CN114201722A - 基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法 - Google Patents

基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于后处理车体‑转向架安装关系动态计算方法，该方法包括：获取里程计在载体坐标系下输出的里程；基于里程计输出的里程计算获取里程计在载体坐标系下的位置增量；将惯性导航系统在载体坐标系下的位置增量与里程计在载体坐标系下的位置增量的差值作为系统观测量，根据系统观测量获取观测矩阵；获取系统状态转移矩阵；根据不同线型条件基于系统观测矩阵和系统状态转移矩阵，通过卡尔曼滤波算法，对状态变量进行估计，基于估计后的状态变量对后处理车体‑转向架安装关系进行计算。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中里程计与惯导系统之间安装关系变化所导致的轨道线型计算出现测量误差影响轨道参数计算的技术问题。

Description

基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法
技术领域
本发明涉及惯性组合导航技术领域，尤其涉及一种基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法。
背景技术
非接触式轨道检测系统一般由惯性导航系统、里程计、卫星接收机和激光扫描仪等部件组成。由于采用了激光扫描仪代替了接触式滑轮，消除了机械摩擦因素，大幅提高了测量效率。非接触式轨道检测系统一般车架安装和车厢安装两种方式。车架与轨道直接接触，车辆运行速度越快，车架处的振动环节越恶劣，对检测系统的结构强度要求越高，随着列车行驶速度越来越快，车架安装方式逐渐难以适应高速列车的运行环境，因此车厢安装方式应运而生。经过车厢与车架之间的多级减振后，车厢的振动和冲击强度大幅衰减，更有利于提高系统的测量精度和工作寿命。
但相比于车架安装方式，车厢安装方式存在一个问题——由于车厢与车架之间的角度会在行驶期间发生变化，导致安装在轮轴上的里程计与惯导系统之间安装关系会发生变化。这个安装关系一般在使用前通过直线行驶进行标定，如果在车辆运行到缓和曲线和圆曲线上时仍然使用直线参数，会导致轨道线型计算出现测量误差，影响正矢、轨向等轨道参数的计算。
发明内容
本发明提供了一种基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法，能够解决现有技术中里程计与惯导系统之间安装关系变化所导致的轨道线型计算出现测量误差影响轨道参数计算的技术问题。
本发明提供了一种基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法，基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法包括：获取里程计在载体坐标系下输出的里程；基于里程计在载体坐标系下输出的里程计算获取里程计在载体坐标系下的位置增量；将惯性导航系统在载体坐标系下的位置增量与里程计在载体坐标系下的位置增量的差值作为系统观测量，根据系统观测量获取观测矩阵；获取系统状态转移矩阵；在第一直线条件下，使用里程计计算速度，根据里程计计算的速度重置惯性导航系统速度，无需计算后处理车体-转向架安装关系；在第二直线条件下，基于系统观测矩阵和系统状态转移矩阵，通过卡尔曼滤波算法，对状态变量进行估计，基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算；在第三直线条件下，无需计算后处理车体-转向架安装关系；在圆曲线条件下，基于系统观测矩阵和系统状态转移矩阵，通过卡尔曼滤波算法，对状态变量进行估计，基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算；在缓和曲线条件下，在缓和曲线的多个呈线性关系增长的曲率点位置处，基于系统观测矩阵和系统状态转移矩阵，通过卡尔曼滤波算法，对状态变量进行估计，基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算。
进一步地，里程计在载体坐标系下输出的里程可根据
Figure BDA0003325977080000021
来获取，其中，
Figure BDA0003325977080000022
为里程计在k时刻在载体坐标系下输出的里程，
Figure BDA0003325977080000023
为里程计与惯性导航系统之间的安装关系矩阵，KD为里程计刻度系数，
Figure BDA0003325977080000024
为里程计在里程计坐标系下的脉冲数矢量形式，Nk为里程计在第k个采样周期内输出的脉冲数。
进一步地，里程计在载体坐标系下的位置增量可根据
Figure BDA0003325977080000032
来获取，其中，
Figure BDA0003325977080000033
为里程计在载体坐标系下的位置增量，δαθ为俯仰角误差，δαψ为航向角误差，δKD为里程计刻度系数误差，
Figure BDA0003325977080000034
为里程计在k时刻在载体坐标系下沿x轴输出的里程，
Figure BDA0003325977080000035
为里程计在k时刻在载体坐标系下沿y轴输出的里程，
Figure BDA0003325977080000036
为里程计在k时刻在载体坐标系下沿z轴输出的里程，X为状态变量。
进一步地，系统观测量可根据
Figure BDA0003325977080000037
获取，其中，
Figure BDA0003325977080000038
为惯性导航系统在载体坐标系下的位置增量，Hk为观测矩阵，
Figure BDA0003325977080000039
进一步地，惯性导航系统在载体坐标系下的位置增量
Figure BDA00033259770800000310
可根据
Figure BDA00033259770800000311
来获取，其中，
Figure BDA00033259770800000313
为惯性导航系统在导航坐标系下的位置增量，
Figure BDA00033259770800000314
为k时刻惯性导航系统在导航坐标系下的速度，
Figure BDA00033259770800000315
为k-1时刻惯性导航系统在导航坐标系下的速度，Ts为计算周期。
进一步地，状态变量的估计可根据
Figure BDA00033259770800000316
来获取，其中，Xk,k-1为一步预测状态，Kk为滤波增益矩阵，Xk为k时刻的状态变量，Xk-1为k-1时刻的状态变量，Pk,k-1为一步预测均方差误差阵，Pk为k时刻的均方差误差阵，Pk-1为k-1时刻的均方差误差阵，Qk为系统噪声矩阵，Rk为测量噪声矩阵。
进一步地，基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算具体包括：基于估计后的状态变量对惯性导航系统与里程计之间的安装关系矩阵进行计算以完成后处理车体-转向架安装关系的计算。
进一步地，惯性导航系统与里程计之间的安装关系矩阵可根据
Figure BDA0003325977080000041
进行修正，里程计刻度系数可根据KD,k+1＝(1+δKD,k)KD,k进行修正，其中，
Figure BDA0003325977080000042
为k+1时刻里程计与惯性导航系统之间的安装关系矩阵，
Figure BDA0003325977080000043
为k时刻里程计与惯性导航系统之间的安装关系矩阵，KD,k+1为k+1时刻里程计刻度系数，KD,k为k时刻里程计刻度系数。
应用本发明的技术方案，提供了一种基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法，该方法考虑当卫星系统失效后，惯导系统误差会随时间逐渐增大，长时间估计会导致误差耦合程度加深，因此，其针对不同轨道线型条件，对状态变量进行分段估计，并计算获取车体-转向架安装关系，此种方式与现有技术相比，能够准确计算车辆转向架与车厢之间的安装角，消除由此引起的里程计定位计算误差，进而提高轨道线型测量的准确性，解决了检测系统安装在车厢上时会产生测量误差的问题。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明的基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法，该基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法包括：获取里程计在载体坐标系下输出的里程；基于里程计在载体坐标系下输出的里程计算获取里程计在载体坐标系下的位置增量；将惯性导航系统在载体坐标系下的位置增量与里程计在载体坐标系下的位置增量的差值作为系统观测量，根据系统观测量获取观测矩阵；获取系统状态转移矩阵；在第一直线条件下，使用里程计计算速度，根据里程计计算的速度重置惯性导航系统速度，对可能存在较大误差的纯惯性速度进行初步校正，无需计算后处理车体-转向架安装关系；在第二直线条件下，基于系统观测矩阵和系统状态转移矩阵，通过卡尔曼滤波算法，对状态变量进行估计，基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算；在第三直线条件下，无需计算后处理车体-转向架安装关系；在圆曲线条件下，基于系统观测矩阵和系统状态转移矩阵，通过卡尔曼滤波算法，对状态变量进行估计，基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算；在缓和曲线条件下，在缓和曲线的多个呈线性关系增长的曲率点位置处，基于系统观测矩阵和系统状态转移矩阵，通过卡尔曼滤波算法，对状态变量进行估计，基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算。
应用此种配置方式，提供了一种基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法，该方法考虑当卫星系统失效后，惯导系统误差会随时间逐渐增大，长时间估计会导致误差耦合程度加深，因此，其针对不同轨道线型条件，利用后处理可利用当前时候前后时间段对线性进行精确判断的优势，对状态变量进行分段估计，并计算获取车体-转向架安装关系，此种方式与现有技术相比，能够准确计算车辆转向架与车厢之间的安装角，消除由此引起的里程计定位计算误差，进而提高轨道线型测量的准确性，解决了检测系统安装在车厢上时会产生测量误差的问题。
在本发明中，为了实现车体-转向架安装关系的动态计算，首先需要获取里程计在载体坐标系下输出的里程。具体地，设里程计在第k个采样周期内输出的脉冲数为Nk，则在里程计坐标系(m系)下，里程计输出矢量为
Figure BDA0003325977080000071
其中，
Figure BDA0003325977080000072
为里程计在里程计坐标系下的脉冲数矢量形式，Nk为里程计在第k个采样周期内输出的脉冲数。里程计与惯性导航系统之间的安装关系矩阵为
Figure BDA0003325977080000073
Figure BDA0003325977080000074
里程计刻度系数为KD，里程计在k时刻在惯性载体坐标系下输出的里程可根据
Figure BDA0003325977080000075
来获取，其中，
Figure BDA0003325977080000076
为里程计在k时刻在载体坐标系下输出的里程，
Figure BDA0003325977080000077
为里程计与惯性导航系统之间的安装关系矩阵，KD为里程计刻度系数。
将里程计与惯性导航系统之间的安装关系矩阵
Figure BDA0003325977080000078
表示为欧拉角的形式
Figure BDA0003325977080000079
其中，αθ表示俯仰角，αγ表示横滚角，αψ表示航向角。
一般情况下，αθ和αψ均为小角度，因此为了简化计算，将欧拉角形式的里程计与惯性导航系统之间的安装关系矩阵
Figure BDA00033259770800000710
代入
Figure BDA00033259770800000711
中可得
Figure BDA0003325977080000081
当由于车辆在曲线上运动，导致安装关系发生变化时，变化的角度为δα＝[δαθ δαγ δαψ]T，变化的刻度系数为δKD，则实际测量得到的里程计输出为
Figure BDA0003325977080000082
对
Figure BDA0003325977080000083
进行整理，得到误差向量的形式，即可获取里程计在载体坐标系下的位置增量，即
Figure BDA0003325977080000085
其中，
Figure BDA0003325977080000086
为里程计在载体坐标系下的位置增量，δαθ为俯仰角误差，δαψ为航向角误差，δKD为里程计刻度系数误差，
Figure BDA0003325977080000087
为里程计在k时刻在载体坐标系下沿x轴输出的里程，
Figure BDA0003325977080000088
为里程计在k时刻在载体坐标系下沿y轴输出的里程，
Figure BDA0003325977080000089
为里程计在k时刻在载体坐标系下沿z轴输出的里程，X为状态变量。
在k时刻内，惯性导航系统在导航坐标系(n系)下的位置增量为
Figure BDA00033259770800000810
其中
Figure BDA00033259770800000811
为k时刻惯性导航系统在导航坐标系下的速度，
Figure BDA00033259770800000812
为k-1时刻惯性导航系统在导航坐标系下的速度，Ts为计算周期。将惯性导航系统在导航坐标系(n系)下的位置增量转换到载体坐标系(b系)下，可得
Figure BDA00033259770800000813
其中，
Figure BDA00033259770800000814
为惯性导航系统在导航坐标系下的位置增量，
Figure BDA00033259770800000815
为惯性导航系统在载体坐标系下的位置增量。
选择惯性导航系统在载体坐标系下的位置增量和里程计在载体坐标系下的位置增量的差值作为系统观测量，即
Figure BDA0003325977080000091
其中，
Figure BDA0003325977080000092
为惯性导航系统在载体坐标系下的位置增量，Hk为观测矩阵，
Figure BDA0003325977080000093
考虑到误差向量短时变化不大，因此系统状态转移矩阵可以近似为单位阵，即Fk＝I。
对安装关系进行实时估计并不是时刻进行的，因为当卫星系统失效后，惯导系统误差会随时间逐渐增大，长时间估计会导致误差耦合程度加深，X会逐渐偏离真实值，因此需要根据轨道线型信息，对X进行分段估计。具体地，见表1所示，在第一直线条件下，使用里程计计算速度，并重置惯性导航系统速度，无需计算后处理车体-转向架安装关系；在第二直线条件下，基于系统观测矩阵和系统状态转移矩阵，通过卡尔曼滤波算法，对状态变量进行估计，基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算；在第三直线条件下，无需计算后处理车体-转向架安装关系；在圆曲线条件下，基于系统观测矩阵和系统状态转移矩阵，通过卡尔曼滤波算法，对状态变量进行估计，基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算；在缓和曲线条件下，在缓和曲线的多个呈线性关系增长的曲率点位置处，基于系统观测矩阵和系统状态转移矩阵，通过卡尔曼滤波算法，对状态变量进行估计，基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算。
表1不同线型条件下的里程计误差估计策略
Figure BDA0003325977080000094
Figure BDA0003325977080000101
作为本发明的一个具体实施例，第一直线条件为直线0m至200m的直线段，第二直线条件为200m至400m的直线段，第三直线条件为大于400m的直线段，缓和曲线为直线与圆曲线之间的一段曲线。
状态变量的估计可根据
Figure BDA0003325977080000102
来获取，其中，Xk,k-1为一步预测状态，Kk为滤波增益矩阵，Xk为k时刻的状态变量，Xk-1为k-1时刻的状态变量，Pk,k-1为一步预测均方差误差阵，Pk为k时刻的均方差误差阵，Pk-1为k-1时刻的均方差误差阵，Qk为系统噪声矩阵，Rk为测量噪声矩阵。基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算具体包括：基于估计后的状态变量对惯性导航系统与里程计之间的安装关系矩阵进行计算以完成后处理车体-转向架安装关系的计算。惯性导航系统与里程计之间的安装关系矩阵可根据
Figure BDA0003325977080000111
进行修正，里程计刻度系数可根据KD,k+1＝(1+δKD,k)KD,k进行修正，其中，
Figure BDA0003325977080000112
为k+1时刻里程计与惯性导航系统之间的安装关系矩阵，
Figure BDA0003325977080000113
为k时刻里程计与惯性导航系统之间的安装关系矩阵，KD,k+1为k+1时刻里程计刻度系数，KD,k为k时刻里程计刻度系数。
为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1对本发明所提供的基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法进行详细说明。
如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法，该方法具体包括如下步骤。
获取里程计在载体坐标系下输出的里程。设里程计在第k个采样周期内输出的脉冲数为Nk，则在里程计坐标系(m系)下，里程计输出矢量为
Figure BDA0003325977080000114
其中，
Figure BDA0003325977080000115
为里程计在里程计坐标系下的脉冲数矢量形式，Nk为里程计在第k个采样周期内输出的脉冲数。里程计与惯性导航系统之间的安装关系矩阵为
Figure BDA0003325977080000116
Figure BDA0003325977080000117
里程计刻度系数为KD，里程计在k时刻在惯性载体坐标系下输出的里程可根据
Figure BDA0003325977080000118
来获取，其中，
Figure BDA0003325977080000119
为里程计在k时刻在载体坐标系下输出的里程，
Figure BDA00033259770800001110
为里程计与惯性导航系统之间的安装关系矩阵，KD为里程计刻度系数。
基于里程计在载体坐标系下输出的里程计算获取里程计在载体坐标系下的位置增量。里程计在载体坐标系下的位置增量可根据
Figure BDA0003325977080000122
来获取，其中，
Figure BDA0003325977080000123
为里程计在载体坐标系下的位置增量，δαθ为俯仰角误差，δαψ为航向角误差，δKD为里程计刻度系数误差，
Figure BDA0003325977080000124
为里程计在k时刻在载体坐标系下沿x轴输出的里程，
Figure BDA0003325977080000125
为里程计在k时刻在载体坐标系下沿y轴输出的里程，
Figure BDA0003325977080000126
为里程计在k时刻在载体坐标系下沿z轴输出的里程，X为状态变量。
将惯性导航系统在载体坐标系下的位置增量与里程计在载体坐标系下的位置增量的差值作为系统观测量，根据系统观测量获取观测矩阵。系统观测量可根据
Figure BDA0003325977080000127
获取，其中，
Figure BDA0003325977080000128
为惯性导航系统在载体坐标系下的位置增量，Hk为观测矩阵，
Figure BDA0003325977080000129
惯性导航系统在载体坐标系下的位置增量
Figure BDA00033259770800001210
Figure BDA00033259770800001211
Figure BDA00033259770800001212
来获取，其中，
Figure BDA00033259770800001213
为所述惯性导航系统在导航坐标系下的位置增量，
Figure BDA00033259770800001214
为k时刻惯性导航系统在导航坐标系下的速度，
Figure BDA00033259770800001215
为k-1时刻惯性导航系统在导航坐标系下的速度，Ts为计算周期。
获取系统状态转移矩阵。考虑到误差向量短时变化不大，因此系统状态转移矩阵可以近似为单位阵，即Fk＝I。
在第一直线条件下，使用里程计计算速度，并重置惯性导航系统速度，无需计算后处理车体-转向架安装关系；在第二直线条件下，基于系统观测矩阵和系统状态转移矩阵，通过卡尔曼滤波算法，对状态变量进行估计，基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算；在第三直线条件下，无需计算后处理车体-转向架安装关系；在圆曲线条件下，基于系统观测矩阵和系统状态转移矩阵，通过卡尔曼滤波算法，对状态变量进行估计，基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算；在缓和曲线条件下，在缓和曲线的多个呈线性关系增长的曲率点位置处，基于系统观测矩阵和系统状态转移矩阵，通过卡尔曼滤波算法，对状态变量进行估计，基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算。在本实施例，第一直线条件为直线0m至200m的直线段，第二直线条件为200m至400m的直线段，第三直线条件为大于400m的直线段，缓和曲线为直线与圆曲线之间的一段曲线。
(1)首先在第一直线段，利用里程计速度对惯导系统的速度进行重置，以降低惯性速度误差对状态估计产生的影响；在第二直线段，利用本方法对惯导系统与里程计之间的安装误差，以及里程计的刻度系数误差进行估计；当到达第三直线段后，利用第二直线段的估计结果，计算惯导系统与里程计之间的误差矩阵
Figure BDA0003325977080000131
并修正里程计刻度系数，之后采用修正后的里程计数据进行组合，并对400m之前的位置误差进行后处理优化修正。
(2)当车辆进入缓和曲线后，但未驶入圆曲线前，暂不对惯导和里程计之间的误差进行修正。
(3)当车辆进入圆曲线后，利用圆曲线数据，使用本方法，对车辆在圆曲线上运行时的惯导与里程计之间的安装误差进行估计；当车辆驶出圆曲线后，利用估计结果，对圆曲线上的位置误差进行后处理优化修正；利用根据缓和曲线特性，缓和曲线的曲率按里程线性增长，因此缓和曲线上惯导与里程计之间的夹角误差以缓和曲线长度线性变化，在缓和曲线起始处与直线相同，在缓和曲线结束处与圆相同，根据采样点所处缓和曲线长度计算安装误差角，并进行后处理修正。
(4)当车辆驶出圆曲线后，但未驶入直线段前，暂不对惯导和里程计之间的误差进行修正。
(5)当车辆驶入直线段后，按照(1)进行直线段误差估计。根据缓和曲线特性，缓和曲线的曲率按里程线性增长，因此缓和曲线上惯导与里程计之间的夹角误差以缓和曲线长度线性变化，在缓和曲线起始处与圆曲线相同，在缓和曲线结束处与直线相同，根据采样点所处缓和曲线长度计算安装误差角，并进行后处理修正。
综上所述，本发明提供了一种基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法，该方法考虑当卫星系统失效后，惯导系统误差会随时间逐渐增大，长时间估计会导致误差耦合程度加深，因此，其针对不同轨道线型条件，对状态变量进行分段估计，并计算获取车体-转向架安装关系，此种方式与现有技术相比，能够准确计算车辆转向架与车厢之间的安装角，消除由此引起的里程计定位计算误差，进而提高轨道线型测量的准确性，解决了检测系统安装在车厢上时会产生测量误差的问题。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法，其特征在于，所述基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法包括：
获取里程计在载体坐标系下输出的里程；
基于所述里程计在载体坐标系下输出的里程计算获取里程计在载体坐标系下的位置增量；
将惯性导航系统在载体坐标系下的位置增量与所述里程计在载体坐标系下的位置增量的差值作为系统观测量，根据所述系统观测量获取观测矩阵；
获取系统状态转移矩阵；
在第一直线条件下，使用里程计计算速度，根据所述里程计计算的速度重置惯性导航系统速度，无需计算后处理车体-转向架安装关系；在第二直线条件下，基于所述系统观测矩阵和所述系统状态转移矩阵，通过卡尔曼滤波算法，对状态变量进行估计，基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算；在第三直线条件下，无需计算后处理车体-转向架安装关系；在圆曲线条件下，基于所述系统观测矩阵和所述系统状态转移矩阵，通过卡尔曼滤波算法，对状态变量进行估计，基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算；在缓和曲线条件下，在缓和曲线的多个呈线性关系增长的曲率点位置处，基于所述系统观测矩阵和所述系统状态转移矩阵，通过卡尔曼滤波算法，对状态变量进行估计，基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算。
2.根据权利要求1所述的基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法，其特征在于，所述里程计在载体坐标系下输出的里程可根据
Figure FDA0003325977070000011
来获取，其中，
Figure FDA0003325977070000021
为里程计在k时刻在载体坐标系下输出的里程，
Figure FDA0003325977070000022
为里程计与惯性导航系统之间的安装关系矩阵，KD为里程计刻度系数，
Figure FDA0003325977070000023
为里程计在里程计坐标系下的脉冲数矢量形式，Nk为里程计在第k个采样周期内输出的脉冲数。
3.根据权利要求2所述的基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法，其特征在于，所述里程计在载体坐标系下的位置增量可根据
Figure FDA0003325977070000024
Figure FDA0003325977070000025
来获取，其中，
Figure FDA0003325977070000026
为里程计在载体坐标系下的X＝[δKD δαθ δαψ]T
位置增量，δαθ为俯仰角误差，δαψ为航向角误差，δKD为里程计刻度系数误差，
Figure FDA0003325977070000027
为里程计在k时刻在载体坐标系下沿x轴输出的里程，
Figure FDA0003325977070000028
为里程计在k时刻在载体坐标系下沿y轴输出的里程，
Figure FDA0003325977070000029
为里程计在k时刻在载体坐标系下沿z轴输出的里程，X为状态变量。
4.根据权利要求3所述的基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法，其特征在于，所述系统观测量可根据
Figure FDA00033259770700000210
获取，其中，
Figure FDA00033259770700000211
为惯性导航系统在载体坐标系下的位置增量，Hk为观测矩阵，
Figure FDA00033259770700000212
5.根据权利要求4所述的基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法，其特征在于，所述惯性导航系统在载体坐标系下的位置增量
Figure FDA00033259770700000213
可根据
Figure FDA00033259770700000214
Figure FDA00033259770700000215
来获取，其中，
Figure FDA00033259770700000216
为所述惯性导航系统在导航坐标系下的位置增量，
Figure FDA00033259770700000217
为k时刻惯性导航系统在导航坐标系下的速度，
Figure FDA00033259770700000218
为k-1时刻惯性导航系统在导航坐标系下的速度，Ts为计算周期。
6.根据权利要求1所述的基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法，其特征在于，所述状态变量的估计可根据
Figure FDA0003325977070000031
来获取，其中，Xk,k-1为一步预测状态，Kk为滤波增益矩阵，Xk为k时刻的状态变量，Xk-1为k-1时刻的状态变量，Pk,k-1为一步预测均方差误差阵，Pk为k时刻的均方差误差阵，Pk-1为k-1时刻的均方差误差阵，Qk为系统噪声矩阵，Rk为测量噪声矩阵。
7.根据权利要求6所述的基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法，其特征在于，基于估计后的状态变量对后处理车体-转向架安装关系进行计算具体包括：基于估计后的状态变量对惯性导航系统与里程计之间的安装关系矩阵进行计算以完成所述后处理车体-转向架安装关系的计算。
8.根据权利要求7所述的基于后处理车体-转向架安装关系动态计算方法，其特征在于，所述惯性导航系统与里程计之间的安装关系矩阵可根据
Figure FDA0003325977070000032
进行修正，所述里程计刻度系数可根据KD,k+1＝(1+δKD,k)KD,k进行修正，其中，
Figure FDA0003325977070000033
为k+1时刻里程计与惯性导航系统之间的安装关系矩阵，
Figure FDA0003325977070000034
为k时刻里程计与惯性导航系统之间的安装关系矩阵，KD,k+1为k+1时刻里程计刻度系数，KD,k为k时刻里程计刻度系数。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115615430A (zh) * 2022-12-21 2023-01-17 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 基于捷联惯导的定位数据修正方法及系统
CN116718196A (zh) * 2023-08-09 2023-09-08 腾讯科技（深圳）有限公司 一种导航方法、装置、设备及计算机可读存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030216865A1 (en) * 2002-04-12 2003-11-20 Ensco, Inc. Inertial navigation system for mobile objects with constraints
CN103343498A (zh) * 2013-07-24 2013-10-09 武汉大学 一种基于ins/gnss的轨道不平顺检测系统及方法
GB201819620D0 (en) * 2018-11-30 2019-01-16 Thales Holdings Uk Plc Method and apparatus for determining a position of a vehicle
CN109552356A (zh) * 2018-10-18 2019-04-02 山东北斗华宸导航技术股份有限公司 基于卫星定位与惯导的高铁轨道平顺性检测系统及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030216865A1 (en) * 2002-04-12 2003-11-20 Ensco, Inc. Inertial navigation system for mobile objects with constraints
CN103343498A (zh) * 2013-07-24 2013-10-09 武汉大学 一种基于ins/gnss的轨道不平顺检测系统及方法
CN109552356A (zh) * 2018-10-18 2019-04-02 山东北斗华宸导航技术股份有限公司 基于卫星定位与惯导的高铁轨道平顺性检测系统及方法
GB201819620D0 (en) * 2018-11-30 2019-01-16 Thales Holdings Uk Plc Method and apparatus for determining a position of a vehicle
CN113167586A (zh) * 2018-11-30 2021-07-23 泰雷兹控股英国有限公司 用于确定载运工具的位置的方法和装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李卫东;侯丽虹;: "基于卫星导航系统的高速列车定位技术研究", 信息与控制, no. 04, 15 August 2016 (2016-08-15) *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115615430A (zh) * 2022-12-21 2023-01-17 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 基于捷联惯导的定位数据修正方法及系统
CN115615430B (zh) * 2022-12-21 2023-03-10 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 基于捷联惯导的定位数据修正方法及系统
CN116718196A (zh) * 2023-08-09 2023-09-08 腾讯科技（深圳）有限公司 一种导航方法、装置、设备及计算机可读存储介质
CN116718196B (zh) * 2023-08-09 2023-10-20 腾讯科技（深圳）有限公司 一种导航方法、装置、设备及计算机可读存储介质

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