[發明專利]一種基于3D城市模型輔助的城市峽谷內衛星定位方法

有效

• 申請號: 201711203451.5
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN107966724B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 孫蕊;王冠宇;程琦
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42;G01C21/34
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 熊玉瑋

本發明公開了一種基于3D城市模型輔助的城市峽谷內衛星定位方法，屬于衛星定位導航的技術領域。該方法在不同場景下采集數據生成歷史訓練數據集并消除臨界信號，通過決策樹生成可靠的衛星信號接收類型判斷法則，通過比較候選位置接收信號類型的反演結果及判斷法則預測結果篩選候選位置，采用基于偽距相似度的方法修正多路徑、非視距接收信號造成的誤差后確定最終定位結果，提高了城市峽谷中衛星定位的精度。

技術領域

本發明公開了一種基于3D城市模型輔助的城市峽谷內衛星定位方法，屬于衛星定位導航的技術領域。

背景技術

全球導航衛星系統（GNSS, Global Navigation Satellite System）作為車輛導航系統的核心部件，可以實時獲取車輛位置和動態信息，然而，在城市峽谷環境中，由于受到高樓、立交橋和樹木等影響，其導航系統的精度、可靠性仍然存在一定問題。

在GNSS信號未被遮擋的情況下，接收到的信號為視距接收（LOS ,Line-of-Sight）。然而，由于城市環境建筑物稠密，GNSS受到多路徑效應的影響較為嚴重，多路徑效應可以分為多路徑干擾（MI, Multipath Interference）和非視距接收(NLOS, Non-Line-of-Sight)，兩者都會對GNSS定位精度產生影響，尤其是NLOS在偽距單點定位中可能產生近百米的定位誤差（MacGougan et al.,2002）。因此在GNSS定位中，對多徑信號（包括MI和NLOS）進行處理從而提高定位精度是非常重要的。

武漢大學的張波等針對多路徑誤差非時空相關的特點，采用觀測值的信噪比來評價觀測值質量，通過減小受多路徑效應影響的觀測值的權重從而削弱多路徑誤差對定位結果的影響，該法在有多徑效應存在的時段可以得到可靠性較好的基線解算結果。清華大學的陳強等針對當前接收機多徑抑制的方法中存在的魯棒性差、計算量大、多徑效應抑制效果不理想等問題，將粒子濾波算法應用到多徑抑制中，提出了一種新的考慮了碼多普勒的狀態轉移方程，得到了比傳統的窄相關方法更高的估計精度。Axelrad等針對載波相位多路徑問題，提出了一種通過SNR信息來校正差分相位觀測中的多徑誤差的技術，較好地降低了低頻多徑的影響。Meguro等提出了使用全向紅外照像機來緩解城市環境下多徑影響的方法，該法排除了受多徑干擾較大的衛星，定位精度高，可靠性好；Groves等提出了一種名為陰影匹配（Shadow Matching）的方法，該法通過3D城市模型來預測衛星可見性，然后與測量的衛星可見度進行比較以確定位置，提高了在城市環境中的定位精度；Miura等提出了一種基于三維城市模型和射線跟蹤的定位方法，該方法能夠成功地估計衛星信號的反射和直射路徑，具有較好的定位精度。

總體來說，目前在 GNSS 定位中，對多路徑信號（包括MI和NLOS）的處理技術主要包括：基于天線技術或天線陣列的NLOS和MI的排除，基于每顆GPS衛星信號的信噪比(SNR)頻譜分析的多路徑檢測和消除，利用接收機完好性監測（RAIM）的多路徑信號排除，基于攝像機和城市環境輔助的NLOS衛星排除算法，基于GIS中高程信息或3D城市模型的MI和NLOS衛星排除算法，利用3D地圖信息對檢測到的MI和NLOS信號進行修正并結合健康信號進行定位解算。

盡管目前城市多路徑環境中的GNSS定位方法都取得了一定的成果，但是大都采用了高性能接收機和天線，由于其體積龐大、計算復雜度高，在車載應用中成本較高，不利于商業推廣。而且，由于目前衛星覆蓋尚不全面，在城市峽谷等特殊環境下，直接在定位解算中排除NLOS信號的方法會導致本來就不充足的可用衛星數目減少、水平精度因子（HDOP）形變、車輛過街方向(Cross-Street)的誤差顯著增加，不但嚴重影響對車輛所在車道的定位，甚至還可能由于衛星顆數不足導致無法定位。