[發(fā)明專利]三維場景衛(wèi)星遮擋及多徑信號模擬方法和模擬裝置

有效

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• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111337954B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張勇虎;潘小海;劉思慧;伍俊;李中林
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南衛(wèi)導(dǎo)信息科技有限公司
• 主分類號: G01S19/22
• 分類號: G01S19/22;G01S19/14
• 代理公司: 長沙新裕知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43210
• 代理人: 梁小林

1.三維場景衛(wèi)星遮擋及多徑信號模擬方法，

其特征在于包括以下步驟：

步驟一：基于三維地圖計算多徑參數(shù)和衛(wèi)星遮擋，

11）獲得三維場景地圖數(shù)據(jù)：通過借助無人機傾斜攝影針對真實場景進行三維高精度建模，或者從已有三維地圖導(dǎo)入數(shù)據(jù)；

12）對地圖中不同材質(zhì)進行區(qū)分，設(shè)置不同的反射系數(shù)；

13）在三維地圖中編輯生成用戶軌跡，設(shè)置仿真起始時間，選擇仿真的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及頻點；

14）設(shè)置多徑最大反射/繞射次數(shù)、多徑最大時延、多徑最大衰減功率；

15）從仿真起始時間開始，以一定頻度在GPU中計算當(dāng)前用戶軌跡點到每顆可見衛(wèi)星的所有信號傳播路徑，找出所有的反射、繞射路徑；

16）如果可見衛(wèi)星到當(dāng)前用戶軌跡點的連線穿過三維地圖中的物體，則該可見衛(wèi)星被遮擋；

17）根據(jù)步驟15）找出的反射和繞射路徑距離，結(jié)合路徑上不同材質(zhì)的反射系數(shù)，計算得到反射、繞射引起的多徑相對于直達信號的功率衰減和偽距時延；

18）只選擇滿足不大于多徑最大時延和多徑最大衰減功率的多徑信號，計算其由于周圍運動物體引起的額外多普勒頻移；

19）將步驟16）和步驟18）計算得到的所有多徑信號參數(shù)和被遮擋的衛(wèi)星號及持續(xù)時間信息發(fā)給導(dǎo)航信號仿真控制裝置；

步驟二：仿真生成直達信號快變參數(shù)和多徑信號快變參數(shù)，

21）將同一顆衛(wèi)星的多路多徑信號合成為一路多徑，得到此路多徑信號相對于直達信號的多徑參數(shù)，包括偽距時延、功率衰減、多普勒頻移；

22）根據(jù)仿真時間和星歷參數(shù)計算衛(wèi)星位置，以一定頻度，根據(jù)用戶軌跡和衛(wèi)星位置計算偽距，加上衛(wèi)星鐘差、電離層和對流層誤差、地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)后得到每個頻點所有直達信號的快變參數(shù)；

23）被遮擋的衛(wèi)星的直達信號功率設(shè)置為關(guān)閉，其余衛(wèi)星信號功率設(shè)置為用戶的期望功率；

24）根據(jù)多徑信號參數(shù)和對應(yīng)的直達信號快變參數(shù)，得到多徑信號的快變參數(shù)；

25）將直達信號和多徑信號的快變參數(shù)，以及電文參數(shù)發(fā)送給導(dǎo)航多徑信號模擬源；

步驟三：生成導(dǎo)航直達射頻信號和導(dǎo)航多徑射頻信號，

31）根據(jù)直達信號的快變參數(shù)和電文參數(shù)，生成直達數(shù)字信號；

32）根據(jù)多徑信號快變參數(shù)和電文參數(shù)，生成多徑數(shù)字信號；

33）直達數(shù)字信號可以和多徑數(shù)字信號合路后經(jīng)過同一個DA和上變頻、濾波通道后變成導(dǎo)航直達和多徑射頻信號輸出，也可以分別經(jīng)過不同的DA和上變頻、濾波通道后變成導(dǎo)航直達射頻信號、多徑射頻信號。

2.一種基于權(quán)利要求1所述的三維場景衛(wèi)星遮擋及多徑信號模擬方法的模擬裝置，其特征在于：由三維場景多徑仿真裝置、導(dǎo)航信號仿真控制裝置和導(dǎo)航多徑信號模擬源組成，

三維場景多徑仿真裝置和導(dǎo)航多徑信號模擬源分別與導(dǎo)航信號仿真控制裝置連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維場景衛(wèi)星遮擋及多徑信號模擬方法的模擬裝置，其特征在于：所述的三維場景多徑仿真裝置包括三維場景建模及導(dǎo)入模塊、軌跡編輯模塊、衛(wèi)星位置計算模塊、信號傳播路徑仿真模塊、多徑參數(shù)計算模塊、衛(wèi)星遮擋判斷模塊；

三維場景建模及導(dǎo)入模塊、軌跡編輯模塊、衛(wèi)星位置計算模塊一端與衛(wèi)星遮擋判斷模塊連接，另一端與信號傳播路徑仿真模塊連接，信號傳播路徑仿真模塊與多徑參數(shù)計算模塊連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維場景衛(wèi)星遮擋及多徑信號模擬方法的模擬裝置，其特征在于：

三維場景建模及導(dǎo)入模塊完成三維地圖數(shù)據(jù)的生成，包括不同材質(zhì)材料的區(qū)分以及反射系數(shù)的確定；

軌跡編輯模塊根據(jù)載體類型、天線安裝位置和軌跡設(shè)置生成每個仿真時刻的用戶位置和速度信息；

衛(wèi)星位置計算模塊根據(jù)仿真時間和星歷參數(shù)計算當(dāng)前時刻的衛(wèi)星位置；

信號傳播路徑仿真模塊根據(jù)三維地圖數(shù)據(jù)、當(dāng)前時刻的衛(wèi)星位置、用戶位置，查找每顆可見衛(wèi)星因為反射、繞射引起的多徑信號路徑；

多徑參數(shù)計算模塊根據(jù)多徑信號路徑計算多徑信號相對于直達信號的偽距時延、功率衰減、多普勒頻移參數(shù)；

衛(wèi)星遮擋判斷模塊根據(jù)當(dāng)前時刻的衛(wèi)星位置和用戶位置連線是否穿過三維地圖中的物體來判斷，如果穿過則是衛(wèi)星被遮擋，否則是直達衛(wèi)星信號。