技术特征：
1.轨道巡检系统时空同步信息检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将惯性测量单元安装到轨道巡检系统上，轨道巡检系统保持静止10分钟，在完成初始位置信息的装订后，惯性测量单元进行初始对准过程，获得初始姿态信息；(2)完成初始对准后，轨道巡检系统开始进入测量作业模式，在测量模式作业模式下，利用惯性测量单元中陀螺组件、加速度计组件输出的角增量、速度增量信息完成惯性导航解算，获得速度、位置信息，同时构建卡尔曼滤波器系统状态方程，对速度误差、位置误差进行预测更新，其中，卡尔曼滤波器的系统状态方程的构建方式如下：(2.1)以psi误差角ψ
c
、优化速度误差优化位置误差δr
c
、陀螺漂移ε
b
、加速度计零偏惯性测量单元的安装误差η、列车测速信号标度因数误差δk为系统状态x(t)，分别确定psi误差角、速度误差、陀螺漂移、加速度计零偏、安装误差、标度因数误差的微分方程，其中：(2.1.1)psi误差角微分方程为：式中，表示计算坐标系c下表示的地球自转角速度，表示计算坐标系下表示的转移角速度，表示载体坐标系b与计算坐标系c之间的姿态矩阵，表示陀螺组件测量误差，w
g
表示陀螺组件测量噪声；(2.1.2)优化速度误差微分方程确定步骤如下：(2.1.2.1)将优化速度误差定义为c系下表示的p系速度解算值与真实速度v
c
之间的差值，即式中，为p系下的速度解算值，v
c
即c系下表示的真实速度，δv
c
为c系下表示的速度误差；(2.1.2.2)对优化速度误差进行微分，确定其微分方程：式中，式中，其中，f
b
表示比力，分别表示地球自转角速度误差量、转移角速度误差量，表示加速度计组件测量误差，w
a
表示加速度计组件测量噪声，表
示加速度计组件实际输出值，表示姿态矩阵解算值，分别表示地球自转角速度解算值、转移角速度解算值，表示根据计算位置通过重力模型确定的重力；(2.1.2.3)将式(1)、式(4)、式(5)代入式(3)并整理，确定优化速度误差的微分方程为：式中，g
c
、δg
c
分别表示c系下表示的重力真值及其误差；(2.1.3)优化位置误差δr
c
微分方程为：(2.1.4)陀螺漂移ε
b
、加速度计零偏的微分方程为：(2.1.5)惯性测量单元的安装误差η的微分方程为：其中，η＝[η
θ η
ψ
]
t
由俯仰角安装误差η
θ
及航向角安装误差η
ψ
构成，w
η
为安装误差噪声，用以反映安装误差的变化；(2.1.6)列车测速信号标度因数误差的微分方程为：其中，w
k
为标度因数噪声，用以反映标度因数的变化；(2.2)根据步骤(2.1)中确定的姿态误差、速度误差、位置误差、陀螺漂移、加速度计零偏、安装误差、标度因数误差微分方程，构建系统状态方程；其中，f(t)表示系统状态矩阵，g(t)表示系统噪声矩阵，w(t)＝[w
g w
a w
η w
k
]
t
表示系统噪声；(3)轨道巡检系统沿轨道行进时，其侧向速度及垂向速度为零，以前向速度误差δv
y
、侧向速度误差δv
x
及垂向速度误差δv
z
构建观测量z(t)＝[δv
x δv
y δv
z
]
t
，并确定观测方程，其中，观测方程的确定通过以下步骤实现：(3.1)将惯性测量单元的速度输出投影到轨道巡检系统坐标系m，按照如下方式：其中，表示惯性测量单元速度输出在轨道巡检系统坐标系m下的投影，v
m
表示m坐标系下表示的真实的轨道巡检系统速度，表示载体坐标系b与轨道巡检系统坐标系m之间的安装关系矩阵，表示安装误差角，表示计算坐标系c与载体坐标系b之间的姿态矩阵；由于横滚角安装误差η
γ
不会影响前向速度投影，将其赋值为0，即η
γ
＝0；
(3.2)以作为观测量z(t)，构建观测方程如下：z(t)＝h(t)x(t)+υ(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)其中，v
m
＝[0 v
f 0]
t
，且v
f
的数值等于列车提供的速度信息，h(t)表示观测矩阵，υ(t)表示观测噪声；(3.3)当轨道巡检系统接收到列车提供的位置信息时，将位置误差δr
c
增广为观测量；(3.4)根据步骤(3.1)、(3.2)、(3.3)所述对卡尔曼滤波器系统状态方程完成量测更新；(4)按照轨道巡检系统的速度估计值，以1毫米为基准设置等效触发脉冲频率的数值，并以此分别触发不同的传感器完成采样；同时以相邻三个解算周期的位置信息为拟合采样点，以相对时间t为自变量，以位置信息为因变量，基于样条函数拟合获得本区间的位置曲线，并且拟合区间的最后一个拟合采样点为下一个拟合区间的初始拟合采样点，以保持拟合曲线的连续性，而在本区间内各采样时刻的位置信息通过拟合插值获得。2.如权利要求1所述的轨道巡检系统时空同步信息检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中惯性测量单元测量角增量信息和速度增量信息时其采样间隔不大于0.01s。3.如权利要求1所述的轨道巡检系统时空同步信息检测方法，其特征在于，所述步骤(2.2)中的陀螺漂移、加速度计零偏状态采用反馈校正。4.如权利要求1所述的轨道巡检系统时空同步信息检测方法，其特征在于，所述步骤(2.2)中的安装误差状态采用开环校正。5.如权利要求1所述的轨道巡检系统时空同步信息检测方法，其特征在于，所述步骤(2.2)中的标度因数误差状态采用开环校正。6.如权利要求1所述的轨道巡检系统时空同步信息检测方法，其特征在于，所述步骤(3.2)中列车速度v
f
还可以通过设定垂向加速度阈值，并采用滑窗求均值方式计算列车的垂向加速度，进而将垂向加速度与设定阈值比较，如果大于设定阈值，则判断列车经过了轨道连接点，完成振动检测，并记录当前时刻t
k
；当垂向加速度再次大于设定阈值时，并再次记录当前时刻t
k+1
，按照v
f
＝l/(t
k+1
‑
t
k
)的计算方式获得列车速度，l为固定轨道的长度。7.如权利要求1所述的轨道巡检系统时空同步信息检测方法，其特征在于，所述步骤(3.3)中采用序贯更新的方式完成量测更新。
技术总结
本发明属于城市轨道交通领域，公开了轨道巡检系统时空同步信息检测方法。本发明通过陀螺组件、加速度计组件测量信息完成列车速度的解算，通过优化状态方程，提高了速度估计准确性，并将估计的列车速度折算成等效触发脉冲，利用触发脉冲对列车搭载的传感器进行同步触发采样，避免时空同步效率降低，防止巡检系统搭载的传感器工作不同步。通过分段拟合插值实现了传感器采样时刻位置信息的准确匹配，提高了测量作业完成后的数据分析效率。了测量作业完成后的数据分析效率。了测量作业完成后的数据分析效率。
技术研发人员：ꢀ(51)Int.Cl.G01C23/00
受保护的技术使用者：南京矢量智能测控技术有限公司
技术研发日：2021.09.16
技术公布日：2021/12/17