城區(qū)復(fù)雜場(chǎng)景中的GNSS性能建模預(yù)測(cè)及評(píng)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(hào)極可能被高樓阻擋，使可見衛(wèi)星數(shù)量減少。同時(shí)，GNSS信號(hào)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(huì)相當(dāng)頻繁和嚴(yán)重。評(píng)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(dòng)GNSS在城區(qū)環(huán)境下的發(fā)

2、展與應(yīng)用，而且也為我國(guó)北斗系統(tǒng)在民用方面的建設(shè)提供參考。
　　本文首先簡(jiǎn)要介紹了GNSS的系統(tǒng)組成及定位原理。從信號(hào)源、信道、接收機(jī)三個(gè)方面詳細(xì)分析了GNSS的誤差來源，為分析城區(qū)環(huán)境下GNSS性能特點(diǎn)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(duì)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”?；诔菂^(qū)民用用戶對(duì)GNSS的需求，分析實(shí)時(shí)性、魯棒性、實(shí)用性

3、三個(gè)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(hào)相關(guān)性能的評(píng)估指標(biāo)模型，研究信號(hào)性能影響機(jī)制以及評(píng)估方法。對(duì)三個(gè)典型導(dǎo)航系統(tǒng)在B1頻點(diǎn)的GNSS信號(hào)，針對(duì)精度、抗多徑性能、抗干擾性能以及兼容性能四個(gè)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析。
　　基于電磁波傳播理論，通過對(duì)一個(gè)真實(shí)的城區(qū)復(fù)雜環(huán)境建立其對(duì)應(yīng)的電磁波傳播模型，詳細(xì)分析了該典型城區(qū)復(fù)雜環(huán)境下GNSS的性能特點(diǎn)。針對(duì)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(gè)典型的城區(qū)峽谷模型，對(duì)幾種選星方法進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明，該方法DOP計(jì)算結(jié)果和傳統(tǒng)仰角方位角選星法最為接近，且計(jì)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(gè)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(shí)現(xiàn)了陰影匹配算法，驗(yàn)證了該算法的有效性。針對(duì)該算法的一維搜索法在選取參考點(diǎn)時(shí)的局限性，本文并提出了一種螺旋二維搜索法。利用實(shí)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(duì)陰影匹配的效果進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。實(shí)際驗(yàn)證了陰影匹配在城區(qū)街道環(huán)境中對(duì)定位精度的提升，并獲取了一個(gè)計(jì)算實(shí)測(cè)GNSS直視信號(hào)強(qiáng)度閾值的典型值。鑒于陰影匹配對(duì)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)（