一种基于北斗GEO卫星的阴影匹配改进算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于北斗GEO卫星的阴影匹配改进算法，建立北斗GEO卫星阴影模型；利用GPS和BDS卫星进行初始化定位，得到初始位置P0；运用非视距信号检测技术，判断北斗GEO卫星的可见性；设定候选位置进行阴影匹配定位，并剔除不符合阴影模型的候选位置；根据确定候选位置，在每个候选位置进行卫星可见性预测；利用城市峡谷环境中接收机接收的卫星NMEA‑0183格式数据，获取每颗卫星的载噪比，并依据载噪比进行卫星可见性观测；使用SM打分方案对卫星预测和观测的可见性进行匹配评分；进行匹配评分后对每个候选位置打分，并依据其分值和候选位置得到SM最终定位结果。达到提升“城市峡谷”环境中的卫星定位的定位精度的目的。

An improved shadow matching algorithm based on Beidou GEO Satellite

【技术实现步骤摘要】
一种基于北斗GEO卫星的阴影匹配改进算法
本专利技术涉及卫星导航领域，尤其涉及一种基于北斗GEO卫星的阴影匹配改进算法。
技术介绍
随着全球卫星导航系统(GNSS)的不断发展，卫星定位已成为人们日常定位最主要的手段之一。然而在高楼密集、高楼间距离短的“城市峡谷”环境中，由于建筑物对卫星信号的遮挡、反射和衍射，会导致多径干扰、信号衰减、非视距信号(NLOS)被接收和几何精度因子(GDOP)变大，导致定位精度较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于北斗GEO卫星的阴影匹配改进算法，旨在解决现有技术中的“城市峡谷”环境中的卫星定位的定位精度较差的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用的一种基于北斗GEO卫星的阴影匹配改进算法，包括如下步骤：根据北斗GEO卫星的星历计算出卫星的CGCS2000坐标系下的坐标，并结合3D建筑轮廓模型，建立北斗GEO卫星阴影模型；利用GPS和BDS卫星进行初始化定位，得到初始位置P0；运用非视距信号检测技术，判断北斗GEO卫星的可见性，其中所述判断北斗GEO卫星的可见性包括判断用户接收机能否接收北斗GEO卫星的直视信号，若能，则判定用户接收机位于北斗GEO卫星阴影模型的阴影外；若不能，则判定用户接收机位于阴影模型的阴影内；选用以初始位置P0为中心的矩形搜索区域，设定候选位置进行阴影匹配定位，并依据北斗GEO卫星阴影模型及北斗GEO卫星的可见性，剔除不符合阴影模型的候选位置；根据确定候选位置，在每个候选位置进行卫星可见性预测；利用城市峡谷环境中接收机接收的卫星NMEA-0183格式数据，获取每颗卫星的载噪比，并依据载噪比进行卫星可见性观测；使用SM打分方案对卫星预测和观测的可见性进行匹配评分；进行匹配评分后对每个候选位置打分，并依据其分值和候选位置得到SM最终定位结果。其中，按照1～5m×1～5m的网格设定候选位置进行阴影匹配定位。其中，依据北斗GEO卫星阴影模型及北斗GEO卫星的可见性，剔除不符合阴影模型的候选位置，包括：若判定接收机在北斗GEO卫星阴影模型阴影外，则剔除掉模型阴影内的候选位置；若判定接收机在北斗GEO卫星阴影模型阴影内，则剔除掉模型阴影外的候选位置。其中，根据确定候选位置，在每个候选位置进行卫星可见性预测，包括：利用卫星星历计算当前状态下所有卫星的仰角和方位角，通过候选位置周围的3D建筑轮廓模型计算同一方位角下的建筑物边界仰角，对于高于10°截止仰角的卫星，若卫星仰角高于建筑物边界仰角，则预测卫星可见；反之，预测卫星不可见。其中，获取每颗卫星的载噪比，并依据载噪比进行卫星可见性观测，包括：若载噪比值较高，则其可直视的卫星信号被接收机接收；若载噪比较低，则其卫星信号经建筑物反射、衍射后被接收机接收；若无法接收到载噪比数据，则卫星信号被建筑物完全遮挡。其中，使用SM打分方案对卫星预测和观测的可见性进行匹配评分后，候选位置对每颗卫星评分，得到所有卫星可见性匹配总分值，其处理方式如下：fp(j)表示候选位置j的最终得分值；fs(i,j)是卫星i对候选位置j的打分值；n是大于10°截止仰角的卫星颗数。本专利技术的一种基于北斗GEO卫星的阴影匹配改进算法，通过根据北斗GEO卫星的星历计算出卫星的CGCS2000坐标系下的坐标，并结合3D建筑轮廓模型，建立北斗GEO卫星阴影模型；利用GPS和BDS卫星进行初始化定位，得到初始位置P0；运用非视距信号检测技术，判断北斗GEO卫星的可见性，即判断接收机能否接收北斗GEO卫星的直视信号，若能，则判定用户接收机位于北斗GEO卫星阴影模型的阴影外；若不能，则判定接收机位于阴影模型的阴影内；选用以初始化位置P0为中心的矩形搜索区域，设定候选位置进行阴影匹配定位，并依据北斗GEO卫星阴影模型及北斗GEO卫星的可见性，剔除不符合阴影模型的候选位置；根据确定候选位置，在每个候选位置进行卫星可见性预测；利用城市峡谷环境中接收机接收的卫星NMEA-0183格式数据，获取每颗卫星的载噪比，并依据载噪比进行卫星可见性观测；使用SM打分方案对卫星预测和观测的可见性进行匹配评分；进行匹配评分后对每个候选位置打分，并依据其分值和候选位置得到SM最终定位结果。其中该算法利用3D城市模型和卫星仰角、方位角信息来预测不同位置的卫星可见性，与实际观测卫星可见性进行匹配来判断用户的位置，用于提高城市环境中的定位精度，并且利用北斗GEO卫星阴影模型结合阴影匹配算法，可以有效的减少阴影匹配算法中的无效候选位置，降低阴影匹配算法的计算量，提高匹配效果，以此获得提升“城市峡谷”环境中的卫星定位的定位精度的效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的基于北斗GEO卫星的阴影匹配改进算法的整体流程图。图2是本专利技术的基于北斗GEO卫星的阴影匹配改进算法的步骤图。图3是本专利技术的判断北斗GEO卫星的可见性的流程图。图4是本专利技术的SM打分方案示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。请参阅图1至图4，本专利技术提供了一种基于北斗GEO卫星的阴影匹配改进算法，旨在利用阴影匹配技术解决“城市峡谷”环境中的卫星定位的定位精度较差的技术问题并降低现有阴影匹配技术的计算复杂度，包括如下步骤：S100：根据北斗GEO卫星的星历计算出卫星的CGCS2000坐标系下的坐标，并结合3D建筑轮廓模型，建立北斗GEO卫星阴影模型；在本实施方式中，利用北斗GEO卫星的高仰角且相对地球几乎静止的特点，在城市峡谷中，GEO卫星对固定建筑物的角度都是固定值，因此可以根据北斗GEO卫星的星历计算出卫星的CGCS2000坐标系下的坐标，并结合3D建筑轮廓模型，建立北斗GEO卫星阴影模型；S200：利用GPS和BDS卫星进行初始化定位，得到初始位置P0；在本实施方式中，利用GPS和BDS卫星进行初始定位，得到一个初始位置，由于初始化定位只为了得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于北斗GEO卫星的阴影匹配改进算法，其特征在于，包括如下步骤：/n根据北斗GEO卫星的星历计算出卫星的CGCS2000坐标系下的坐标，并结合3D建筑轮廓模型，建立北斗GEO卫星阴影模型；/n利用GPS和BDS卫星进行初始化定位，得到初始位置P0；/n运用非视距信号检测技术，判断北斗GEO卫星的可见性，其中所述判断北斗GEO卫星的可见性包括判断用户接收机能否接收北斗GEO卫星的直视信号，若能，则判定用户接收机位于北斗GEO卫星阴影模型的阴影外；若不能，则判定用户接收机位于北斗GEO卫星阴影模型的阴影内；/n选用以初始位置P0为中心的矩形搜索区域，设定候选位置进行阴影匹配定位，并依据北斗GEO卫星阴影模型及北斗GEO卫星的可见性，剔除不符合阴影模型的候选位置；/n根据确定候选位置，在每个候选位置进行卫星可见性预测；/n利用城市峡谷环境中用户接收机接收的卫星NMEA-0183格式数据，获取每颗卫星的载噪比，并依据载噪比进行卫星可见性观测；/n使用SM打分方案对卫星预测和观测的可见性进行匹配评分；/n进行匹配评分后对每个候选位置打分，并依据其分值和候选位置得到SM最终定位结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗GEO卫星的阴影匹配改进算法，其特征在于，包括如下步骤：
根据北斗GEO卫星的星历计算出卫星的CGCS2000坐标系下的坐标，并结合3D建筑轮廓模型，建立北斗GEO卫星阴影模型；
利用GPS和BDS卫星进行初始化定位，得到初始位置P0；
运用非视距信号检测技术，判断北斗GEO卫星的可见性，其中所述判断北斗GEO卫星的可见性包括判断用户接收机能否接收北斗GEO卫星的直视信号，若能，则判定用户接收机位于北斗GEO卫星阴影模型的阴影外；若不能，则判定用户接收机位于北斗GEO卫星阴影模型的阴影内；
选用以初始位置P0为中心的矩形搜索区域，设定候选位置进行阴影匹配定位，并依据北斗GEO卫星阴影模型及北斗GEO卫星的可见性，剔除不符合阴影模型的候选位置；
根据确定候选位置，在每个候选位置进行卫星可见性预测；
利用城市峡谷环境中用户接收机接收的卫星NMEA-0183格式数据，获取每颗卫星的载噪比，并依据载噪比进行卫星可见性观测；
使用SM打分方案对卫星预测和观测的可见性进行匹配评分；
进行匹配评分后对每个候选位置打分，并依据其分值和候选位置得到SM最终定位结果。


2.如权利要求1所述的基于北斗GEO卫星的阴影匹配改进算法，其特征在于，
按照1～5m×1～5m的网格设定候选位置进行阴影匹配定位。


3.如权利要求1所述的基于北斗GEO卫星的阴影匹配改进算法，其特征在于，依据北斗GEO卫星阴影...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙希延，陶堃，黄建华，纪元法，付文涛，赵松克，严素清，符强，王守华，韦照川，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45