[發明專利]三維場景衛星遮擋及多徑信號模擬方法和模擬裝置

有效

• 申請號: 202010421284.7
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111337954B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 張勇虎;潘小海;劉思慧;伍俊;李中林
• 申請（專利權）人: 湖南衛導信息科技有限公司
• 主分類號: G01S19/22
• 分類號: G01S19/22;G01S19/14
• 代理公司: 長沙新裕知識產權代理有限公司 43210
• 代理人: 梁小林

本發明涉及一種三維場景衛星遮擋及多徑信號模擬方法和模擬裝置，屬于衛星導航的信號技術領域。包括由三維場景多徑仿真裝置、導航信號仿真控制裝置和導航多徑信號模擬源組成，三維場景多徑仿真裝置和導航多徑信號模擬源分別與導航信號仿真控制裝置連接。本發明的有益效果在于，結合對天真實信號測試和導航信號模擬源測試的優點，減少定位中的誤差，特別是高樓林立的街道、高架橋、峽谷等環境中，由于衛星遮擋和多徑信號的影響造成的誤差。

技術領域

本發明涉及一種三維場景衛星遮擋及多徑信號模擬方法和模擬裝置，屬于衛星導航的信號技術領域。

背景技術

隨著我國北斗導航系統技術不斷發展和成熟，北斗導航在無人駕駛、5G等各行各業應用會日益深入，對高精度導航定位有更多的需求。然而在高樓林立的街道、高架橋、峽谷等環境中，衛星信號經過周圍物體表面會產生反射的多徑信號，衛星信號經過周圍物體邊緣時，會產生繞射的多徑信號，衛星信號還會被物體遮擋住，由于衛星遮擋和多徑信號的影響，造成高精度定位結果偏差較大，無法滿足智能駕駛和萬物互聯所需的全程無死角車道級別高精度導航需求。目前對于高精度導航定位測試都是采用實際對天真實信號測試和導航信號模擬源測試兩種，對天真實信號測試測試條件不可控，易受環境影響，不能定量測試指標，這些缺點導航信號模擬源測試都沒有，但是模擬源不能模擬真實三維場景的衛星遮擋和多徑效應，造成導航信號模擬源測試通過的產品在實際環境使用過程中定位誤差大。因此迫切需要對真實三維場景建模，并仿真三維環境中的衛星遮擋和由于周圍物體面反射、物體邊緣繞射引起的多徑信號，在導航信號模擬源中實現，這樣就能結合對天真實信號測試和導航信號模擬源測試的優點。

專利US9562976則是利用3D環境建模信息，結合接收機的位置和解算的衛星位置，區分出多徑反射信號和直達信號，以減去多徑信號對定位誤差的影響。專利US9945956提出一種利用三維建筑信息處理GNSS定位結果的方法，其思路是利用手機GNSS定位結果和三維環境之間的關系給出定位結果不確定度的下限值。這兩個美國專利都不是關于多徑信號仿真的，不能用于指導真實三維場景下的多徑信號仿真。專利CN105372676A提出了一種三維場景導航多徑信號預測方法，但是沒有考慮到多系統多衛星都存在多個多徑信號路徑實時計算的復雜度，也沒考慮到多徑信號仿真生成的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三維場景衛星遮擋及多徑信號模擬方法和模擬裝置，從而克服現有技術中的不足。

本發明通過以下技術方案實現，通過導航信號仿真控制裝置，將仿真參數發送給三維場景多徑仿真裝置；三維場景多徑仿真裝置再將仿真計算出的多徑參數和衛星遮擋信息反饋給導航信號仿真控制裝置；導航信號仿真控制裝置計算生成導航直達信號和多徑信號的快變參數（快變參數包括偽距、偽距變化率、載波相位和載波相位變化率），連同電文參數一并發送給導航多徑信號模擬源；最終由導航多徑信號模擬源根據導航直達信號和多徑信號快變參數，以及電文參數生成導航直達射頻信號和多徑射頻信號。

本發明包括以下步驟：

步驟一：基于三維地圖計算多徑參數和衛星遮擋；

步驟二：仿真生成直達信號快變參數和多徑信號快變參數；

步驟三：生成導航直達射頻信號和導航多徑射頻信號。

所述的步驟一包括：

11）獲得三維場景地圖數據：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入數據；

12）對地圖中不同材質進行區分，設置不同的反射系數；

13）在三維地圖中編輯生成用戶軌跡，設置仿真起始時間，選擇仿真的衛星導航系統及頻點；

14）設置多徑最大反射/繞射次數、多徑最大時延、多徑最大衰減功率，以減少多徑計算數量，提高多徑計算的實時性；