[发明专利]一种城市峡谷内基于精确3D城市模型的GNSS定位方法

说明书

本发明公开了一种城市峡谷内基于精确3D城市模型的GNSS定位方法，步骤1，构建3D城市模型；步骤2，选定两个以上的候选位置；步骤3，对每个候选位置接收到的卫星信号进行分类，卫星信号类型包括LOS信号和NLOS信号；若候选位置接收到的卫星信号包括LOS信号，执行步骤4，若候选位置接收到的卫星信号均为NLOS信号，执行步骤5；步骤4，反演LOS信号的模拟伪距，计算候选位置的第一权重；步骤5，反演NLOS信号的模拟伪距，计算候选位置的第二权重；步骤6，根据候选位置的第一权重和第二权重解算精确位置。该方法能够构建出高精度的3D城市模型，并基于此3D城市模型构建了基于评估结果的候选位置的权重信息，最终实现基于候选位置加权的高精度定位。

技术领域

本发明属于卫星定位导航领域，尤其涉及一种城市峡谷内基于精确3D城市模型的GNSS定位方法。

背景技术

随着科学技术的发展，通过新一代信息技术改变了我们生活方式，因此智慧城市发挥着越来越重要的角色。其中位置信息服务对智慧城市的发展提供重要支撑，最为明显的就是导航定位技术。导航定位技术通过接收机接收卫星信号，并经过一系列的处理可以获得位置信息。全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)作为卫星定位的核心系统，在城市环境中，其信号由于建筑物的阻挡会产生多径干扰信号和非视距(non-line of sight,NLOS)信号。其中对于多径干扰信号可以使用接收机信号处理方法进行缓解，但是对于NLOS信号，接收机通常会误以为是视距(line of sight,LOS)信号，会导致GNSS定位严重误差。

城市环境定位中，需要是将NLOS信号剔除从而实现定位的解算。Peyraud等人通过3D城市模型数据库中提取初始定位周边的建组模型，然后在接收机的正上方假设一个虚拟的相机，通过这个相机可以分析出每个方位角对应的建筑物最高仰角，比较接收机接收卫星信号的方位角和仰角，通过对比在某个方位角的仰角可以排除NLOS信号，最后利用LOS信号实现精确定位。在轻度及中等城市环境下，由于卫星相对充足，直接剔除NLOS可以达到预期目标，但是在城市峡谷环境中，存在大量的NLOS信号，若直接剔除容易导致精度因子(DOP)形变,同时，剔除大量的NLOS容易导致可供使用的卫星颗数不足，尤其是如果当小于四颗卫星时候就无法定位。近些年为了提高NLOS信号的使用率，对NLOS进行修正，同时结合LOS信号一起进行位置解算的方法近年来得到了很多的研究：赵泰洋和郭成安采用信号接收强度和信号到达时间相结合的方法对NLOS误差的到达时间测量值进行检测并修正。主要是通过基站得到卫星信号的信号强度和到达时间，然后对比接收机的信号强度和到达时间来判断NLOS信号的可能性，并修正信号到达时间测量值，再结合LOS信号进行定位。但是未考虑信号强度在发生反射时衰减的快慢，导致NLOS修正带来较大的误差，影响定位精度。王正和陈兵在抑制NLOS误差时，采用一种引入信息阈值和修正参数的算法，并且对卡尔曼滤波迭代过程进行改进。但是在NLOS误差严重且误差模型不精确时，其NLOS误差抑制并不明显。Groves提出使用3D城市模型和卫星高度角判断道路上各个候选位置的卫星可见性状态并基于信号强度判断的卫星可见性并根据二者匹配程度对候选位置加权平均来进行定位，但是并没有考虑接收伪距等信息，其定位精度较低。Hsu基于3D城市模型，在位置已知的点上通过射线追踪法计算多径效应带来的伪距误差，并且分析其与卫星仰角和载噪比的关系，建立了基于卫星仰角和接收机到墙面距离的NLOS误差模型，但是由于3D城市模型精度不足，因此其NLOS误差模型并不精确。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种城市峡谷内基于精确3D城市模型的GNSS定位方法。通过航空影像和地面影像对3D城市精确建模，实现GNSS信号类型的精确标定。从而在此基础上利用射线追踪技术生成精确的模拟伪距，通过比较模拟伪距和接收到的伪距为候选位置进行定权，最后通过加权平均候选位置，实现城市峡谷环境下的高精度定位。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种城市峡谷内基于精确3D城市模型的GNSS定位方法，包括如下步骤：