SIL4安全级的多传感器信息融合定位系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种SIL4安全级的多传感器信息融合定位系统及方法，该系统包括数据采集模块和车载安全计算机模块，所述数据采集模块包括GNSS数据采集模块和ODO数据采集模块，所述车载安全计算机模块包括数据库模块、与所述GNSS数据采集模块和ODO数据采集模块连接的信息融合模块、与所述信息融合模块连接的虚拟信标模块以及控制软件。与现有技术相比，本发明专利技术具有安全性高、成本低等优点。

SIL4 security level multi-sensor information fusion positioning system and method

【技术实现步骤摘要】
SIL4安全级的多传感器信息融合定位系统及方法
本专利技术涉及信号领域，尤其是涉及一种SIL4安全级的多传感器信息融合定位系统及方法。
技术介绍
采用GNSS技术不仅能够降低轨旁轨旁装备的数量，还能够很好的减低建设以及运营方面的成本，不仅如此还可以增高铁路营运方面的管理上面的水平。常用的列车定位方法各有自身的优缺点，到目前为止无一种的定位的技术可以比较有效率的单独的解决列车的定位技术上的问题。多传感器组合的定位，对于列车而言，是能够有效的提升整个列车组合定位系统上的容错的性能、位置上的信息的可信度以及时空上面所能覆盖的范围,是当前列车测速定位技术的重要发展方向。国内外基于GNSS的多传感器信息融合的定位技术研究逐步成熟，国内外对工程实际应用都提上了日程。欧洲下一代铁路信号控制系统，亦将GNSS的应用作为关键技术点；随着北斗卫星定位系统日趋完善，国内铁路信号领域也开展了“空天地”等项目，加大推进GNSS的工程应用。但是GNSS在铁路信号领域应用中，如何实现安全完善度4级，一直是阻碍其工程实践的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种SIL4安全级的多传感器信息融合定位系统及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种SIL4安全级的多传感器信息融合定位系统，包括数据采集模块和车载安全计算机模块，所述数据采集模块包括GNSS数据采集模块和ODO数据采集模块，所述车载安全计算机模块包括数据库模块、与所述GNSS数据采集模块和ODO数据采集模块连接的信息融合模块、与所述信息融合模块连接的虚拟信标模块以及控制软件，所述数据库模块包括电子地图数据库与虚拟信标数据库，其中：所述GNSS数据采集模块用于采集多组GNSS数据，所述GNSS数据包括速度和位置信息；所述ODO数据采集模块用于采集多组不同轮轴上的ODO数据，所述ODO数据包括速度信息；所述信息融合模块用于融合GNSS数据和ODO数据得到安全融合信息，所述安全融合信息包括速度和位置信息；所述虚拟信标模块用于根据所述安全融合信息中的位置信息，对比虚拟信标数据库，进行虚拟信标捕获，获得安全信标定位；所述控制软件接收所述安全融合信息和安全信标定位。优选地，所述GNSS数据由GNSS接收机根据接收的卫星信息与差分基站采集的卫星差分信息生成，其中：所述GNSS接收机还用于RAIM故障检测和信噪比检测，所述RAIM故障检测用以剔除故障卫星，所述信噪比检测用于规避定位信号传递过程中的多路径或替代途径影响；所述差分基站还用于基于确定位置检测和差分信息验证，所述确定位置检测判断是否出现卫星控制站或个别卫星故障，所述差分信息验证剔除潜在故障卫星信号与差分信号。优选地，所述安全融合信息得到过程具体为：依次进行安全性判别和卡尔曼滤波处理，所述安全性判别包括GNSS数据安全性判别和ODO数据安全性判别，对应获得GNSS安全速度与位置信息和ODO安全速度信息；所述卡尔曼滤波用于提高安全性判别后的信息精度，得到安全融合信息。优选地，所述ODO数据安全性判别具体为：对ODO数据依次进行ODO健康监测、ODO组合故障安全表决和ODO运动模型诊断；所述GNSS数据安全性判别具体为：对GNSS数据先进行GNSS健康状态监测，然后同步进行基于所述电子地图数据库的GNSS故障检测、GNSS组合故障安全表决和基于ODO信息检测。优选地，所述卡尔曼滤波处理包括根据电子地图数据库和ODO安全速度信息将进行卡尔曼滤波发散检验。优选地，所述GNSS接收机包含2或3台不同供应商的多频接收机，所述差分基站包含2套不同供应商的差分设备。优选地，所述多传感器信息融合定位系统的安全性危险侧失效率w为：DC＝1-(1-DCmap)(1-DCODO)式中，DC为地图加ODO组合检测覆盖率，DCmap为基于电子地图检测覆盖率，DCODO基于ODO检测覆盖率，λ为单个差分接收机及差分站设备失效率，wmap为电子地图检测失效，wODO为ODO检测失效，Tl为系统大修或更换周期，MTTR为平均恢复间隔时间。一种SIL4安全级的多传感器信息融合定位方法，包括：S1：采集多组GNSS数据和多组ODO数据；S2：对多组GNSS数据和多组ODO数据依次进行安全性判和卡尔曼滤波得到安全融合信息；S3：根据所述安全融合信息中的安全位置信息和虚拟信标数据库，进行虚拟信标捕获，获得安全信标定位；S4：将所述安全融合信息和安全信标定位传输到车载安全计算机模块的控制软件中。优选地，所述GNSS数据由GNSS接收机根据接收的卫星信息与差分基站采集的卫星差分信息生成，所述GNSS接收机的功能还包括RAIM故障检测和信噪比检测，所述差分基站的功能还包括基于确定位置检测和差分信息验证；所述GNSS接收机包含2或3台不同供应商的多频接收机，所述差分基站包含2套不同供应商的差分设备。优选地，步骤S2所述安全性判别包括GNSS数据和ODO数据安全性判别，所述ODO数据安全性判别依次进行ODO健康监测、ODO组合故障安全表决和ODO运动模型诊断，获得ODO安全速度信息，所述GNSS数据安全性判别先进行GNSS健康状态监测然后同时进行基于电子地图数据库的GNSS故障检测、GNSS组合故障安全表决和基于ODO信息检测，获得GNSS安全速度与位置信息。与现有技术相比，本专利技术具有以如下有益效果：1)本专利技术基于GNSS的多传感器信息，结合GNSS检测、ODO检测以及无线传感器-虚拟信标技术，构建了安全完善度4级系统架构及信息处理流程，在无物理信标情况下，向上层列车控制软件输出安全的速度、位置以及虚拟信标定位信息，并提供了定量评估方法，安全性和准确性高；2)本专利技术利用GNSS检测模块实现了基于确定位置检测卫星系统故障和异常，通过差分信息阈值检查，间接验证差分站及卫星状态，提高了系统的安全性；3)本专利技术采用相异差分GNSS接收机和相异差分站，选用不同厂商生产的设备，解决同一厂家可能存在的共因失效问题，系统安全性高；4)本专利技术进行了GNSS健康状态监测，通过安全计算机对定位卫星数量、HDOP值、高度截止角和差分等级进行监控，增加了系统安全性。附图说明图1为本专利技术的系统架构图；图2为本专利技术的信息处理技术关系图；图3为本专利技术的安全性判别流程图；图4为本专利技术的信息处理过程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1本实施例提供一种SIL4安全级的多传感器信息融合定位系统，如图1，满足安全完善度4级，包括数据采集模块和车载安全计算机模块，所述数据采集模块包括GNSS数据采集模块和ODO数据采集模块，所述车载安全计算机模块为满足列车应用环境的安全完善度4级的通用计算机，包括数据库模块、与所述GNSS数据采集模块和ODO数据采集模块连接的信息融合模块、与所述信息融合模块连接的虚拟信标模块以及控制软件，所述数据库模块包括电子地图数据库与虚拟信标数据库，所涉及的信息处理技术关系如图2所示，其中：所述GNSS数据采集模块用于采集多组GNSS数据，GNSS数据包括速度和位置信息，由GNSS接收机根据接收的卫星信息与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SIL4安全级的多传感器信息融合定位系统，包括数据采集模块和车载安全计算机模块，其特征在于，所述数据采集模块包括GNSS数据采集模块和ODO数据采集模块，所述车载安全计算机模块包括数据库模块、与所述GNSS数据采集模块和ODO数据采集模块连接的信息融合模块、与所述信息融合模块连接的虚拟信标模块以及控制软件，所述数据库模块包括电子地图数据库与虚拟信标数据库，其中：所述GNSS数据采集模块用于采集多组GNSS数据，所述GNSS数据包括速度和位置信息；所述ODO数据采集模块用于采集多组不同轮轴上的ODO数据，所述ODO数据包括速度信息；所述信息融合模块用于融合GNSS数据和ODO数据得到安全融合信息，所述安全融合信息包括速度和位置信息；所述虚拟信标模块用于根据所述安全融合信息中的位置信息，对比虚拟信标数据库，进行虚拟信标捕获，获得安全信标定位；所述控制软件接收所述安全融合信息和安全信标定位。

【技术特征摘要】
1.一种SIL4安全级的多传感器信息融合定位系统，包括数据采集模块和车载安全计算机模块，其特征在于，所述数据采集模块包括GNSS数据采集模块和ODO数据采集模块，所述车载安全计算机模块包括数据库模块、与所述GNSS数据采集模块和ODO数据采集模块连接的信息融合模块、与所述信息融合模块连接的虚拟信标模块以及控制软件，所述数据库模块包括电子地图数据库与虚拟信标数据库，其中：所述GNSS数据采集模块用于采集多组GNSS数据，所述GNSS数据包括速度和位置信息；所述ODO数据采集模块用于采集多组不同轮轴上的ODO数据，所述ODO数据包括速度信息；所述信息融合模块用于融合GNSS数据和ODO数据得到安全融合信息，所述安全融合信息包括速度和位置信息；所述虚拟信标模块用于根据所述安全融合信息中的位置信息，对比虚拟信标数据库，进行虚拟信标捕获，获得安全信标定位；所述控制软件接收所述安全融合信息和安全信标定位。2.根据权利要求1所述的一种SIL4安全级的多传感器信息融合定位系统，其特征在于，所述GNSS数据由GNSS接收机根据接收的卫星信息与差分基站采集的卫星差分信息生成，其中：所述GNSS接收机还用于RAIM故障检测和信噪比检测，所述RAIM故障检测用以剔除故障卫星，所述信噪比检测用于规避定位信号传递过程中的多路径或替代途径影响；所述差分基站还用于基于确定位置检测和差分信息验证，所述确定位置检测判断是否出现卫星控制站或个别卫星故障，所述差分信息验证剔除潜在故障卫星信号与差分信号。3.根据权利要求1所述的一种SIL4安全级的多传感器信息融合定位系统，其特征在于，所述安全融合信息得到过程具体为：依次进行安全性判别和卡尔曼滤波处理，所述安全性判别包括GNSS数据安全性判别和ODO数据安全性判别，对应获得GNSS安全速度与位置信息和ODO安全速度信息；所述卡尔曼滤波用于提高安全性判别后的信息精度，得到安全融合信息。4.根据权利要求3所述的一种SIL4安全级的多传感器信息融合定位系统，其特征在于，所述ODO数据安全性判别具体为：对ODO数据依次进行ODO健康监测、ODO组合故障安全表决和ODO运动模型诊断；所述GNSS数据安全性判别具体为：对GNSS数据先进行GNSS健康状态监测，然后同步进行基于所述电子地图数据库的GNSS故障检测、GNSS组合故障安全表决和基于ODO信...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，蒋耀东，徐海贵，崔洪州，叶浩，阳扬，蒋建金，孙军峰，
申请(专利权)人：卡斯柯信号有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31