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城市区域伪距多路径改正方法研究

董雅璇  
【摘要】:近年来,随着GNSS接收机性能的提升以及多模卫星导航系统的快速建设,GNSS在城市环境的应用领域得到大大拓宽。但是对于城市区域,大量建筑物的遮挡、信号传播的复杂路径、反射多路径效应及非直射信号的产生等问题,一直影响着城市区域的高精度定位。为了提高城市区域的定位精度,为后续的车道级导航、无人驾驶、应急救援、社交应用等功能打下基础,本文以GPS系统为基本研究对象,围绕城市区域伪距多路径的处理方法,进行了以下讨论:1.界定了三种信号的含义:“NLOS”单指非直射信号,“反射多路径”单指直射信号与反射信号的相干误差,“多路径”则包含了非直射信号与反射多路径两种误差。并介绍了GPS系统组成、伪距定位基本原理及误差分析、GPS定位算法及精度分析、差分定位原理,及反射多路径效应的产生与特性,为后文打下基础。2.介绍了伪距定位中非直射信号(NLOS)的两种常见处理方法:接收机自主完整性检测(RAIM)、“城市峡谷”(Urban Trench)方法。对两种方法定位精度的改进程度、方法的适用范围、优缺点进行了比较分析:两种方法均可以提升定位精度,RAIM方法操作简单但对多路径信号的处理不够彻底,精度提升效果不好;“城市峡谷”方法对非直射信号的修正针对性很强,但无法识别并改正反射多路径信号,同时对三维模型要求较高。3.针对“城市峡谷”对三维模型要求较高的问题及RAIM方法对多路径消除的不彻底问题,提出了一种利用多路径空间重复性的多路径误差纠正方法。该方法以多路径半天球图方法(MHM)为基础,目前的MHM仅适用于共时钟双天线设备,普适性较弱,本文提出利用零差方法(Zero Differences)实现MHM方法在普通短基线模式的扩展,并进一步与RAIM方法结合实现了对城市高密度环境下的定位精度提升。4.以GPS现代化后质量较好的L5波段数据为对象,评估了基于低成本手机定位中的L1L5双频融合多路径抑制方法:结果表明,L5信号可以抑制L1信号的多路径效应,定位精度有显著的提升。


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