城區(qū)復(fù)雜場景中的GNSS性能建模預(yù)測及評估研究.pdf

1、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）在軍用、民用領(lǐng)域具有不可替代的作用。在民用領(lǐng)域，GNSS在城區(qū)應(yīng)用最為廣泛。各大城市中心通常高樓林立，GNSS信號極可能被高樓阻擋，使可見衛(wèi)星數(shù)量減少。同時，GNSS信號遭受各種建筑物表面反射的概率很大，多徑現(xiàn)象的發(fā)生會相當(dāng)頻繁和嚴重。評估城區(qū)環(huán)境中GNSS的性能和研究提升GNSS在城區(qū)環(huán)境中性能的方法，不僅可以推動GNSS在城區(qū)環(huán)境下的發(fā)

2、展與應(yīng)用，而且也為我國北斗系統(tǒng)在民用方面的建設(shè)提供參考。
　　本文首先簡要介紹了GNSS的系統(tǒng)組成及定位原理。從信號源、信道、接收機三個方面詳細分析了GNSS的誤差來源，為分析城區(qū)環(huán)境下GNSS性能特點奠定了理論基礎(chǔ)。
　　在分析和總結(jié)經(jīng)典的GNSS性能指標(biāo)基礎(chǔ)上，本文基于平行遞推模型，提出了一種針對城區(qū)復(fù)雜環(huán)境下GNSS性能的指標(biāo)，即“城區(qū)GNSS平行遞推模型”。基于城區(qū)民用用戶對GNSS的需求，分析實時性、魯棒性、實用性

3、三個指標(biāo)和航空導(dǎo)航性能指標(biāo)（Required Navigation Performance，RNP）的關(guān)系。建立了導(dǎo)航信號相關(guān)性能的評估指標(biāo)模型，研究信號性能影響機制以及評估方法。對三個典型導(dǎo)航系統(tǒng)在B1頻點的GNSS信號，針對精度、抗多徑性能、抗干擾性能以及兼容性能四個點進行詳細分析。
　　基于電磁波傳播理論，通過對一個真實的城區(qū)復(fù)雜環(huán)境建立其對應(yīng)的電磁波傳播模型，詳細分析了該典型城區(qū)復(fù)雜環(huán)境下GNSS的性能特點。針對城區(qū)復(fù)雜環(huán)

4、境提出了一種新的選星方法。該方法通過3D地圖輔助首先剔除被遮擋的衛(wèi)星，再通過仰角方位角選星法選星，一定程度上抑制了多徑效應(yīng)。通過建立一個典型的城區(qū)峽谷模型，對幾種選星方法進行仿真。仿真結(jié)果表明，該方法DOP計算結(jié)果和傳統(tǒng)仰角方位角選星法最為接近，且計算量比前者小大約25％。
　　本文深入研究了提升城市峽谷中GNSS性能的算法：陰影匹配。利用采集的GPS+GLONASS星歷，建立了一個理想的陰影匹配模型，研究了大樓高度、街道寬度與可

5、見衛(wèi)星數(shù)量的關(guān)系。本文實現(xiàn)了陰影匹配算法，驗證了該算法的有效性。針對該算法的一維搜索法在選取參考點時的局限性，本文并提出了一種螺旋二維搜索法。利用實際采集到的NEMA數(shù)據(jù)以及星歷數(shù)據(jù)，結(jié)合百度地圖、E都市三維地圖對陰影匹配的效果進行實際測試。實際驗證了陰影匹配在城區(qū)街道環(huán)境中對定位精度的提升，并獲取了一個計算實測GNSS直視信號強度閾值的典型值。鑒于陰影匹配對GNSS定位具有輔助作用，首次提出了陰影匹配與當(dāng)下流行的輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（