RU2380721C1 - Method for satellite navigation of mobile objects of railway transport - Google Patents

Method for satellite navigation of mobile objects of railway transport Download PDF

Info

Publication number
RU2380721C1
RU2380721C1 RU2008147839/09A RU2008147839A RU2380721C1 RU 2380721 C1 RU2380721 C1 RU 2380721C1 RU 2008147839/09 A RU2008147839/09 A RU 2008147839/09A RU 2008147839 A RU2008147839 A RU 2008147839A RU 2380721 C1 RU2380721 C1 RU 2380721C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coordinates
mobile object
satellite
stationing
functions
Prior art date
Application number
RU2008147839/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Якунин (RU)
Владимир Иванович Якунин
Олег Вильямсович Тони (RU)
Олег Вильямсович Тони
Ефим Наумович Розенберг (RU)
Ефим Наумович Розенберг
Игорь Наумович Розенберг (RU)
Игорь Наумович Розенберг
Николай Владимирович Сазонов (RU)
Николай Владимирович Сазонов
Станислав Ильич Матвеев (RU)
Станислав Ильич Матвеев
Александр Станиславович Матвеев (RU)
Александр Станиславович Матвеев
Юрий Александрович Ерохин (RU)
Юрий Александрович Ерохин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (ОАО "РЖД")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (ОАО "РЖД") filed Critical Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (ОАО "РЖД")
Priority to RU2008147839/09A priority Critical patent/RU2380721C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2380721C1 publication Critical patent/RU2380721C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: reference coordinate model of route - available motion trajectory is presented in system of orthogonal geocentric coordinates combined with global navigation satellite system. Coordinates of points in reference coordinate model are expressed in the form of three stationing functions, distance is measured from at least one satellite of global navigation satellite system to mobile object, based on which, equation of sphere is composed, and joint solution of three stationing functions and equation of sphere is used to identify coordinates and stationing of mobile object, and speed and acceleration of mobile object motion is defined as the first and second derivatives of stationing in time by differential scheme of the first and second order.
EFFECT: expanded field of application and improved accuracy of satellite navigation by detection of mobile object coordinates by linear crossbearing of its satellite receiver that moves along available trajectory of motion.
2 dwg

Description

Изобретение относится к навигации и управлению мобильными объектами железнодорожного транспорта.The invention relates to navigation and management of mobile railway facilities.

В настоящее время навигация всех видов транспорта основана на спутниковых радионавигационных системах (СРНС) типа ГЛОНАСС (Россия), GPS (США) и др. Железнодорожный имеет преимущество перед другими видами транспорта, состоящее в том, что траектория движения его зафиксирована на местности с высокой точностью, что, в свою очередь, позволяет определить эталонную координатную модель пути (ЭКМП) железнодорожной магистрали (RU 2287187, G06T 17/50, 10.11.06) и использовать ее в качестве известной траектории движения и системообразующего элемента спутниковых навигационных систем. Эта возможность пока не использована. Настоящее изобретение собственно и направлено на реализацию такой возможности.Currently, navigation of all modes of transport is based on satellite radio navigation systems (SRNS) of the GLONASS type (Russia), GPS (USA), etc. Zheleznodorozhny has an advantage over other modes of transport, consisting in the fact that its trajectory is fixed on the ground with high accuracy , which, in turn, allows you to determine the reference coordinate model of the track (EQF) of the railway (RU 2287187, G06T 17/50, 10.11.06) and use it as a known path of motion and a backbone of satellite navigation gaming systems. This feature has not yet been used. The present invention is actually directed to the realization of such a possibility.

Под ЭКМП понимают координатные функции (модели) расстояния пройденного по оси пути (пикетажа) в трехмерной ортогональной системе координат.Under ECMP understand coordinate functions (models) of the distance traveled along the axis of the path (picket) in a three-dimensional orthogonal coordinate system.

В известном способе определения местоположения мобильного объекта на цифровой электронной карте в системах управления движением поездов типа КЛУБ-У и КЛУБ-УП (Применение спутниковых технологий для решения задач управления железнодорожным транспортом. Информационное издание второй международной научно-практической конференции «Спутниковые технологии на службе железнодорожного транспорта» Москва, 24 июля 2008 г.) применяется координатная модель пути пониженной точности, которая не может использоваться в качестве системообразующего элемента для получения координатного решения.In the known method for determining the location of a mobile object on a digital electronic map in train control systems of the KLUB-U and KLUB-UP type (The use of satellite technologies for solving problems of railway control. Information publication of the second international scientific-practical conference "Satellite technologies in the service of railway transport »Moscow, July 24, 2008) the coordinate model of the path of reduced accuracy is used, which cannot be used as a backbone an element for obtaining a coordinate solution.

Наиболее близким по технической сущности является принятый в качестве прототипа способ спутниковой навигации мобильных объектов (Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации, М.: Эко-Трендз, 2000, с.36), в котором координаты мобильного объекта определяют линейной засечкой от четырех и более спутников и отображают положение мобильного объекта на цифровой навигационной карте.The closest in technical essence is the method of satellite navigation of mobile objects adopted as a prototype (Soloviev Yu.A. Satellite Navigation Systems, Moscow: Eco-Trends, 2000, p. 36), in which the coordinates of a mobile object are determined by a linear notch from four and more satellites and display the position of a mobile object on a digital navigation map.

Известное техническое решение не обеспечивает обратной связи координат мобильного объекта с известной траекторией движения.The known technical solution does not provide feedback of the coordinates of the mobile object with a known path.

Технический результат изобретения заключается в расширении области применения и повышении точности спутниковой навигации за счет определения координат мобильного объекта путем линейной засечки его спутникового приемника, перемещающегося по известной траектории движения (ЭКМП) даже от одного навигационного спутника.The technical result of the invention consists in expanding the scope and increasing the accuracy of satellite navigation by determining the coordinates of a mobile object by linearly observing its satellite receiver moving along a known path of motion (EKMP) even from one navigation satellite.

Технический результат достигается тем, что в способе спутниковой навигации мобильных объектов железнодорожного транспорта на основе известной траектории движения согласно изобретению известную траекторию движения - эталонную координатную модель пути представляют в единой с глобальной навигационной спутниковой системой системе ортогональных геоцентрических координат, для чего координаты точек эталонной координатной модели выражают в виде трех функций пикетажа, измеряют дальность, по крайней мере, от одного спутника глобальной навигационной спутниковой системы до мобильного объекта, на основе которой составляют уравнение сферы, и из совместного решения трех функций пикетажа и уравнения сферы определяют координаты и пикетаж мобильного объекта, а скорость и ускорение движения мобильного объекта определяют как первую и вторую производные пикетажа по времени по разностной схеме первого и второго порядка.The technical result is achieved by the fact that in the method of satellite navigation of mobile objects of railway transport on the basis of the known motion path according to the invention, the known motion path - the reference coordinate model of the path is presented in a single system of orthogonal geocentric coordinates with the global navigation satellite system, for which the coordinates of the points of the reference coordinate model are expressed in the form of three picket functions, measure the distance from at least one satellite of the global nav satellite navigation system to the mobile object, on the basis of which the sphere equation is compiled, and from the joint solution of the three picket functions and the sphere equations, the coordinates and the picket of the mobile object are determined, and the speed and acceleration of the movement of the mobile object is determined as the first and second derivatives of the station in time according to the difference scheme first and second order.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что ЭКМП представляют в единой с СРНС системе ортогональных координат {Oxyz} (фиг.1). Координаты точек ЭКМП выражают в виде функций пикетажа s:The essence of the claimed invention lies in the fact that EKMP are presented in a single system with orthogonal coordinates {O xyz } (Fig. 1). The coordinates of the ECMP points are expressed as the picket functions s:

Figure 00000001
Figure 00000001

Функции могут принимать различный вид, начиная от уравнения прямой до уравнений сплайнов различной степени, в частности кубических сплайнов. Для апроксимирующих кубических сплайнов, функции f1(s), f2(s), f3(s), для каждого прямолинейного, или криволинейного участка железнодорожного пути (см., например, Журкин И.Г., Нейман Ю.М. Методы вычислений в геодезии Учеб. пособие, М.: Недра, 1988) будут иметь вид:Functions can take a variety of forms, from the equation of the line to the equations of splines of varying degrees, in particular cubic splines. For approximating cubic splines, the functions f 1 (s), f 2 (s), f 3 (s), for each straight, or curved section of a railway track (see, for example, Zhurkin I.G., Neiman Yu.M. Calculation Methods in Geodesy Textbook, Moscow: Nedra, 1988) will look like:

f1(s)=a0+a1(s-s0)+a2(s-s0)2+a3(s-s0)3;f 1 (s) = a 0 + a 1 (ss 0 ) + a 2 (ss 0 ) 2 + a 3 (ss 0 ) 3 ;

f2(s)=b0+b1(s-s0)+b2(s-s0)2+b3(s-s0)3;f 2 (s) = b 0 + b 1 (ss 0 ) + b 2 (ss 0 ) 2 + b 3 (ss 0 ) 3 ;

f3(s)=c0+c1(s-s0)+c2(s-s0)2+c3(s-s0)3,f 3 (s) = c 0 + c 1 (ss 0 ) + c 2 (ss 0 ) 2 + c 3 (ss 0 ) 3 ,

где ai, bi, ci: ∀i ∈ 0, 1, 2, 3 - известные коэффициенты кубического сплайна, полученные путем апроксимации эталонной координатной модели железнодорожного пути; s0 - пикетаж начала участка пути.where a i , b i , c i : ∀i ∈ 0,1,2,3 are the known coefficients of the cubic spline obtained by approximating the reference coordinate model of the railway track; s 0 - picket beginning of the track.

С помощью спутникового приемника СРНС измеряют дальность D от спутника до мобильного объекта, определяющую уравнение сферыUsing the satellite receiver SRNS measure the distance D from the satellite to the mobile object, which determines the equation of the sphere

Figure 00000002
Figure 00000002

где х, у, z, xc, yc, zc - координаты антенны приемника и антенны передатчика на спутнике соответственно.where x, y, z, x c , y c , z c are the coordinates of the receiver antenna and transmitter antenna on the satellite, respectively.

Из совместного решения уравнений (1-4) однозначно вычисляют координаты х, у, z точки приемника и пикетаж s мобильного объекта.From the joint solution of equations (1-4), the coordinates x, y, z of the receiver point and the picket s of the mobile object are uniquely calculated.

Определение дальностей до других спутников приводит к избыточности измерений. Однозначное и оптимальное статистическое решение (х, у, z, s) в этом случае находят методом наименьших квадратов.The determination of ranges to other satellites leads to redundancy of measurements. An unambiguous and optimal statistical solution (x, y, z, s) in this case is found by the least squares method.

Далее определяют скорость и ускорение движения мобильного объекта как первую и вторую производные пути s по времени.Next, determine the speed and acceleration of the movement of the mobile object as the first and second derivatives of the path s in time.

Измерения дальностей в СРНС проводят через одинаковые и малые (обычно равные 1 сек) интервалы времени dt, поэтому скорость v и ускорение а движения мобильного объекта в любой точке i вычисляют в соответствии с разностной схемой первого и второго порядка по формулам:Range measurements in the SRNS are carried out at the same and small (usually equal to 1 second) time intervals dt, therefore, the speed v and the acceleration a of the movement of the mobile object at any point i are calculated in accordance with the difference scheme of the first and second order according to the formulas:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

где vx, vy, vz, ax, ay, az - проекции скорости и ускорения на оси координат.where v x , v y , v z , a x , a y , a z are the projections of speed and acceleration on the coordinate axis.

Пример устройства для навигации мобильного объекта железнодорожного транспорта по известной траектории движения, представляющего измерительно-вычислительный комплекс (ИВК), приведен на фиг.2. Измерительно-вычислительный комплекс состоит из приемника 1 ГНСС (П), бортового компьютера 2 (БК) и специализированной геоинформационной системы 3 (СГИС) -ЭКМП, устанавливаемый на любой мобильный объект, передвигающийся по железнодорожному пути.An example of a device for navigating a mobile object of railway transport along a known path of movement, representing a measuring and computing complex (IVC), is shown in Fig.2. The measuring and computing complex consists of a GNSS receiver (P) 1, an on-board computer 2 (BC) and a specialized geographic information system 3 (SGIS) -EKMP installed on any mobile object moving along the railway line.

Определение координат мобильного объекта осуществляют предлагаемым устройством в соответствии со способом, изложенным в формуле изобретения, при этом поступающая из приемника 1 информация о векторе спутниковых координат и информация о векторе координат модели обрабатываются совместно с помощью одного из известных алгоритмов идентификации, в результате работы которого получают вектор искомых координат мобильного объекта и его пикетаж.The coordinates of the mobile object are determined by the proposed device in accordance with the method set forth in the claims, while the satellite coordinate information coming from the receiver 1 and the model coordinate vector information are processed together using one of the known identification algorithms, as a result of which a vector is obtained the desired coordinates of the mobile object and its picket.

Claims (1)

Способ спутниковой навигации мобильных объектов железнодорожного транспорта на основе известной траектории движения, заключающийся в том, что известную траекторию движения - эталонную координатную модель пути представляют в единой с глобальной навигационной спутниковой системой системе ортогональных геоцентрических координат, для чего координаты точек эталонной координатной модели выражают в виде трех функций пикетажа, измеряют дальность, по крайней мере, от одного спутника глобальной навигационной спутниковой системы до мобильного объекта, на основе которой составляют уравнение сферы, и из совместного решения трех функций пикетажа и уравнения сферы определяют координаты и пикетаж мобильного объекта, а скорость и ускорение движения мобильного объекта определяют как первую и вторую производные пикетажа по времени по разностной схеме первого и второго порядка. The method of satellite navigation of mobile objects of railway transport on the basis of the known path of movement, namely, that the known path of movement - the reference coordinate model of the path is presented in a single system of orthogonal geocentric coordinates with the global navigation satellite system, for which the coordinates of the points of the reference coordinate model are expressed as three picket functions, measure the range of at least one satellite of the global navigation satellite system to mobile of the object, on the basis of which the sphere equation is compiled, and from the joint solution of the three picket functions and the sphere equation, the coordinates and the picket of the mobile object are determined, and the speed and acceleration of the movement of the mobile object are determined as the first and second derivatives of the picket in time according to a first and second order difference .
RU2008147839/09A 2008-12-05 2008-12-05 Method for satellite navigation of mobile objects of railway transport RU2380721C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008147839/09A RU2380721C1 (en) 2008-12-05 2008-12-05 Method for satellite navigation of mobile objects of railway transport

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008147839/09A RU2380721C1 (en) 2008-12-05 2008-12-05 Method for satellite navigation of mobile objects of railway transport

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2380721C1 true RU2380721C1 (en) 2010-01-27

Family

ID=42122256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008147839/09A RU2380721C1 (en) 2008-12-05 2008-12-05 Method for satellite navigation of mobile objects of railway transport

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2380721C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2580436C2 (en) * 2014-08-29 2016-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" МГУПС (МИИТ) Method of adaptive formation of single system of trajectories of russian railway motion according to global coordinates in new 3d rectangular system of coordinates directly on ellipsoid
RU2705733C1 (en) * 2019-01-18 2019-11-11 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) Method of increasing the accuracy of moving object positioning

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЯВОРСКИЙ Б.М. и ДЕТЛАФ А.А. Справочник по физике. - М.: Наука, 1977, с.19-23. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2580436C2 (en) * 2014-08-29 2016-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" МГУПС (МИИТ) Method of adaptive formation of single system of trajectories of russian railway motion according to global coordinates in new 3d rectangular system of coordinates directly on ellipsoid
RU2705733C1 (en) * 2019-01-18 2019-11-11 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) Method of increasing the accuracy of moving object positioning

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101347494B1 (en) Enhanced database information for urban navigation
JP5673071B2 (en) Position estimation apparatus and program
CN110873570B (en) Method and apparatus for sourcing, generating and updating a map representing a location
CN106842271B (en) Navigation positioning method and device
JP2009074930A (en) Positioning device, positioning system, computer program, and positioning method
JP2012203721A (en) Relative position estimation device and program
Tao et al. Sequential data fusion of GNSS pseudoranges and Dopplers with map-based vision systems
EP3688496A1 (en) A method for determining the base line for a synthetic aperture of a sar using gnss
Zhang et al. Carrier-phase-based initial heading alignment for land vehicular MEMS GNSS/INS navigation system
Hsu et al. Intelligent viaduct recognition and driving altitude determination using GPS data
RU2515469C1 (en) Method of aircraft navigation
JP2012098185A (en) Azimuth angle estimation device and program
RU2380721C1 (en) Method for satellite navigation of mobile objects of railway transport
de Ponte Müller et al. Characterization of a laser scanner sensor for the use as a reference system in vehicular relative positioning
RU2445576C1 (en) Method of determining position of ground-based mobile objects
RU2697859C1 (en) Method for determining location of a ground mobile object
CN105068104A (en) Positioning method based on inertia/double-star discontinuous pseudo-range constraint
Tsaregorodtsev et al. Ultra-Wideband Motion Capture Radio System
Lategahn et al. Robust pedestrian localization in indoor environments with an IMU aided TDoA system
JP7396472B2 (en) Position measuring device, positioning method, and program
Pudlovskiy et al. Joint processing of GNSS and UWB signals for seamless navigation in urban environments
Ersan et al. Map matching with kalman filter and location estimation
RU2638358C2 (en) Method of increasing positioning accuracy of terrestrial mobile object and device for its implementation
TWI720923B (en) Positioning system and positioning method
JP5062141B2 (en) Positioning device for moving objects