軌道幾何狀態慣性檢測系統零速姿態修正方法

摘 要

為提高軌道幾何狀態慣性檢測系統姿態精度，提出一種零速姿態修正方法，利用軌道幾何狀態慣性檢測系統載體系橫向及垂向速度為０的先驗條件，構造Ｋａｌｍａｎ濾波橫向及垂向觀測量。選用ＨＴ５０Ｍ 型激光陀螺儀和ＪＮ０６Ａ 型石英撓性加速度計組成慣性導航系統，並進行現場檢測試驗。結果表明：在軌檢儀連續工作３００ｍ 情況下，零速姿態修正方法能夠有效抑制慣性導航系統姿態誤差增長，軌道檢測精度提高２倍。

引用格式

引用格式：張新春，崔希民．軌道幾何狀態慣性檢測系統零速姿態修正方法［Ｊ］．測繪科學，２０１７，４２ （７）：１７-２１．

正文

鐵路軌道平順性是限制列車速度的重要因素，尤其高速鐵路，對於平順性有著嚴格的要求［１］。軌道不平順輕則影響車輛速度， 降低車輛壽命； 重則引發惡性事故， 危及行車安全。基於慣性導航系統的軌道幾何狀態檢測儀可以精確測量鐵路軌道的內部參數，但是慣性導航系統誤差隨時間的增加而指數增長，導致軌道內部參數測量精度降低。針對該問題，文獻［２］ 提出了車載慣性導航的動態零速修正技術， 通過修正安裝角誤差後，車體橫向及垂向速度為０ 作為觀測量進行Ｋａｌｍａｎ濾波估計，抑制車載慣導系統導航誤差增長， 但該模型主要考慮慣性導航系統安裝角誤差， 沒有考慮慣性導航系統的姿態角誤差。文獻［３］ 提出利用車輛動力學約束輔助， 即理想情況下車輛前進方向垂直的方向上速度為０，並考慮慣性導航系統的姿態角誤差，推導了車載模式下的運動學輔助ＩＮＳ模型，但該模型過於簡化，沒有考慮天向速度及水平姿態角誤差， 因此在軌道檢測儀類的高精度檢測設備中對精度存在較大影響。本文綜合考慮軌道幾何狀態檢測儀橫向及垂向速度為０的條件，結合慣性導航系統姿態角誤差， 建立完整的零速姿態修正模型， 從而提高軌道幾何狀態檢測儀姿態角精度。

零速姿態修正方法觀測軌道幾何狀態檢測儀運動過程中橫向速度和垂向速度，作為Ｋａｌｍａｎ濾波觀測量，利用Ｋａｌｍａｎ濾波器進行慣性導航系統姿態誤差估計及誤差修正， 起到抑制慣導系統誤差增長，提高軌道幾何狀態慣性檢測系統檢測精度的作用。軌道幾何狀態檢測儀測試試驗，在３００ｍ 的距離內，軌向及高低３０ｍ弦測量結果分別由２．３５ ｍｍ 和１．７４ ｍｍ 提高到０．４７ｍｍ 和０．７８ ｍｍ，採用零速姿態修正技術提高軌道檢測精度２倍以上。普通車載慣導因為精度要求沒有軌檢儀精度要求高， 沒有考慮天向速度及水平姿態角誤差， 本文對動態姿態修正進行了全面的模型構建，驗證了零速姿態修正技術及模型的正確性及有效性。該技術對於提高軌道幾何狀態檢測儀長時間軌道檢測精度具有實際意義。

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2017年（第42卷）第6期

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