[發明專利]基于城市三維地圖的地面數字電視廣播與導航衛星混合粒子濾波定位方法

有效

• 申請號: 201510915864.0
• 申請日: 2015-12-11
• 公開（公告）號: CN106886039B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 趙迎新;吳虹;王琦琦;馬肖旭;楊夢煥;穆巍煒
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G01S19/46
• 分類號: G01S19/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于城市三維地圖的地面數字電視廣播與導航衛星混合粒子濾波定位方法。包括步驟：利用城市三維地圖計算出定位區域內的非視距傳播誤差(NLOS)修正地圖；根據接收的導航信號與地面數字電視信號(DTMB)，計算各個信號發射源到接收機的偽距并解算出初步的定位結果；根據初步定位結果散布采樣粒子，并利用現有地圖優化粒子的生成區域；查詢各個粒子位置的NLOS誤差補償值，計算補償后的觀測結果以及誤差和權重，再根據權重進行重采樣。本發明方法依據城市三維地圖構建NLOS修正地圖，并利用粒子濾波補償NLOS誤差，能有效克服城市復雜環境中多徑的影響，在惡劣的信道環境下準確高效地完成定位。

技術領域

本發明涉及一種基于城市三維地圖的地面數字電視廣播與導航衛星混合粒子濾波定位方法，屬于無線定位的技術領域。

背景技術

近年來，隨著無線通信技術、智能移動終端技術及無人汽車等技術的快速發展，基于位置的服務成為了最熱門的服務需求之一。在室外開闊的空間中，成熟的衛星定位系統被用于各種需要定位服務信息的場合中。然而大部分時間里，人們的定位活動都發生在衛星定位系統受限的城市環境中，人們不再滿足于只能在室外開闊的空間享有定位信息服務，對復雜的城市環境中定位信息的需求變得越來越強烈。但是由于在高樓聳立的市區所能觀測到的衛星數目和衛星的幾何圖形結構都很難達到精確定位的要求。除此之外，電磁波在傳播過程中，由于城市中樓宇眾多，信號只能以反射、折射、散射等方式傳播，從而帶來額外的非視距誤差。因此在城市中僅僅依靠衛星導航顯然無法滿足人們對位置信息的需求。

使用衛星信號在高樓林立的城市地區進行定位，由于周圍建筑物的遮擋，通常會面臨單一定位衛星星座可見衛星不足和接收機與可見衛星間幾何分布差的問題。GDOP是衡量衛星定位精度的一個重要指標。幾何分布越好，GDOP值就越小，定位精度就越高。DTMB信號的引入可以使定位系統的GDOP變小，且取值滿足實際定位的需求。利用DTMB信號和導航衛星信號進行混合定位，可以在彌補導航衛星數量不足的同時很好的改善定位系統在城市地區的幾何分布情況。

在城市環境下，由于障礙物阻擋引起的多徑干擾和非視距誤差以及蜂窩通信系統中“遠近效應”引起的多址干擾都極大地影響移動定位的精度，其中NLOS誤差是最為關鍵的要素之一。相關研究發現，平均定位誤差隨著NLOS誤差的增加呈線性增長。與系統誤差相比，NLOS誤差會給定位結果帶來更大的消極影響。NLOS誤差較嚴重時可產生幾十米的定位誤差。要保證定位結果的正確性，應該選擇避開存在NLOS誤差的范圍，或者選擇補償NLOS誤差。

目前，很多研究在嘗試同時使用城市3D地圖與陀螺儀等一些運動傳感設備來獲取城市中目標的準確位置。當接收機從能夠被正確定位的位置移動到受干擾的位置時，這些研究可以根據其運動向量對定位結果進行一定的校正。但這些研究仍存在很多缺陷，如在可見衛星數量太少時校正隨時間變差的問題，接收機靜止在受干擾的位置時無法定位的問題等。

發明內容

本發明提出一種基于城市三維地圖的地面數字電視廣播與導航衛星混合粒子濾波定位方法，克服了城市中高樓林立的地形在精度衰減因子方面的不利影響，實現在眾多障礙物的城市環境中高效精確的定位。

實現本發明的技術方案如下：

該方法使用DTMB信號輔助衛星導航信號，利用城市3D地圖構建定位信號的NLOS誤差修正地圖，并使用粒子濾波補償NLOS誤差，有效提高惡劣信道環境下的定位精度，具體步驟為：

(1)依據城市三維地圖和定位信號發射源的實時位置構建定位區域內定位信號的NLOS誤差修正地圖；

(2)計算各個定位信號發射源到接收機的偽距并解算出初步的定位結果；

(3)根據初步定位結果在其附近生成采樣區域并使用重要性概率密度生成采樣粒子；

(4)利用地圖優化粒子生成的區域，根據NLOS修正地圖查詢各個粒子位置的NLOS誤差補償值，計算補償后的觀測結果以及誤差和權重；