基于多信息融合对线路设计线型进行优化的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于多信息融合对线路设计线型进行优化的方法，该基于多信息融合对线路设计线型进行优化的方法包括：选取惯性导航系统、里程计、卫星和RFID传感器构成的组合导航系统状态构成系统状态向量；根据系统状态向量计算获取组合导航系统的概率分布函数；对概率分布函数进行高斯分布变换，根据高斯分布变换后的概率分布函数获取测量与观测差值函数；采用因子图算法对测量与观测差值函数进行表达；对测量与观测差值函数求导以获取对组合导航系统状态的融合结果；基于组合导航系统状态的融合结果和设计线型信息对线路设计线型进行优化。应用本发明专利技术的技术方案，以解决现有技术中惯性轨道检测系统的测量精度低的技术问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
基于多信息融合对线路设计线型进行优化的方法


[0001]本专利技术涉及惯性导航
，尤其涉及一种基于多信息融合对线路设计线型进行优化的方法。

技术介绍

[0002]传统轨道检测系统一般采用全站仪+里程计的测量方式，站点间的轨道参数通过拟合获取，无法准确反映轨道真实的平顺性。加入惯导系统后，通过高频输出的惯导姿态信息，可以得到密集的轨道特征，从而提高轨道平顺性计算的准确性。但由于惯导系统的漂移特性，长时间连续工作后，系统精度下降严重，制约了惯性轨道检测系统的测量效率。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种基于多信息融合对线路设计线型进行优化的方法，能够解决现有技术中惯性轨道检测系统的测量精度低的技术问题。
[0004]本专利技术提供了一种基于多信息融合对线路设计线型进行优化的方法，基于多信息融合对线路设计线型进行优化的方法包括：选取惯性导航系统、里程计、卫星和RFID传感器构成的组合导航系统状态构成系统状态向量；根据系统状态向量计算获取组合导航系统的概率分布函数；对概率分布函数进行高斯分布变换，根据高斯分布变换后的概率分布函数获取测量与观测差值函数；采用因子图算法对测量与观测差值函数进行表达；对测量与观测差值函数求导以获取对组合导航系统状态的融合结果；基于组合导航系统状态的融合结果和设计线型信息对线路设计线型进行优化。
[0005]进一步地，基于组合导航系统状态的融合结果和设计线型信息对线路设计线型进行优化具体包括：当设计线型信息为直线且在卫星处于有效状态时，根据组合导航系统状态的融合结果所获取的惯性导航系统的姿态惯性导航系统在导航坐标系下的速度v、惯性导航系统的位置p、RFID传感器的位置误差p
RFID
、加速度计零位
▽
、陀螺漂移ε、里程计的刻度系数误差δK、里程计与惯导系统之间的沿俯仰方向的安装误差α
θ
以及里程计与惯导系统之间的沿航向方向的安装误差α
ψ
对线路设计线型进行优化；当设计线型信息为直线且在卫星处于无效状态时，根据组合导航系统状态的融合结果所获取的惯性导航系统的俯仰角误差θ、惯性导航系统的横滚角误差γ、惯性导航系统在导航坐标系下的速度v、惯性导航系统的位置p、RFID传感器的位置误差p
RFID
和加速度计零位
▽
对线路设计线型进行优化；当设计线型信息为缓和曲线且在卫星处于有效状态时，根据组合导航系统状态的融合结果所获取的惯性导航系统的姿态惯性导航系统在导航坐标系下的速度v、惯性导航系统的位置p、RFID传感器的位置误差p
RFID
、加速度计零位
▽
以及陀螺漂移ε对线路设计线型进行优化；当设计线型信息为缓和曲线且在卫星处于无效状态时，根据惯性导航系统在导航坐标系下的速度v、惯性导航系统的位置p、RFID传感器的位置误差p
RFID
和加速度计零位
▽
对线路设计线型进行优化；当设计线型信息为圆曲线且在卫星处于有效状态时，根据组合导航系统状态的融合结果所获取的惯性导航系统的姿态惯性导航系统在导航坐标系下的速度v、
惯性导航系统的位置p、RFID传感器的位置误差p
RFID
、加速度计零位
▽
、陀螺漂移ε、里程计的刻度系数误差δK、里程计与惯导系统之间的沿俯仰方向的安装误差α
θ
以及里程计与惯导系统之间的沿航向方向的安装误差α
ψ
对线路设计线型进行优化；当设计线型信息为圆曲线且在卫星处于无效状态时，根据组合导航系统状态的融合结果所获取的惯性导航系统的俯仰角误差θ、惯性导航系统的横滚角误差γ、惯性导航系统的位置p、RFID传感器的位置误差p
RFID
和加速度计零位
▽
对线路设计线型进行优化。
[0006]进一步地，组合导航系统状态的系统状态向量为其中，为惯性导航系统的姿态，θ为俯仰角误差，γ为横滚角误差，ψ为航向角误差，v为惯性导航系统在导航坐标系下的速度，v＝[v
e v
n v
u
]T
，v
e
为惯性导航系统在导航坐标系下的东向速度，v
n
为惯性导航系统在导航坐标系下的北向速度，v
u
为惯性导航系统在导航坐标系下的天向速度，p＝[L λ h]T
，p为惯性导航系统的位置，L为惯性导航系统的纬度，λ为惯性导航系统的经度，h为惯性导航系统的高度，ε＝[ε
x ε
y ε
z
]T
，ε为陀螺漂移，ε
x
为沿x方向的陀螺漂移，ε
y
为沿y方向的陀螺漂移，ε
z
为沿z方向的陀螺漂移，
▽
＝[
▽
x
ꢀ▽
y
ꢀ▽
z
]T
，
▽
为加速度计零位，
▽
x
为沿x方向的加速度计零位，
▽
y
为沿y方向的加速度计零位，
▽
z
为沿z方向的加速度计零位，p
RFID
＝[L
RFID λ
RFID h
RFID
]T
，p
RFID
为RFID传感器的位置误差，L
RFID
为RFID传感器沿纬度方向的位置误差，λ
RFID
为RFID传感器沿经度方向的位置误差，h
RFID
为RFID传感器沿高度方向的位置误差，δK为里程计的刻度系数误差，α
θ
为里程计与惯性导航系统之间的沿俯仰方向的安装误差，α
ψ
为里程计与惯性导航系统之间的沿航向的安装误差。
[0007]进一步地，组合导航系统的概率分布函数为其中，p(V
k
|Z
k
)测量为Z
k
条件下X
k
的概率分布函数，Z
k
为初始时刻到t
k
时刻为止获得的里程计输出的里程、GPS的位置以及RFID传感器输出的位置测量信息，V
k
为初始时刻到当前时刻t
k
为止系统导航状态的集合，V
j
为初始时刻到当前时刻t
j
为止系统导航状态的集合，为i
‑
1时刻的惯性导航系统IMU的位置信息，z
j
为t
j
时刻的里程计输出的里程、GPS的位置以及RFID传感器输出的位置测量信息，x
i
为t
i
时刻的系统导航状态，x
i
‑1为t
i
‑1时刻的系统导航状态，c
i
为t
i
时刻的组合导航系统误差状态，c
i
‑1为t...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多信息融合对线路设计线型进行优化的方法，其特征在于，所述基于多信息融合对线路设计线型进行优化的方法包括：选取惯性导航系统、里程计、卫星和RFID传感器构成的组合导航系统状态构成系统状态向量；根据所述系统状态向量计算获取组合导航系统的概率分布函数；对所述概率分布函数进行高斯分布变换，根据高斯分布变换后的所述概率分布函数获取测量与观测差值函数；采用因子图算法对所述测量与观测差值函数进行表达；对所述测量与观测差值函数求导以获取对组合导航系统状态的融合结果；基于所述组合导航系统状态的融合结果和设计线型信息对线路设计线型进行优化。2.根据权利要求1所述的基于多信息融合对线路设计线型进行优化的方法，其特征在于，基于所述组合导航系统状态的融合结果和设计线型信息对线路设计线型进行优化具体包括：当设计线型信息为直线且在卫星处于有效状态时，根据所述组合导航系统状态的融合结果所获取的惯性导航系统的姿态惯性导航系统在导航坐标系下的速度v、惯性导航系统的位置p、RFID传感器的位置误差p
RFID
、加速度计零位
▽
、陀螺漂移ε、里程计的刻度系数误差δK、里程计与惯导系统之间的沿俯仰方向的安装误差α
θ
以及里程计与惯导系统之间的沿航向方向的安装误差α
ψ
对线路设计线型进行优化；当设计线型信息为直线且在卫星处于无效状态时，根据所述组合导航系统状态的融合结果所获取的惯性导航系统的俯仰角误差θ、惯性导航系统的横滚角误差γ、惯性导航系统在导航坐标系下的速度v、惯性导航系统的位置p、RFID传感器的位置误差p
RFID
和加速度计零位对线路设计线型进行优化；当设计线型信息为缓和曲线且在卫星处于有效状态时，根据所述组合导航系统状态的融合结果所获取的惯性导航系统的姿态惯性导航系统在导航坐标系下的速度v、惯性导航系统的位置p、RFID传感器的位置误差p
RFID
、加速度计零位以及陀螺漂移ε对线路设计线型进行优化；当设计线型信息为缓和曲线且在卫星处于无效状态时，根据惯性导航系统在导航坐标系下的速度v、惯性导航系统的位置p、RFID传感器的位置误差p
RFID
和加速度计零位对线路设计线型进行优化；当设计线型信息为圆曲线且在卫星处于有效状态时，根据所述组合导航系统状态的融合结果所获取的惯性导航系统的姿态惯性导航系统在导航坐标系下的速度v、惯性导航系统的位置p、RFID传感器的位置误差p
RFID
、加速度计零位陀螺漂移ε、里程计的刻度系数误差δK、里程计与惯导系统之间的沿俯仰方向的安装误差α
θ
以及里程计与惯导系统之间的沿航向方向的安装误差α
ψ
对线路设计线型进行优化；当设计线型信息为圆曲线且在卫星处于无效状态时，根据所述组合导航系统状态的融合结果所获取的惯性导航系统的俯仰角误差θ、惯性导航系统的横滚角误差γ、惯性导航系统的位置p、RFID传感器的位置误差p
RFID
和加速度计零位
▽
对线路设计线型进行优化。3.根据权利要求1或2所述的基于多信息融合对线路设计线型进行优化的方法，其特征在于，所述组合导航系统状态的系统状态向量为其中，其中，为惯性导航系统的姿态，θ为俯仰角误差，γ为横滚角误差，ψ为航向角误差，v为惯性导航系统在导航坐标系下的速度，v＝[v
e v
n v
u
]
T
，v
e
为惯性导航系统在导航坐标系下的东向速度，v
n
为惯性导航系统在导航坐标系下的北向速度，v
u
为惯性导航系统
在导航坐标系下的天向速度，p＝[L λ h]
T
，p为惯性导航系统的位置，L为惯性导航系统的纬度，λ为惯性导航系统的经度，h为惯性导航系统的高度，ε＝[ε
x ε
y ε
z
]
T
，ε为陀螺漂移，ε
x
为沿x方向的陀螺漂移，ε
y
为沿y方向的陀螺漂移，ε
z
为沿z方向的陀螺漂移，为沿z方向的陀螺漂移，为加速度计零位，为沿x方向的加速度计零位，为沿y方向的加速度计零位，为沿z方向的加速度计零位，p
RFID
＝[L
RFID λ
RFID h
RFID
]
T
，p
RFID
为RFID传感器的位置误差，L
RFID
为RFID传感器沿纬度方向的位置误差，λ
RFID
为RFID传感器沿经度方向的位置误差，h
RFID
为RFID传感器沿高度方向的位置误差，δK为里程计的刻度系数误差，α
θ
为里程计与惯性导航系统之间的沿俯仰方向的安装误差，α
ψ
为里程计与惯性导航系统之间的沿航向的安装误差。4.根据权利要求3所述的基于多信息融合对线路设计线型进行优化的方法，其特征在于，所述组合导航系统的概率分布函数为其中，p(V
k
|Z
k
)测量为Z
k
条件下X
k
的概率分布函数，Z
k
为初始时刻到t
k
时刻为止获得的里程计输出的里程、GPS的位置以及RFID传感器输出的位置测量信息，V
k
为初始时刻到当前时刻t
k
为止系统导航状态的集合，V
j
...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄广琛，郭玉胜，裴新凯，王海军，王大元，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：