Оценка экспериментальных измерений GNSS и 10-степенного MEMS-инерциального измерительного модуля для позиционирования поездов

Интеграция новых перспективных датчиков, таких как глобальная навигационная спутниковая система (GNSS) и инерциальный измерительный модуль (IMU), в отказобезопасные системы позиционирования поездов в последнее время стала одним из заметных направлений исследований. Несмотря на наличие ряда работ, посвящённых разработке алгоритмов объединения данных, отсутствие подробного анализа исходных измерений непосредственно послужило мотивацией для настоящей статьи. Целью данной работы является регистрация данных от различных датчиков, включая GNSS, IMU, магнитометр, барометр, тахометры и доплеровские радары, для оценки скорости движения поезда и характеристик железнодорожного пути — продольного уклона, возвышения наружного рельса в кривой и радиуса кривизны, — что развивает результаты предыдущих исследований в области приборостроения и измерений. Разработанные и кратко описанные в статье натурные испытания включают несколько сложных условий, таких как туннель, что позволяет анализировать ограничения перспективных датчиков. Кроме того, продемонстрирован алгоритм объединения данных для расчёта скорости поезда на основе измерений перспективных датчиков. Результаты, полученные с помощью расширенного фильтра Калмана по измерениям GNSS и IMU, сопоставлены со скоростью, зарегистрированной тахометрами и доплеровскими радарами, которая принята за эталонное значение. При наличии измерений одновременно от IMU и GNSS абсолютная погрешность рассчитанной по ним скорости составляет менее 2 км/ч более чем в течение 90% продолжительности испытаний. Наконец, характеристики железнодорожного пути — радиус кривой, возвышение наружного рельса и уклон — рассчитаны и проанализированы с учётом динамики поезда и железнодорожного пути.