CN111275757A - 一种基于dem数据处理的伪卫星场地仿真布设方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于DEM数据处理的伪卫星场地仿真布设方法，属于伪卫星导航定位技术领域。其包括以下步骤：将原始DEM数据转换成平面坐标数据；生成具有高程颜色的图像数据；等待用户在场地图像中布设伪卫星并配置各个伪卫星的天线参数和发射功率，并计算出各伪卫星在场地中的实际位置坐标；通过仿真计算出场地中各点的可视性信息、HDOP信息、VDOP信息以及平均仰角信息，并以可视化方式在场地图像中显示出来。本发明对DEM数据进行计算，不必盲目搜索计算区域内所有位置，只需计算DEM点位的仿真信息即可，具有计算量小、精度高、效果可靠的优点，此外，通过输入各导航系统的卫星历书信息，还可实现导航系统和伪卫星的混合仿真。

Description

一种基于DEM数据处理的伪卫星场地仿真布设方法
技术领域
本发明涉及伪卫星导航定位技术领域，特别是指一种基于DEM数据处理的伪卫星场地仿真布设方法。
背景技术
目前，以北斗和GPS为代表的卫星导航系统应用越来越广泛。然而，在某些情况下，如在城市“峡谷”或者山谷中,由于可视卫星的数目太少或几何图形很差，从而不能可靠地确定定位。在室内，由于卫星导航信号相当微弱，或者在某些地方根本接收不到卫星导航信号，利用卫星进行定位几乎是不可能的。为解决这些问题，在适当位置上布置一定数目的伪卫星，有利于构成具有足够强度的几何图形，从而在很大程度上提高导航定位解的精度。
现有技术中，伪卫星布设一般都是基于位置搜索方法。当伪卫星和用户处于同一高度时，在用户附近用方位扫描；当伪卫星和用户在不同高度时，用直角网格扫描的方法来进行系统搜索。这种伪卫星位置的选择方式要经历一个冗长的搜索过程，若采用立体直角格网扫描，要进行上亿次的DOP计算。可见，现有技术中在进行伪卫星布设时需要进行大量的计算，布设工作不易实施。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种基于DEM数据处理的伪卫星场地仿真布设方法，该方法在获取DEM数据的基础上对DEM数据进行坐标处理和JPG处理，进而对伪卫星布设场地设计进行仿真分析，可以为用户提供各种布设场景下的伪卫星的可视性分布、HDOP分布、VDOP分布、平均仰角分布等信息，并且可通过输入各导航系统的卫星历书信息进行导航系统和伪卫星的混合仿真。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种基于DEM数据处理的伪卫星场地仿真布设方法，其包括以下步骤：
（1）输入场地的原始DEM数据以及DEM数据的坐标信息，利用DEM数据的坐标信息，通过高斯投影将原始DEM数据转换成平面坐标数据；
（2）根据原始DEM数据和DEM数据的坐标信息，生成具有高程颜色的图像数据；
（3）根据图像数据显示场地图像，等待用户在场地图像中布设伪卫星并配置各个伪卫星的天线参数和发射功率，根据伪卫星在场地图像中的位置，结合平面坐标数据，计算出各伪卫星在场地中的实际位置坐标；
（4）根据各伪卫星的位置坐标、天线参数和发射功率，通过仿真计算出场地中各点的可视性信息、HDOP信息、VDOP信息以及平均仰角信息，并以可视化方式在场地图像中显示出来。
进一步的，所述步骤（2）的具体方式为：
（201）根据DEM数据中的点位的纬度和经度信息确定点位的位置；
（202）利用DEM数据中的点位的高程信息确定点位的颜色代码；
（203）利用步骤（201）和（202）所得到的DEM数据中的全部点位的位置和颜色代码，通过图像转换方法生成一幅以颜色标示各点高程的图像数据。
此外，本发明还提供一种基于DEM数据处理的伪卫星场地仿真布设方法，其包括以下步骤：
（1）输入场地的原始DEM数据以及DEM数据的坐标信息，利用DEM数据的坐标信息，通过高斯投影将原始DEM数据文件转换成平面坐标数据；
（2）根据原始DEM数据和DEM数据的坐标信息，生成具有高程颜色的图像数据；
（3）根据图像数据显示场地图像，等待用户在场地图像中布设伪卫星并配置各个伪卫星的天线参数和发射功率，根据伪卫星在场地图像中的位置，结合平面坐标数据，计算出各伪卫星在场地中的实际位置坐标；
（4）输入真实卫星的导航历书，计算指定时间时真实卫星的位置坐标；根据各真实卫星的位置坐标以及各伪卫星的位置坐标、天线参数和发射功率，通过仿真计算出场地中各点的可视性信息、HDOP信息、VDOP信息以及平均仰角信息，并以可视化方式在场地图像中显示出来。
本发明采用上述技术方案所取得的有益效果在于：
1、本发明利用DEM数据提供的点位的精确坐标信息生成场地图像，由此得到的仿真结果精度高、效果可靠。
2、本发明对DEM数据进行计算，不必盲目搜索计算区域内所有位置，只需计算DEM点位的仿真信息即可，相对于原有的位置搜索方法计算量有大幅减少。
3、本发明还可输入各导航系统的卫星历书信息，从而实现导航系统和伪卫星的混合仿真。
附图说明
图1是本发明实施例的实现原理示意图。
图2是本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
一种基于DEM数据处理的伪卫星场地仿真布设方法，其包括以下步骤：
（1）输入场地的原始DEM数据以及DEM数据的坐标信息，利用DEM数据的坐标信息，通过高斯投影将原始DEM数据转换成平面坐标数据；
（2）根据原始DEM数据和DEM数据的坐标信息，生成具有高程颜色的图像数据；
（3）根据图像数据显示场地图像，等待用户在场地图像中布设伪卫星并配置各个伪卫星的天线参数和发射功率，根据伪卫星在场地图像中的位置，结合平面坐标数据，计算出各伪卫星在场地中的实际位置坐标；布设伪卫星时可以采用鼠标点选的方式直接在场地图像上进行操作，也可通过文本框直接输入位置坐标；
（4）根据各伪卫星的位置坐标、天线参数和发射功率，通过仿真计算出场地中各点的可视性信息、HDOP信息、VDOP信息以及平均仰角信息，并以可视化方式在场地图像中显示出来。
进一步的，所述步骤（2）的具体方式为：
（201）根据DEM数据中的点位的纬度和经度信息确定点位的位置；
（202）利用DEM数据中的点位的高程信息确定点位的颜色代码；颜色代码可采用RGB形式；
（203）利用步骤（201）和（202）所得到的DEM数据中的全部点位的位置和颜色代码，通过图像转换方法生成一幅以颜色标示各点高程的图像数据，生成的图像可以为jpg格式。
此外，对上述方法稍加修改还可实现导航系统和伪卫星的混合仿真，具体包括以下步骤：
（1）输入场地的原始DEM数据以及DEM数据的坐标信息，利用DEM数据的坐标信息，通过高斯投影将原始DEM数据文件转换成平面坐标数据；
（2）根据原始DEM数据和DEM数据的坐标信息，生成具有高程颜色的图像数据；
（3）根据图像数据显示场地图像，等待用户在场地图像中布设伪卫星并配置各个伪卫星的天线参数和发射功率，根据伪卫星在场地图像中的位置，结合平面坐标数据，计算出各伪卫星在场地中的实际位置坐标；
（4）输入真实卫星的导航历书，计算指定时间时真实卫星的位置坐标；根据各真实卫星的位置坐标以及各伪卫星的位置坐标、天线参数和发射功率，通过仿真计算出场地中各点的可视性信息、HDOP信息、VDOP信息以及平均仰角信息，并以可视化方式在场地图像中显示出来。
图1为上述方法的一种具体实现方式，具体来说，它实现了DEM坐标转换模块、JPG处理模块、伪卫星场地仿真模块、导航系统/伪卫星场地混合仿真分析模块。其中：
DEM坐标转换模块的功能是将DEM数据投影到平面坐标数据文件。数字地面模型DTM是利用一个任意坐标系中的已知纬度、经度、高程的坐标点对连续地面的一种模拟标示。DEM数据中的纬度、经度、高程的坐标系可能为GPS卫星导航系统所用坐标系WGS84、BDS卫星导航系统所用坐标系统CGCS2000和GLONASS卫星导航系统所用坐标系PZ90等系统坐标系统，这些坐标系统全部为大地坐标系统，需要将大地坐标数据经过高斯投影换到平面坐标数据。
JPG处理模块的功能是生成JPG数据文件以供伪卫星场地布设提供人机交互显示。用户在布设伪卫星时需要知道布设场地的详细地理环境，JPG数据文件通过颜色的深浅来区分仿真场地的地面信息，通过横坐标和纵坐标显示位置信息。JPG数据文件中地图信息是和平面坐标数据文件中的坐标相匹配。
伪卫星场地仿真模块的功能是利用平面坐标数据和JGP数据文件来仿真用户确定的场地。用户可以通过在所选的场地内，通过不同方案布设伪卫星信息，如伪卫星的个数、伪卫星的位置、发射天线参数、发射功率等参数实现不同的布设场景。布设后通过仿真分析出不同场景的卫星可视性分布、HDOP分布、VDOP分布、平均仰角分布、接收功率等布设信息。用户通过分析不同场景的仿真结果来决定伪卫星的布设方案。
导航系统/伪卫星场地混合仿真分析模块通过输入卫星导航系统的卫星历书，预报场地内导航卫星的可视性分布、HDOP分布、VDOP分布、平均仰角分布、接收功率等信息，并结合场地内布设的伪卫星仿真结果综合出导航系统/伪卫星的可视性分布、HDOP分布、VDOP分布、平均仰角分布信息。
图2为上述方法的一个更加具体的流程，其包括如下步骤：
步骤1：DEM坐标转换模块输入原始DEM数据文件和DEM数据的坐标系统。进行高斯投影转换成平面坐标数据文件。
步骤2：JPG处理模块输入原始DEM数据文件和DEM数据的坐标系统。进行JPG数据文件生成。
步骤3：伪卫星场地仿真模块功能通过利用平面坐标数据文件和JGP数据文件来仿真用户确定的场地。用户可以通过布设多个伪卫星站并配置各个伪卫星的位置、天线参数、发射功率等参数，进而仿真计算出卫星的可视性分布、HDOP分布、VDOP分布、平均仰角分布等信息；
步骤4：导航系统/伪卫星场地混合仿真分析模块输入卫星导航历书进行预测导航系统卫星在仿真场地内的卫星的可视性分布、HDOP分布、VDOP分布、平均仰角分布。并叠加场地内布设的伪卫星综合出导航系统/伪卫星的可视性分布、HDOP分布、VDOP分布、平均仰角分布等场地布设信息。
总之，本发明方法在获取DEM数据的基础上对DEM数据进行坐标处理和JPG处理，进而对伪卫星布设场地设计进行仿真分析，能够为用户提供各种布设场景下的伪卫星的可视性分布、HDOP分布、VDOP分布、平均仰角分布等信息，并且可通过输入各导航系统的卫星历书信息进行导航系统和伪卫星的混合仿真。
需要注意的是，以上所述仅为本发明的若干具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，在本发明揭露的技术范围内，可以想到的变换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于DEM数据处理的伪卫星场地仿真布设方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）输入场地的原始DEM数据以及DEM数据的坐标信息，利用DEM数据的坐标信息，通过高斯投影将原始DEM数据转换成平面坐标数据；
（2）根据原始DEM数据和DEM数据的坐标信息，生成具有高程颜色的图像数据；
（3）根据图像数据显示场地图像，等待用户在场地图像中布设伪卫星并配置各个伪卫星的天线参数和发射功率，根据伪卫星在场地图像中的位置，结合平面坐标数据，计算出各伪卫星在场地中的实际位置坐标；
（4）根据各伪卫星的位置坐标、天线参数和发射功率，通过仿真计算出场地中各点的可视性信息、HDOP信息、VDOP信息以及平均仰角信息，并以可视化方式在场地图像中显示出来。
2.根据权利要求1所述的一种基于DEM数据处理的伪卫星场地仿真布设方法，其特征在于，所述步骤（2）的具体方式为：
（201）根据DEM数据中的点位的纬度和经度信息确定点位的位置；
（202）利用DEM数据中的点位的高程信息确定点位的颜色代码；
（203）利用步骤（201）和（202）所得到的DEM数据中的全部点位的位置和颜色代码，通过图像转换方法生成一幅以颜色标示各点高程的图像数据。
3.一种基于DEM数据处理的伪卫星场地仿真布设方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）输入场地的原始DEM数据以及DEM数据的坐标信息，利用DEM数据的坐标信息，通过高斯投影将原始DEM数据文件转换成平面坐标数据；
（2）根据原始DEM数据和DEM数据的坐标信息，生成具有高程颜色的图像数据；
（3）根据图像数据显示场地图像，等待用户在场地图像中布设伪卫星并配置各个伪卫星的天线参数和发射功率，根据伪卫星在场地图像中的位置，结合平面坐标数据，计算出各伪卫星在场地中的实际位置坐标；
（4）输入真实卫星的导航历书，计算指定时间时真实卫星的位置坐标；根据各真实卫星的位置坐标以及各伪卫星的位置坐标、天线参数和发射功率，通过仿真计算出场地中各点的可视性信息、HDOP信息、VDOP信息以及平均仰角信息，并以可视化方式在场地图像中显示出来。
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