS/北斗接收模块输出的时间出现跳变时，输出车载时钟系统的时间。
本实施例上述定位装置与上述定位方法的原理一致，在此不一一赘述。
本实施例中，组合导航模块的输出端还设置有CAN或RS422接口，通过CAN或RS422接口输出列车的当前位置信息、速度信息以及时间信息。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于，步骤包括：
S1.实时通过车载速度采集设备采集列车的速度信息，并通过惯性测量单元检测列车的加速度信息、以及通过GPS/北斗接收模块定位列车的位置信息；
S2.判断所述GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果是，直接通过所述GPS/北斗接收模块定位到列车的当前时刻位置信息输出，否则转入执行步骤S3；
S3.获取上一时刻列车的速度信息、定位到的位置信息，以及所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息，并计算得到列车的当前时刻位置信息输出；
所述步骤S2中判断所述GPS/北斗接收模块输出信号是否正常的具体步骤为：
S21.根据所述步骤S1实时采集到的速度信息、检测到的加速度信息以及定位到的位置信息，预测列车下一时刻的位置信息；
S22.将所述步骤S21预测得到的位置信息与下一时刻所述GPS/北斗信号接收模块定位到的位置信息进行对比，若一致或误差在指定范围内，判定为所述GPS/北斗接收模块输出信号正常；
所述步骤S3中计算得到列车的当前时刻位置信息的具体步骤为：
S31.根据所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息计算当前时刻与上一时刻之间的速度增量；
S32.根据所述上一时刻列车的速度信息、计算得到的所述速度增量，计算列车的当前时刻速度信息；
S33.根据所述上一时刻定位到的位置信息、计算得到的所述列车的当前时刻速度信息，计算得到列车的当前时刻位置信息。
2.根据权利要求1所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于：所述列车的当前时刻位置信息输出时，还包括将所述位置信息进行科尔曼滤波，输出滤波后的位置信息步骤。
3.根据权利要求1所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于：所述步骤S31中具体根据式(1)计算所述速度增量△V(k)；
Figure FDA0002553303720000011
其中，△VE(k)、△VN(k)、△VU(k)分别为东向速度增量、北向速度增量、天向速度增量，g为重力加速度，△t为速度更新周期，fx、fy、fz分别为所述惯性测量单元检测到的比力，
Figure FDA0002553303720000012
为转换矩阵，θx、θy、θz分别为角增量分量；
所述步骤S32中具体按照式(2)计算得到所述列车的当前时刻速度信息：
Figure FDA0002553303720000021
其中，VE(k-1)、VN(k-1)、VU(k-1)分别为列车的上一时刻东、北、天向速度，VE(k)、VN(k)、VU(k)分别为列车的当前时刻东、北、天向速度。
4.根据权利要求3所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于：所述步骤S33中具体根据下式(3)计算得到所述列车的当前时刻位置信息；
Figure FDA0002553303720000022
其中，Lk-1、λk-1、hk-1为列车的上一时刻纬度、经度、高度，Lk、λk、hk为列车的当前时刻纬度、经度、高度，f(hk-1)为关于hk-1的函数。
5.根据权利要求1或2所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于，所述步骤S3中获取上一时刻列车的速度信息时，优先使用所述车载速度采集设备采集到的速度信息，当所述速度采集设备采集到的速度无效时，使用所述GPS/北斗接收模块输出的速度信息。
6.根据权利要求1或2所述的用于高速铁路列车的实时定位方法，其特征在于，还包括时钟实时同步步骤，具体步骤为：实时获取所述GPS/北斗接收模块输出的时间信息，并对车载时钟系统的时间进行校核，当所述GPS/北斗接收模块输出的时间出现跳变时，输出车载时钟系统的时间。
7.一种用于高速铁路列车的实时定位装置，其特征在于包括组合导航模块以及分别与所述组合导航模块连接的用于实时采集列车的速度信息的车载速度采集设备、用于实时检测列车的加速度信息的惯性测量单元以及用于实时接收GPS或北斗定位系统定位到的列车的位置信息的GPS/北斗接收模块，所述组合导航模块包括：
接收单元，用于分别接收所述车载速度采集设备采集到的列车的速度信息、所述惯性测量单元检测到的列车的加速度信息、以及所述GPS/北斗接收模块定位到的列车的位置信息；
第一导航单元，用于判断所述GPS/北斗接收模块输出信号是否正常，如果是，直接通过所述GPS/北斗接收模块定位到列车的当前时刻位置信息输出，否则转入执行第二导航单元；
第二导航单元，用于获取上一时刻列车的速度信息、定位到的位置信息，以及所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息，并计算得到列车的当前时刻位置信息输出；
所述第一导航单元包括：
预测子单元，用于根据所述接收单元实时接收到的速度信息、加速度信息以及位置信息，预测列车下一时刻的位置信息；
比较判断单元，用于将所述预测子单元预测得到的位置信息与下一时刻所述GPS/北斗信号接收模块定位到的位置信息进行对比，若一致或误差在指定范围内，判定为所述GPS/北斗接收模块输出信号正常；
所述第二导航单元包括：
第一计算子单元，用于根据所述惯性测量单元输出的当前时刻的加速度信息计算当前时刻与上一时刻之间的速度增量；
第二计算子单元，用于根据所述上一时刻列车的速度信息、计算得到的所述速度增量，计算列车的当前时刻速度信息；
第三计算子单元，用于根据所述上一时刻定位到的位置信息、计算得到的所述列车的当前时刻速度信息，计算得到列车的当前时刻位置信息。
8.根据权利要求7所述的用于高速铁路列车的实时定位装置，其特征在于，所述第一导航单元、第二导航单元还包括科尔曼滤波器，用于列车的当前时刻位置信息输出时，将所述位置信息进行科尔曼滤波，输出滤波后的位置信息。
9.根据权利要求7或8所述的用于高速铁路列车的实时定位装置，其特征在于，所述第二导航单元获取上一时刻列车的速度信息时，优先使用所述速度采集设备采集到的速度信息，当所述速度采集设备采集到的速度无效时，使用所述GPS/北斗接收模块输出的速度信息。
10.根据权利要求7或8所述的用于高速铁路列车的实时定位装置，其特征在于，还包括与所述GPS/北斗接收模块连接的时间实时同步模块，用于实时获取所述GPS/北斗接收模块输出的时间信息，并对车载时钟系统的时间进行校核，当所述GPS/北斗接收模块输出的时间出现跳变时，输出车载时钟系统的时间。
11.根据权利要求7或8所述的用于高速铁路列车的实时定位装置，其特征在于，所述组合导航模块的输出端还设置有CAN或RS422接口，通过所述CAN或RS422接口输出列车的当前位置信息、速度信息以及时间信息中一种或多种。
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