赵启超，吴文启，张礼廉，唐康华

(国防科技大学智能科学学院，长沙 410073)

0 引言

在高速列车行驶中，列车的导航定位在列车调度、安全运行与铁路检测维护等方面起着非常重要的作用。在列车导航中，高速度、隧道环境以及高可靠性需求等方面都面临着很大的挑战，但同时行驶路线的固定性和方向稳定性也能为导航定位提供辅助。本文主要解决的问题是列车在隧道内的定位，铁路隧道的特点是结构比较固定，但缺失卫星信号并且距离可能较长，光照较弱而且缺少纹理。车载导航常用的传感器有全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)、惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)、相机、激光雷达、轮式里程计等，在列车导航中，也使用应答器、多普勒雷达、涡流传感器等定位方式[1]。GNSS可以为列车提供高精度的位置和速度信息，但是在隧道等被遮挡环境中，GNSS将失去作用。惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)使用IMU作为传感器，不受外部环境干扰，可以提供连续的导航信息，但是导航精度受器件误差特性影响，而且存在累计误差。

关于列车在隧道内导航的相关研究，刘射德等设计了一种GNSS/INS/地图匹配的列车组合定位系统[2]，但是没有评估GNSS缺失时的定位精度，无法确定列车在隧道中的地图匹配能否抑制INS的误差累计。Kim等设计了一种多传感器融合的列车导航系统，包括IMU、轮式测速仪、多普勒雷达、差分GNSS、无线射频模块，以及运动约束和地图匹配算法，即使在隧道中也具有较高的定位精度和容错性，但传感器占用的空间、多传感器标定以及射频芯片在铁轨上的安装等都是实际存在的问题。……