检索结果-南通市图书馆

基于北斗3号PPP-B2b信号的实时精密单点定位方法研究

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铁道学报 2024年第2期46卷 63-73页

作者：邓陈喜姜维王剑蔡伯根北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

针对IGS精密产品存在相应时延且在列车长时间高速运行下不便联网下载的问题,研究基于BDS-3提供的PPP-B2b服务的实时PPP方法。基于广播星历和PPP-B2b校正模型获取PPP-B2b实时精密产品,基于PPP模型及模糊度在线解算方法得到实时动/静态PP... 详细信息

针对IGS精密产品存在相应时延且在列车长时间高速运行下不便联网下载的问题,研究基于BDS-3提供的PPP-B2b服务的实时PPP方法。基于广播星历和PPP-B2b校正模型获取PPP-B2b实时精密产品,基于PPP模型及模糊度在线解算方法得到实时动/静态PPP结果,并利用实测数据对PPP-B2b轨道及钟差修正量级、实时PPP性能进行分析。20 min实验结果表明:实时动态PPP的北向定位精度为0.4172 m,东向定位精度为0.3041 m;实时静态PPP的北向定位精度为0.1005 m,东向定位精度为0.1741 m。基于PPP-B2b服务的实时PPP具有时效性优势,静态性能优于传统基于IGS精密产品的PPP,动态性能与之相当。

关键词： PPP-B2b 列车定位实时精密单点定位

基于CS-BP的列车卫星定位欺骗干扰检测方法

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铁道科学与工程学报 2024年第1期21卷 422-432页

作者：王思昊刘江蔡伯根王剑陆德彪北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学北京市电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044 北京交通大学智慧高铁系统前沿科学中心北京100044

随着列车运行控制模式车载自主化、系统智能化发展需求的不断深化,新型列车运行控制系统的设计与运用对列车测速定位自主性、可信性的需求愈发显著。全球导航卫星系统因其具备覆盖范围广、定位精度高、全天候等优势,成为新型列车控制系... 详细信息

随着列车运行控制模式车载自主化、系统智能化发展需求的不断深化,新型列车运行控制系统的设计与运用对列车测速定位自主性、可信性的需求愈发显著。全球导航卫星系统因其具备覆盖范围广、定位精度高、全天候等优势,成为新型列车控制系统实施列车自主定位的重要发展应用方向。卫星导航系统存在显著脆弱性,来自铁路沿线运行环境的干扰会对列车定位感知性能形成严重威胁,因此,准确、及时检测并识别干扰的发生是实施有效防护并确保列车运行安全的关键。欺骗式干扰通过信号转发或者定制生成虚假卫星信号信息,可诱骗接收机终端使其解算出错误的定位结果,具有复杂性、隐蔽性和危害性,对特定设备的影响极大。基于此,研究并提出一种列车卫星定位欺骗干扰检测方法。首先,分析列车卫星定位面临的欺骗干扰特征;其次,提取对欺骗干扰敏感的观测量构建典型特征量;然后,设计包括样本集构建、离线模型训练、在线检测识别等环节的欺骗干扰检测总体方案,提出基于布谷鸟搜索算法改进BP神经网络的卫星定位欺骗干扰检测模型构建方法;最后,搭建列车卫星定位欺骗干扰测试环境,采用多种观测信息及特征实施干扰样本的CS-BP模型训练并将其用于识别特定形式欺骗干扰的存在与特征,结合不同类型欺骗干扰注入测试对所提出检测方法的性能进行验证与对比。研究结果表明:布谷鸟搜索策略能够扩大搜索范围,跳出局部最优并实现快速迭代收敛,且收敛寻优性能受参数条件影响较小;基于布谷鸟搜索改进BP神经网络的建模方法相对常规地图匹配残差门限检测及代表性机器学习方法具有更优建模性能,对不同种类卫星定位欺骗干扰模式的检测准确率更为稳定,在时间敏感度、精确度、F1分数等方面更具优势。研究成果对列车卫星定位及其应用的欺骗干扰检测与干扰防护具有重要支撑意义,可为新型列控系统中卫星定位感知技术的可信应用提供有效途径,能够减少设置应答器、轨道电路等轨旁设备,有效降低建设及维护成本,有效提升车载设备应对复杂定位观测环境的自主性、灵活性及安全性。

关键词：列车运行控制列车定位卫星导航欺骗干扰干扰检测

基于GPU的北斗B1宽带复合信号实时发生器设计

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系统工程与电子技术 2024年第3期46卷 795-804页

作者：王子涵巴晓辉姜维蔡伯根王剑文韬北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044 北京交通大学计算机与信息技术学院北京100044

为了实现北斗B1C+B1I信号的联合生成,提出一种基于软件无线电和图形处理器(graphics processing unit,GPU)加速的北斗B1宽带复合信号的实时生成方法,该方法针对单边带复数二进制偏移载波(single-sideband complex binary offset carrier... 详细信息

为了实现北斗B1C+B1I信号的联合生成,提出一种基于软件无线电和图形处理器(graphics processing unit,GPU)加速的北斗B1宽带复合信号的实时生成方法,该方法针对单边带复数二进制偏移载波(single-sideband complex binary offset carrier,SCBOC)调制方式的信号体制进行设计,系统根据用户配置的接收机运动轨迹和星历文件,生成中频信号并通过射频端发射。为了进一步提升GPU并行运算速度,从优化设备内存结构、设计并行线程架构和统一计算设备架构流(compute unified device architecture stream,CUDA)加速3个方面,设计了基于异步运算的加速采样点数据计算的CUDA优化实现方案。测试结果证明,优化后的算法可以基于SCBOC调制实时生成北斗B1I+B1C信号,基于GTX3060的GPU平台,信号90 M采样率下能实现8颗卫星复合信号的实时生成。

关键词： B1宽带复合信号软件无线电单边带复数二进制偏移载波调制统一计算设备架构流实时生成

基于样本增强的列车卫星定位伪距欺骗检测方法

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交通运输系统工程与信息 2024年第3期24卷 32-42页

作者：刘江张楚蔡伯根王剑陆德彪北京交通大学自动化与智能学院北京100044 北京交通大学北京市电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044 智慧高铁系统前沿科学中心北京100044

基于卫星导航的列车自主定位是列车控制系统等铁路关键装备的重要技术方向。然而,列车卫星定位面临诸多挑战,除信号可视性问题和多径效应之外,来自系统外部的蓄意欺骗等干扰攻击,会对定位功能及性能产生直接威胁。为此,本文以基于全球... 详细信息

基于卫星导航的列车自主定位是列车控制系统等铁路关键装备的重要技术方向。然而,列车卫星定位面临诸多挑战,除信号可视性问题和多径效应之外,来自系统外部的蓄意欺骗等干扰攻击,会对定位功能及性能产生直接威胁。为此,本文以基于全球导航卫星系统(GNSS)的列车定位面临的伪距欺骗这一典型干扰模式为对象,研究并提出一种基于样本增强的伪距欺骗主动检测方法。该方法运用Wasserstein生成式对抗网络(WGAN)解决受欺骗干扰样本数据不均衡问题,利用扩充的数据集训练检测模型,并引入自注意力(SA)机制优化来自不同接收机输入特征之间的相对位置关系,采用生成式对抗学习思想形成一套完整的列车卫星定位伪距欺骗干扰检测方案。由列车卫星定位欺骗干扰注入测试结果可知,提出的方法能够充分运用生成式对抗网络思想解决受欺骗样本的典型受限问题,融合自注意力机制所得检测性能显著优于载噪比检测和代表性机器学习算法等常规检测方案;对建模样本未覆盖特征具备良好的适应能力,具有更优的检测精度和鲁棒性,在多个伪距欺骗干扰模式数据集上测试所得F1分数均超过0.99。该方法在欺骗干扰检测性能方面的优势能够为众多卫星导航系统铁路应用提供有力支撑,为有效防范卫星定位在信息安全层面的攻击入侵提供了有利条件。

关键词：智能交通伪距欺骗检测样本增强列车定位全球导航卫星系统生成式对抗网络

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基于单天线航向测量的股道占用判别方法研究

铁道科学与工程学报 2024年

作者：刘永强王剑姜维北京市电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京交通大学先进轨道交通自主运行全国重点实验室北京交通大学电子信息工程学院

随着北斗卫星系统的建设完成，以卫星导航为核心的车载化列车定位成为列车定位系统的发展方向。在这一背景下，精准判别列车股道占用成为确保列车高精度位置感知的必要前提，对避免冲突、支撑列车调度决策和保障列车安全具有重要的意义... 详细信息

随着北斗卫星系统的建设完成，以卫星导航为核心的车载化列车定位成为列车定位系统的发展方向。在这一背景下，精准判别列车股道占用成为确保列车高精度位置感知的必要前提，对避免冲突、支撑列车调度决策和保障列车安全具有重要的意义。针对传统的股道占用判别方法通常依赖于地面设备，易受到成本、复杂性和维护困难等因素制约的问题，研究利用低成本的单GNSS天线进行高精度的列车航向角测量。特别是在道岔咽喉区，计算单天线测量结果与数据库中列车航向的偏差，评估对不同股道的占用概率。为此，首先构建了载波相位星间差分与历元差分的双差分模型，消除了电离层、对流层、钟差、模糊度等一系列卫星定位误差源的影响；其次，通过扩展卡尔曼滤波估计相邻历元间列车的位移变化量，同时计算伪姿态坐标系下的列车航向；最后，基于航向角偏差进行列车的股道占用判别，并利用列车进出青藏线联通河站的实测数据对所提算法进行了验证，并结合轨道电子地图，判别列车占用正线/侧线不同股道的置信概率。实验结果表明：通过单天线解算列车航向角的误差均方根为0.111°，根据航向角偏差进行股道判别的模糊区距离减少了约50m，模糊区时间减少了约5s。仅通过单天线航向解算完成高精度的航向测量，并根据航向角偏差实现股道占用判别，可作为轨道占用的一种判别方式，具有一定的工程价值。

关键词：股道占用列车航向载波相位双差单天线测量列车姿态

基于局部离群因子的列车卫星定位故障检测方法

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同方期刊数据库

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铁道科学与工程学报 2023年第10期20卷 4021-4030页

作者：王韦舒上官伟刘江姜维北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

基于卫星导航系统的定位技术已成为我国下一代列车运行控制系统中自主定位的重要方式。卫星信号在传播过程中易受到环境多源噪声的影响而导致定位解算性能下降,需要对潜在发生的故障进行检测以保证定位性能。针对一致性假设检验中观测... 详细信息

基于卫星导航系统的定位技术已成为我国下一代列车运行控制系统中自主定位的重要方式。卫星信号在传播过程中易受到环境多源噪声的影响而导致定位解算性能下降,需要对潜在发生的故障进行检测以保证定位性能。针对一致性假设检验中观测新息不再服从先验高斯分布问题,提出一种基于局部离群因子的卫星定位故障检测方法。首先,基于正常运行环境中的滤波新息构建历史数据集,采用核密度估计方法获取检验阈值。在此基础上,根据特定的邻域值计算当前时刻观测新息的局部离群因子,通过度量其与历史数据集中邻域数据之间的局部密度进而判别是否发生故障。最后,采用西部铁路实测数据对所提算法进行实验验证。研究结果表明,在不同偏差阶跃故障和不同速率斜坡故障场景下,所提出方法的故障检测性能优于滤波新息故障检测和自主完好性监测外推法。在15m阶跃故障场景中,所提出的算法故障检测率分别提高了100%和62%,故障期间水平位置均方根误差降低了36.1%和18.5%。在0.5m/s斜坡故障场景中,故障检测时延分别缩短了20s和11s,故障检测率提高了40%和20%,水平位置均方根误差降低了28.6%和9%。基于局部离群因子的故障检测方法具有高检测、低时延的显著优势,打破了先验特定分布假设对于故障检测性能的约束,有效提高了定位系统的定位精度和可靠性。

关键词：列车运行控制系统列车定位卫星定位故障检测局部离群因子

基于多星座卫星定位与惯性导航全状态融合的列车组合导航系统

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铁道学报 2022年第11期44卷 45-52页

作者：王剑凌浩姜维蔡伯根北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

目前组合导航在铁路上主要用于列车的测速定位,为了解决姿态不断发散的问题,提出基于GPS/BDS/INS的全状态组合导航系统。通过在列车上安装双天线,利用双差载波相位消除误差,使用GPS/BDS多星座联合解算等措施,实现对列车航向角和横滚角... 详细信息

目前组合导航在铁路上主要用于列车的测速定位,为了解决姿态不断发散的问题,提出基于GPS/BDS/INS的全状态组合导航系统。通过在列车上安装双天线,利用双差载波相位消除误差,使用GPS/BDS多星座联合解算等措施,实现对列车航向角和横滚角的测量;在传统松组合基础上加入双天线测姿结果,利用Kalman滤波实现对INS位置、速度、姿态的全状态矫正。为了验证本系统的有效性,在运行的列车上进行实验。实验结果表明:基于GPS/BDS的测姿系统相较于单GPS系统具有更高的稳定性和精度,全状态组合可以有效抑制INS姿态漂移,使得列车位置、速度测量精度有一定的提升。

关键词：多星座姿态测量全状态组合导航

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信号交叉口基于出发时刻预测的生态驾驶方法

中国公路学报 2022年第6期35卷 277-288页

作者：杜煜上官伟柴琳果陈俊杰北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044

在城市道路交通中,信号交叉口区域内车辆频繁停车启动的现象,加剧了整体交通流的能源消耗、污染排放与车辆延误。为了减少信号交叉口启停波现象对整体交通流产生的负面影响,以面向未来人工驾驶车辆(HDV)/智能网联车辆(CAV)混合构成的新... 详细信息

在城市道路交通中,信号交叉口区域内车辆频繁停车启动的现象,加剧了整体交通流的能源消耗、污染排放与车辆延误。为了减少信号交叉口启停波现象对整体交通流产生的负面影响,以面向未来人工驾驶车辆(HDV)/智能网联车辆(CAV)混合构成的新型混合交通环境为基础,提出了一种基于出发时刻预测的生态驾驶方法,通过优化CAV的驾驶轨迹,减少交叉口区域的车辆延误和能源消耗。首先,对混合交通流的基本图模型进行了分析,根据启停波影响范围,划分CAV通过交叉口的驾驶场景;然后,建立了子区渗透率对饱和车头时距的影响关系,预测了CAV以当前饱和车头时距通过交叉口的时间;最后,结合车辆与交叉口的距离,利用分段三角函数模型,生成其通过交叉口的速度限制曲线,并将优化速度嵌入到智能车辆的跟驰模型中作为限制速度,从而使CAV在无法通过当前绿灯窗口的条件下,实现提前减速,在通过交叉口区域后解除速度限制,切换回自身的跟驰模型。此外,还提出了平均综合效能这一指标来综合评价驾驶策略在效率和能耗2个方面的性能,并将提出的基于出发时刻预测的生态驾驶方法与传统网联车辆控制方法、经典交叉口节能控制方法进行了对比。研究结果表明:提出的出发时刻预测方法可以精确预测CAV在交叉口的出发时刻,有效减少车辆的能源消耗与污染排放,同时提高信号交叉口的通行效率;在渗透率大于60%情况下,该方法对系统效能的提高达到12%左右,在10%渗透率条件下也可以达到6%的效能增益;在交通饱和流率在0.5~0.9的范围内时,系统的效能增益较明显。

关键词：交通工程生态驾驶策略车辆出发时刻预测信号交叉口混合交通流

基于GPS/BDS组合的网络RTK列车定位方法研究

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铁道学报 2023年第2期45卷 75-83页

作者：王剑孙凯悦姜维蔡伯根北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市轨道交通电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044

在低密度列车运行控制系统上,为尽可能精简轨旁设备,降低维护成本需求,卫星定位已成为铁路列车位置服务的重要支撑。载波相位差分(RTK)是卫星定位系统中用于提高定位精度和减少终端成本的主要方式。结合铁路线路的一维属性与长距离、高... 详细信息

在低密度列车运行控制系统上,为尽可能精简轨旁设备,降低维护成本需求,卫星定位已成为铁路列车位置服务的重要支撑。载波相位差分(RTK)是卫星定位系统中用于提高定位精度和减少终端成本的主要方式。结合铁路线路的一维属性与长距离、高速率运行的特点,在常规RTK基础上,采用基于多基站网络的虚拟参考站(VRS)技术,以扩大系统定位服务范围和提高系统可靠性。通过统一GPS与BDS的时间和坐标系统,选择高度角联合信噪比随机模型,以及进行扩展卡尔曼滤波和整周模糊度快速固定,最终提供基于VRS的双星座网络RTK可靠定位结果。此外,还综合评估了在后处理模式下不同类型精密星历产品代替广播星历对定位精度的影响。

关键词：列车定位网络RTK VRS 双星座组合精密星历