零速修正辅助的可见光通信列车连续定位方法

张雁鹏; 张容容; 孟楠; 张冰清; 肖夏

工程科学与技术 ›› 2024, Vol. 56 ›› Issue (06) : 248 -257.

张雁鹏, 张容容, 孟楠, 张冰清, 肖夏

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摘要

精确的列车位置信息是基于通信的列车控制（CBTC）系统实现安全行车、间隔控制的基础。现有的可见光通信列车定位相关研究往往关注列车处于静止或匀速运动的情况，较少考虑惯性测量单元（IMU）的累积误差及列车静止后IMU的零速偏移。为了实现隧道环境下地铁列车连续定位，提出一种借助零速修正的可见光通信列车定位方法。根据可见光通信（VLC）原理，安装在列车头部顶端的相机连续接收隧道壁上发光二极管（LED）光源的光信号，即LED光源闪烁的频率信息，获取LED光源对应的位置信息，进而推算列车的实际位置。同时，根据列车运行的速度、加速度等参数，采用零速修正算法，判断列车处于运动或零速状态；通过无迹卡尔曼滤波，对运动区段内列车恒定速度模型和恒定加速度模型下的列车定位结果进行优化，并对列车停站时IMU的零速偏移进行校正，补偿列车接收端位置和姿态估计精度的发散，实现隧道环境下列车高精度连续定位。实验结果表明：运动区段内，列车以40、60和80 km/h的速度匀速直线运行时，最大定位误差分别为15.27、16.93和19.57 cm；以80 km/h为最大目标速度时，匀加速和匀减速运动的最大定位误差分别为18.48和18.24 cm；利用零速修正和卡尔曼滤波优化列车定位结果，列车停站时的平均定位误差由11.35 cm降低至6.05 cm。所提方法有效抑制了IMU的零速偏移，满足IEEE 1474.1—2004标准对列车定位精度的要求，可为面向车车通信的CBTC系统实现列车定位提供一定的参考。