[發(fā)明專利]用于靜態(tài)測站的GNSS非直射信號(hào)檢測消除方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011549329.5
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號(hào): CN112612039B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒璇;付睿男;王亞偉;唐衛(wèi)明;李志遠(yuǎn);李洋洋;馮瑾
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S19/21
• 分類號(hào): G01S19/21
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴(yán)彥

本發(fā)明提供一種用于靜態(tài)測站的GNSS非直射信號(hào)檢測消除方法及系統(tǒng)，包括構(gòu)建測站處的半天球格網(wǎng)模型，用于描述測站處天空各區(qū)域的障礙物遮擋情況；半天球格網(wǎng)模型的每個(gè)格網(wǎng)內(nèi)包含一個(gè)可見度因子α，構(gòu)建包含所有格網(wǎng)內(nèi)可見度因子的矩陣A；采集測站處的3D環(huán)境模型數(shù)據(jù)，并對模型數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換；解算測站處的半天球格網(wǎng)模型參數(shù)，得到矩陣A中每個(gè)可見度因子α，確定測站處天空各區(qū)域障礙物遮擋情況；在GNSS數(shù)據(jù)處理中采用描述測站處障礙物遮擋情況的半天球格網(wǎng)模型，檢測并消除非直射信號(hào)，支持輔助改善多路徑誤差建模精度和有效性，提高定位結(jié)果精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于靜態(tài)測站的，關(guān)于檢測和消除GNSS非直射信號(hào)(NLOS)，輔助改善多路徑誤差建模的精度和有效性，提高定位解算結(jié)果精度的技術(shù)。

背景技術(shù)

多路徑效應(yīng)是由來自衛(wèi)星的直射、反射和衍射信號(hào)等進(jìn)入接收機(jī)天線并發(fā)生干涉導(dǎo)致的現(xiàn)象，因其與衛(wèi)星、接收機(jī)及測站環(huán)境均具有高度的相關(guān)性，現(xiàn)有改正方法在實(shí)際應(yīng)用中均存在弊端，多路徑誤差也成為影響GNSS精密數(shù)據(jù)處理精度的主要誤差源之一^[1]。

目前，針對多路徑效應(yīng)對GNSS定位精度的影響，在測站環(huán)境和接收機(jī)等硬件設(shè)備受限的條件下，主要從數(shù)據(jù)處理算法層面對多路徑誤差進(jìn)行建模，或采用信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行分析，通過分離多路徑誤差，削弱其對GNSS精密數(shù)據(jù)處理精度的影響。

通常情況下，認(rèn)為多路徑效應(yīng)是由直射信號(hào)與反射信號(hào)或衍射信號(hào)等疊加造成的，但實(shí)際上，反射信號(hào)或衍射信號(hào)也能夠在直射信號(hào)無法被接收時(shí)進(jìn)入接收機(jī)天線，這類信號(hào)被稱為非直射信號(hào)(NLOS)^[2]。由非直射信號(hào)導(dǎo)致的GNSS定位誤差通常被歸類為多路徑效應(yīng)，但與多路徑誤差相比它往往要大很多，因此需要采用不同的技術(shù)抑制或消除非直射信號(hào)^[3]。

Wang?Lei等人提出可以采用3D城市模型或3D地圖檢測衛(wèi)星直射信號(hào)的可見性，從而檢測和抑制非直射信號(hào)和多路徑效應(yīng)^[4]；此外，A.Bourdeau等人提出非直射信號(hào)的額外相位延遲可以被建模為與測站位置相關(guān)的函數(shù)，從而在直射衛(wèi)星信號(hào)數(shù)量不足時(shí)提供降級(jí)的位置解^[5]。但實(shí)際上，3D城市模型或3D地圖的海量數(shù)據(jù)雖然能夠滿足動(dòng)態(tài)應(yīng)用中用戶處于不同位置時(shí)的需求，但會(huì)占據(jù)大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；而對于靜態(tài)測站的GNSS精密數(shù)據(jù)處理來說，如此龐大的數(shù)據(jù)量完全是冗余的，并且3D城市模型/3D地圖精度有限，在檢測和消除衛(wèi)星非直射信號(hào)時(shí)可能出現(xiàn)偏差。因此，上述方法并不適用于靜態(tài)測站的GNSS精密數(shù)據(jù)處理。

關(guān)于檢測衛(wèi)星可見性的方法，可以采用在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域較為成熟的線段平面碰撞檢測(Line?Segment-Plane?Collision?Detection)算法：將建筑模型的各個(gè)表面用無數(shù)三角形趨近表示，然后依次判斷測站與衛(wèi)星間的連線是否與構(gòu)成建筑模型表面的每個(gè)三角形相交，從而判斷該衛(wèi)星在測站處是否可見。但3D城市模型/3D地圖中的每個(gè)建筑模型大約由十萬個(gè)幾何表面構(gòu)成，若對每顆衛(wèi)星依次進(jìn)行可見性檢測，無論是實(shí)時(shí)還是事后的數(shù)據(jù)處理，都對設(shè)備的計(jì)算性能有著較高的要求^[3]。

Wang?Lei等人提出：不必使用龐大的建筑模型數(shù)據(jù)直接計(jì)算每顆衛(wèi)星的可見性，而是預(yù)先生成從測站角度觀測的建筑模型邊界，并用測站處的方位角和高度角表示。通過比較某顆衛(wèi)星的高度角與測站相同方位處建筑模型邊界的高度角，即可實(shí)時(shí)、高效地判斷該衛(wèi)星是否可見^[3]。在靜態(tài)測站處采用建筑模型邊界檢測衛(wèi)星可見性的方法，有效避免了3D建筑模型大量冗余數(shù)據(jù)的問題，也為數(shù)據(jù)處理階段節(jié)省了計(jì)算負(fù)荷。但建筑模型邊界方法是基于建筑物與地面間不存在空隙的假設(shè)，實(shí)際情況卻較為復(fù)雜：許多建筑模型內(nèi)部存在允許衛(wèi)星信號(hào)穿過的空洞，例如高架橋、拱門及雕塑，包括植物茂盛的樹冠結(jié)構(gòu)等，這些都會(huì)影響對于衛(wèi)星可見性的判斷，也是上述方法在使用時(shí)存在的弊端。

參考文獻(xiàn)