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城市多径环境下的导航定位技术及其应用研究

王冠宇  
【摘要】:全球导航卫星系统(GNSS),尤其是全球定位系统(GPS)在诸多领域发挥了不可或缺的作用,它可以实时、准确地提供位置信息,是无人机、无人车等无人驾驶设备导航定位系统的关键部分,是智能交通系统(ITS)的支撑技术。然而,在城市区域中,卫星信号由于受到建筑物的阻挡、反射或衍射产生严重的多径效应和非视距接收(NLOS),导致较大定位误差,无法满足ITS的需求。因此,研究城市多径环境下的卫星定位技术,对我国乃至全球未来ITS的发展具有至关重要的现实意义。本文首先回顾了GPS的定位原理,归纳总结了GPS定位过程中的主要误差源及其改正方法。然后对现有的GPS多径误差处理方法进行了分类和总结,分析了各类方法的优势和不足。接着创新地提出了基于梯度提升决策树(GBDT)的城市多径环境GPS定位算法,先以卫星信号的载噪比(C/N_0),伪距残差和卫星高度角作为输入特征,使用GBDT对伪距误差进行预测并基于预测的结果提出了两种新型的定位算法:基于伪距误差修正的定位算法和基于多径/非视距(Multipath/NLOS)剔除或修正的定位算法。通过采集实测数据,在两个不同场景对所提出算法进行测试,并从伪距预测精度,信号接收类型分类准确性和定位精度等方面对所提出算法的性能进行评估。实验结果表明所提出的两种定位方法均能有效提升城市多径环境下的定位性能,且基于伪距误差修正的定位算法的性能比基于Multipath/NLOS剔除或修正的定位算法精度更高。


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