CN112817015A - 利用gnss多径反射信号进行反射面位置估计的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的方法及系统，包括：获取GNSS多径反射信号的码相位延迟和载波多普勒频率漂移观测值；获取GNSS卫星和接收机的位置速度信息；进行粒子值的时间更新，得到反射面位置参数粒子值；根据GNSS卫星和接收机的位置速度信息以及反射面位置参数粒子值，计算粒子的码相位延迟和多普勒频率漂移预测值；粒子的码相位延迟、多普勒频率漂移预测值以及观测值服从独立的二维高斯分布，实现粒子权重更新；对更新后的粒子权重进行归一化操作，归一化后的粒子权重对粒子值进行重采样操作；基于粒子值的平均值估计反射面位置参数。本发明的估计算法成本低，估计精度高，有效提高接收机的环境感知能力。

Description

利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，具体地，涉及一种利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的方法及系统。
背景技术
GNSS导航信号在由空间星座到用户接收机的传播过程中容易被障碍物遮挡并产生GNSS多径信号。GNSS多径信号会导致跟踪环路相关峰的畸变，引起跟踪环路精度的下降，进而降低GNSS接收机定位授时精度。传统的GNSS多径反射信号处理方法主要将多径反射信号作为有害信号加以检测和抑制。相关的处理方法可以分为以下三个方向：一是优化跟踪环路算法的设计，在多径反射信号存在的情况下提高对视距信号的载波相位和扩频码相位的跟踪精度；二是定位算法的设计，基于伪距等参数对存在多径反射信号的异常卫星进行筛选，并从定位过程中排除；三是设计专用的多径信号检测与抑制算法，对多径信号特征参数进行检测，并在时域相关峰或伪距等方面抑制多径信号的影响。
码延迟多径估计(MEDLL，Multipath Estimating Delay Lock Loop)和码延迟幅度联合估计(CADLL，Coupled Amplitude Delay Lock Loop)等算法是基于时域相关峰和标准参考波形削减的多径信号检测与抑制算法。在多径信号存在时，卫星跟踪环路的时域相关峰会产生畸变，通过标准参考波形，可以将多径信号从时域相关峰中剥离，进而实现多径信号的检测与抑制。具体到算法层面，在检测到多径信号后，算法会开辟一个与视距信号跟踪单元结构相同的多径跟踪单元，进行多径信号的跟踪，并从该多径跟踪单元提取多径信号码相位延迟、载波多普勒频率漂移等多径信号特征参数。传统多径信号检测与抑制算法仅依据多径特征参数对码相位进行校正以提高码相位跟踪精度，未对多径特征参数中包含的多径反射面信息进行估计。
粒子滤波是一种基于蒙特卡洛思想的贝叶斯估计滤波方法。该滤波方法依据大数定律，采用蒙特卡洛方法来近似贝叶斯概率问题中的积分运算。粒子滤波首先依据系统状态向量的经验分布在状态空间生成一组随机样本，然后根据观测量不断调整粒子的权重和位置，通过调整后粒子的信息修正最初的经验条件分布。当粒子数量很大时，这种蒙特卡洛描述就近似于状态变量的真实后验概率密度分布。粒子滤波突破了传统卡尔曼滤波理论框架，更加适用于非线性、非高斯系统的滤波跟踪，有利于对多径反射面参数估计相关的几何系统进行滤波估计。
专利文献CN109390698A(申请号：201811218045.0)公开了一种反射面天线卫星位置估计并精确跟踪的方法，该方法区别于目前通信天线单脉冲自跟踪或程序引导跟踪方法，它是控制天线机械轴绕卫星做圆锥扫描来实现的，主要步骤为：驱动天线分别做方位、俯仰扫描，记录扫描时天线的角位置信息以及AGC电压，粗略估计出卫星概位；然后由天线控制单元驱动天线指向卫星概位，并绕概位做圆锥扫描，根据扫描过程中角编码器输出的角度信息以及AGC电压信息，采用数据相关处理及最小二乘法进一步估计出卫星位置，把估计误差送给天线驱动单元，实现天线对卫星指向的修正。如此扫描跟踪下去，可实现对卫星的精确跟踪。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的方法及系统。
根据本发明提供的一种利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的方法，包括：
步骤M1：GNSS接收机跟踪环路利用CADLL算法获取GNSS多径反射信号的码相位延迟和载波多普勒频率漂移观测值；
步骤M2：利用GNSS接收机定位解算模块获取GNSS卫星和接收机的位置速度信息；
步骤M3：进行粒子值的时间更新，并根据粒子值的时间更新得到反射面位置参数粒子值；
步骤M4：根据GNSS卫星和接收机的位置速度信息以及反射面位置参数粒子值，计算粒子的码相位延迟和多普勒频率漂移预测值；
步骤M5：基于粒子的码相位延迟和多普勒频率漂移预测值以及GNSS多径反射信号的码相位延迟和载波多普勒频率漂移观测值服从独立的二维高斯分布，实现粒子权重更新；
步骤M6：对更新后的粒子权重进行归一化操作，根据归一化后的粒子权重对粒子值进行重采样操作，得到处理后的粒子值；
步骤M7：根据处理后的粒子值计算粒子值的平均值，基于粒子值的平均值估计反射面位置参数。
优选地，所述反射面位置参数是指反射面相对于地理坐标系的方位角参数、俯仰角参数以及距离参数；
所述方位角参数是指向地理坐标系原点的反射面法向量在水平面内的投影向量与北向向量间的夹角；
所述俯仰角参数是指向地理坐标系原点的反射面法向量与该法向量水平面内的投影向量间的夹角；
所述距离参数是地理坐标系原点到反射面的垂直距离。
优选地，所述步骤M1包括：
Figure BDA0002882619620000031
其中，s(t)表示接收GNSS信号；t表示本地时间；A0表示直射信号的幅值；D(t)表示导航电文；C(t)表示扩频码；f0表示载波频率；A1表示GNSS多径反射信号幅值；τ表示GNSS多径反射信号的码相位延迟；fdfading表示GNSS多径反射信号的多普勒频率漂移。
优选地，所述步骤M4包括：
粒子的码相位延迟预测值计算方法如下所示：
Figure BDA0002882619620000032
其中，
Figure BDA0002882619620000033
表示第i粒子的码相位延迟预测值；
Figure BDA0002882619620000034
表示第i粒子的反射面镜像卫星位置；precv表示接收机位置；psat表示卫星位置；
多普勒频率漂移预测值如下所示：
Figure BDA0002882619620000035
其中，
Figure BDA0002882619620000036
表示第格粒子的多普勒频率漂移预测值；λ表示载波波长；
Figure BDA0002882619620000037
表示第格粒子的反射面镜像卫星速度；vrecv表示接收机速度；
Figure BDA0002882619620000038
表示第格粒子的反射面镜像卫星位置；precv表示接收机位置；vs套t表示卫星速度。
优选地，所述步骤M5包括：
Figure BDA0002882619620000041
其中，wi表示第i粒子更新后权重；σ1表示码相位延迟观测值的噪声标准差；σ2表示多普勒频率漂移观测值的噪声标准差；τ表示码相位延迟观测值；
Figure BDA0002882619620000042
表示第i粒子的码相位延迟预测值；fdfading表示多普勒频率漂移观测值；
Figure BDA0002882619620000043
表示第i粒子的多普勒频率漂移预测值。
根据本发明提供的一种利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的系统，包括：
模块M1：GNSS接收机跟踪环路利用CADLL算法获取GNSS多径反射信号的码相位延迟和载波多普勒频率漂移观测值；
模块M2：利用GNSS接收机定位解算模块获取GNSS卫星和接收机的位置速度信息；
模块M3：进行粒子值的时间更新，并根据粒子值的时间更新得到反射面位置参数粒子值；
模块M4：根据GNSS卫星和接收机的位置速度信息以及反射面位置参数粒子值，计算粒子的码相位延迟和多普勒频率漂移预测值；
模块M5：基于粒子的码相位延迟和多普勒频率漂移预测值以及GNSS多径反射信号的码相位延迟和载波多普勒频率漂移观测值服从独立的二维高斯分布，实现粒子权重更新；
模块M6：对更新后的粒子权重进行归一化操作，根据归一化后的粒子权重对粒子值进行重采样操作，得到处理后的粒子值；
模块M7：根据处理后的粒子值计算粒子值的平均值，基于粒子值的平均值估计反射面位置参数。
优选地，所述反射面位置参数是指反射面相对于地理坐标系的方位角参数、俯仰角参数以及距离参数；
所述方位角参数是指向地理坐标系原点的反射面法向量在水平面内的投影向量与北向向量间的夹角；
所述俯仰角参数是指向地理坐标系原点的反射面法向量与该法向量水平面内的投影向量间的夹角；
所述距离参数是地理坐标系原点到反射面的垂直距离。
优选地，所述模块M1包括：
Figure BDA0002882619620000051
其中，s(t)表示接收GNSS信号；t表示本地时间；A0表示直射信号的幅值；D(t)表示导航电文；C(t)表示扩频码；f0表示载波频率；A1表示GNSS多径反射信号幅值；τ表示GNSS多径反射信号的码相位延迟；fdfading表示GNSS多径反射信号的多普勒频率漂移。
优选地，所述模块M4包括：
粒子的码相位延迟预测值计算方法如下所示：
Figure BDA0002882619620000052
其中，
Figure BDA00028826196200000510
表示第i粒子的码相位延迟预测值；
Figure BDA0002882619620000053
表示第i粒子的反射面镜像卫星位置；precv表示接收机位置；psat表示卫星位置；
多普勒频率漂移预测值如下所示：
Figure BDA0002882619620000054
其中，
Figure BDA0002882619620000055
表示第格粒子的多普勒频率漂移预测值；λ表示载波波长；
Figure BDA0002882619620000056
表示第格粒子的反射面镜像卫星速度；vrecv表示接收机速度；
Figure BDA0002882619620000057
表示第格粒子的反射面镜像卫星位置；precv表示接收机位置；vs套t表示卫星速度。
优选地，所述模块M5包括：
Figure BDA0002882619620000058
其中，wi表示第i粒子更新后权重；σ1表示码相位延迟观测值的噪声标准差；σ2表示多普勒频率漂移观测值的噪声标准差；τ表示码相位延迟观测值；
Figure BDA00028826196200000511
表示第i粒子的码相位延迟预测值；fdfading表示多普勒频率漂移观测值；
Figure BDA0002882619620000059
表示第i粒子的多普勒频率漂移预测值。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明方法充分利用GNSS接收机已有的功能，不依赖于额外硬件，成本较低，估计精度高，有效提高了接收机的环境感知能力。
2、本发明方法充分发掘GNSS多径反射信号的空间信息，将传统意义上的GNSS多径反射干扰信号变废为宝。
3、本发明方法能够提高GNSS接收机的环境感知能力，相关环境感知信息能够应用于避障、路径规划、场景感知、定位增强等领域。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明的一个实施例的流程示意图；
图2是GNSS多径反射信号反射面状态示意图；
图3是粒子滤波反射面位置参数估计仿真测试结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本发明提供了一种GNSS多径反射信号的反射面位置参数估计方法。GNSS信号经不同反射面反射产生具有不同参数的多径反射信号。GNSS接收机跟踪环路的多径信号检测与抑制算法能够在抑制多径误差的同时对多径反射信号参数进行检测。以多径反射信号的码相位延迟和多普勒频率漂移参数作为观测量，粒子滤波算法可以对反射面位置参数进行估计。
根据本发明提供的一种利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的方法，如图1至3所示，包括：
步骤M1：GNSS接收机跟踪环路利用CADLL算法获取GNSS多径反射信号的码相位延迟和载波多普勒频率漂移观测值；
具体地，所述步骤M1包括：
Figure BDA0002882619620000061
其中，s(t)表示接收GNSS信号；t表示本地时间；A0表示直射信号的幅值；D(t)表示导航电文；C(t)表示扩频码；f0表示载波频率；A1表示GNSS多径反射信号幅值；τ表示GNSS多径反射信号的码相位延迟；fdfading表示GNSS多径反射信号的多普勒频率漂移。
步骤M2：利用GNSS接收机定位解算模块获取GNSS卫星和接收机的位置速度信息；
步骤M3：进行粒子值的时间更新，并根据粒子值的时间更新得到反射面位置参数粒子值；
粒子值的时间更新方程如下式所示：
Figure BDA0002882619620000071
其中，xk表示时间更新后的粒子值；xk-1表示时间更新前的粒子值；vk-1表示过程噪声。
步骤M4：根据GNSS卫星和接收机的位置速度信息以及反射面位置参数粒子值，计算粒子的码相位延迟和多普勒频率漂移预测值；
具体地，所述步骤M4包括：
粒子的码相位延迟预测值计算方法如下所示：
Figure BDA0002882619620000072
其中，
Figure BDA0002882619620000073
表示第i粒子的码相位延迟预测值；
Figure BDA0002882619620000074
表示第i粒子的反射面镜像卫星位置；precv表示接收机位置；psat表示卫星位置；
多普勒频率漂移预测值如下所示：
Figure BDA0002882619620000075
其中，
Figure BDA0002882619620000076
表示第格粒子的多普勒频率漂移预测值；λ表示载波波长；
Figure BDA0002882619620000077
表示第格粒子的反射面镜像卫星速度；vrecv表示接收机速度；
Figure BDA0002882619620000078
表示第格粒子的反射面镜像卫星位置；precv表示接收机位置；vs套t表示卫星速度。
步骤M5：基于粒子的码相位延迟和多普勒频率漂移预测值以及GNSS多径反射信号的码相位延迟和载波多普勒频率漂移观测值服从独立的二维高斯分布，实现粒子权重更新；
具体地，所述步骤M5包括：
Figure BDA0002882619620000079
其中，wi表示第i粒子更新后权重；σ1表示码相位延迟观测值的噪声标准差；σ2表示多普勒频率漂移观测值的噪声标准差；τ表示码相位延迟观测值；
Figure BDA00028826196200000710
表示第i粒子的码相位延迟预测值；fdfading表示多普勒频率漂移观测值；
Figure BDA00028826196200000711
表示第i粒子的多普勒频率漂移预测值。
步骤M6：对更新后的粒子权重进行归一化操作，根据归一化后的粒子权重对粒子值进行重采样操作，得到处理后的粒子值；
步骤M7：根据处理后的粒子值计算粒子值的平均值，基于粒子值的平均值估计反射面位置参数。
具体地，所述反射面位置参数是指反射面相对于地理坐标系的方位角参数、俯仰角参数以及距离参数；
所述方位角参数是指向地理坐标系原点的反射面法向量在水平面内的投影向量与北向向量间的夹角；
所述俯仰角参数是指向地理坐标系原点的反射面法向量与该法向量水平面内的投影向量间的夹角；
所述距离参数是地理坐标系原点到反射面的垂直距离。
根据本发明提供的一种利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的系统，包括：
模块M1：GNSS接收机跟踪环路利用CADLL算法获取GNSS多径反射信号的码相位延迟和载波多普勒频率漂移观测值；
具体地，所述模块M1包括：
Figure BDA0002882619620000081
其中，s(t)表示接收GNSS信号；t表示本地时间；A0表示直射信号的幅值；D(t)表示导航电文；C(t)表示扩频码；f0表示载波频率；A1表示GNSS多径反射信号幅值；τ表示GNSS多径反射信号的码相位延迟；fdfading表示GNSS多径反射信号的多普勒频率漂移。
模块M2：利用GNSS接收机定位解算模块获取GNSS卫星和接收机的位置速度信息；
模块M3：进行粒子值的时间更新，并根据粒子值的时间更新得到反射面位置参数粒子值；
粒子值的时间更新方程如下式所示：
Figure BDA0002882619620000082
其中，xk表示时间更新后的粒子值；xk-1表示时间更新前的粒子值；vk-1表示过程噪声。
模块M4：根据GNSS卫星和接收机的位置速度信息以及反射面位置参数粒子值，计算粒子的码相位延迟和多普勒频率漂移预测值；
具体地，所述模块M4包括：
粒子的码相位延迟预测值计算方法如下所示：
Figure BDA0002882619620000091
其中，
Figure BDA0002882619620000092
表示第i粒子的码相位延迟预测值；
Figure BDA0002882619620000093
表示第i粒子的反射面镜像卫星位置；precv表示接收机位置；psat表示卫星位置；
多普勒频率漂移预测值如下所示：
Figure BDA0002882619620000094
其中，
Figure BDA0002882619620000095
表示第格粒子的多普勒频率漂移预测值；λ表示载波波长；
Figure BDA0002882619620000096
表示第格粒子的反射面镜像卫星速度；vrecv表示接收机速度；
Figure BDA0002882619620000097
表示第格粒子的反射面镜像卫星位置；precv表示接收机位置；vs套t表示卫星速度。
模块M5：基于粒子的码相位延迟和多普勒频率漂移预测值以及GNSS多径反射信号的码相位延迟和载波多普勒频率漂移观测值服从独立的二维高斯分布，实现粒子权重更新；
具体地，所述模块M5包括：
Figure BDA0002882619620000098
其中，wi表示第i粒子更新后权重；σ1表示码相位延迟观测值的噪声标准差；σ2表示多普勒频率漂移观测值的噪声标准差；τ表示码相位延迟观测值；
Figure BDA0002882619620000099
表示第i粒子的码相位延迟预测值；fdfading表示多普勒频率漂移观测值；
Figure BDA00028826196200000910
表示第i粒子的多普勒频率漂移预测值。
模块M6：对更新后的粒子权重进行归一化操作，根据归一化后的粒子权重对粒子值进行重采样操作，得到处理后的粒子值；
模块M7：根据处理后的粒子值计算粒子值的平均值，基于粒子值的平均值估计反射面位置参数。
具体地，所述反射面位置参数是指反射面相对于地理坐标系的方位角参数、俯仰角参数以及距离参数；
所述方位角参数是指向地理坐标系原点的反射面法向量在水平面内的投影向量与北向向量间的夹角；
所述俯仰角参数是指向地理坐标系原点的反射面法向量与该法向量水平面内的投影向量间的夹角；
所述距离参数是地理坐标系原点到反射面的垂直距离。
本发明的效果可通过以下仿真测试进行验证。
仿真测试中，卫星的位置速度信息采用真实GNSS卫星星历，从GNSS接收机的记录文件中获取。接收机的位置速度值采用仿真数值，仿真路径的持续时间为16秒。仿真多径反射面参数为：反射面方位角10度，反射面俯仰角0度，反射面距离21米。根据以上数据生成仿真多径反射信号参数，即码相位延迟和多普勒频率漂移。
将仿真数据代入粒子滤波反射面位置参数估计算法程序，仿真测试结果如下：
表1：GNSS多径反射信号反射面位置参数估计方法仿真测试结果
反射面位置参数 均方根误差
反射面方位角 0.792度
反射面俯仰角 1.048度
反射面距离 0.144米
从表1可以看出，各项反射面位置参数估计结果具有较小的均方根误差，本发明方法可以有效实现GNSS多径反射信号的反射面位置参数估计。
综上，本发明所述GNSS多径反射信号的反射面位置参数估计方法可以有效利用GNSS多径反射信号的空间信息，对多径反射信号的反射面位置参数进行有效估计；在不增加额外硬件的情况下，提高了GNSS接收机的环境感知能力。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的方法，其特征在于，包括：
步骤M1：GNSS接收机跟踪环路利用CADLL算法获取GNSS多径反射信号的码相位延迟和载波多普勒频率漂移观测值；
步骤M2：利用GNSS接收机定位解算模块获取GNSS卫星和接收机的位置速度信息；
步骤M3：进行粒子值的时间更新，并根据粒子值的时间更新得到反射面位置参数粒子值；
步骤M4：根据GNSS卫星和接收机的位置速度信息以及反射面位置参数粒子值，计算粒子的码相位延迟和多普勒频率漂移预测值；
步骤M5：基于粒子的码相位延迟和多普勒频率漂移预测值以及GNSS多径反射信号的码相位延迟和载波多普勒频率漂移观测值服从独立的二维高斯分布，实现粒子权重更新；
步骤M6：对更新后的粒子权重进行归一化操作，根据归一化后的粒子权重对粒子值进行重采样操作，得到处理后的粒子值；
步骤M7：根据处理后的粒子值计算粒子值的平均值，基于粒子值的平均值估计反射面位置参数。
2.根据权利要求1所述的利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的方法，其特征在于，所述反射面位置参数是指反射面相对于地理坐标系的方位角参数、俯仰角参数以及距离参数；
所述方位角参数是指向地理坐标系原点的反射面法向量在水平面内的投影向量与北向向量间的夹角；
所述俯仰角参数是指向地理坐标系原点的反射面法向量与该法向量水平面内的投影向量间的夹角；
所述距离参数是地理坐标系原点到反射面的垂直距离。
3.根据权利要求1所述的利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的方法，其特征在于，所述步骤M1包括：
Figure FDA0002882619610000011
其中，s(t)表示接收GNSS信号；t表示本地时间；A0表示直射信号的幅值；D(t)表示导航电文；C(t)表示扩频码；f0表示载波频率；A1表示GNSS多径反射信号幅值；τ表示GNSS多径反射信号的码相位延迟；fdfading表示GNSS多径反射信号的多普勒频率漂移。
4.根据权利要求1所述的利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的方法，其特征在于，所述步骤M4包括：
粒子的码相位延迟预测值计算方法如下所示：
Figure FDA0002882619610000021
其中，
Figure FDA0002882619610000022
表示第i粒子的码相位延迟预测值；
Figure FDA0002882619610000023
表示第i粒子的反射面镜像卫星位置；precv表示接收机位置；psat表示卫星位置；
多普勒频率漂移预测值如下所示：
Figure FDA0002882619610000024
其中，
Figure FDA0002882619610000025
表示第格粒子的多普勒频率漂移预测值；λ表示载波波长；
Figure FDA0002882619610000026
表示第格粒子的反射面镜像卫星速度；vrecv表示接收机速度；
Figure FDA0002882619610000027
表示第格粒子的反射面镜像卫星位置；precv表示接收机位置；vsat表示卫星速度。
5.根据权利要求1所述的利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的方法，其特征在于，所述步骤M5包括：
Figure FDA0002882619610000028
其中，wi表示第i粒子更新后权重；σ1表示码相位延迟观测值的噪声标准差；σ2表示多普勒频率漂移观测值的噪声标准差；τ表示码相位延迟观测值；
Figure FDA0002882619610000029
表示第i粒子的码相位延迟预测值；fdfading表示多普勒频率漂移观测值；
Figure FDA00028826196100000210
表示第i粒子的多普勒频率漂移预测值。
6.一种利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的系统，其特征在于，包括：
模块M1：GNSS接收机跟踪环路利用CADLL算法获取GNSS多径反射信号的码相位延迟和载波多普勒频率漂移观测值；
模块M2：利用GNSS接收机定位解算模块获取GNSS卫星和接收机的位置速度信息；
模块M3：进行粒子值的时间更新，并根据粒子值的时间更新得到反射面位置参数粒子值；
模块M4：根据GNSS卫星和接收机的位置速度信息以及反射面位置参数粒子值，计算粒子的码相位延迟和多普勒频率漂移预测值；
模块M5：基于粒子的码相位延迟和多普勒频率漂移预测值以及GNSS多径反射信号的码相位延迟和载波多普勒频率漂移观测值服从独立的二维高斯分布，实现粒子权重更新；
模块M6：对更新后的粒子权重进行归一化操作，根据归一化后的粒子权重对粒子值进行重采样操作，得到处理后的粒子值；
模块M7：根据处理后的粒子值计算粒子值的平均值，基于粒子值的平均值估计反射面位置参数。
7.根据权利要求6所述的利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的系统，其特征在于，所述反射面位置参数是指反射面相对于地理坐标系的方位角参数、俯仰角参数以及距离参数；
所述方位角参数是指向地理坐标系原点的反射面法向量在水平面内的投影向量与北向向量间的夹角；
所述俯仰角参数是指向地理坐标系原点的反射面法向量与该法向量水平面内的投影向量间的夹角；
所述距离参数是地理坐标系原点到反射面的垂直距离。
8.根据权利要求6所述的利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的系统，其特征在于，所述模块M1包括：
Figure FDA0002882619610000031
其中，s(t)表示接收GNSS信号；t表示本地时间；A0表示直射信号的幅值；D(t)表示导航电文；C(t)表示扩频码；f0表示载波频率；A1表示GNSS多径反射信号幅值；τ表示GNSS多径反射信号的码相位延迟；fdfading表示GNSS多径反射信号的多普勒频率漂移。
9.根据权利要求6所述的利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的系统，其特征在于，所述模块M4包括：
粒子的码相位延迟预测值计算方法如下所示：
Figure FDA0002882619610000032
其中，
Figure FDA0002882619610000033
表示第i粒子的码相位延迟预测值；
Figure FDA0002882619610000034
表示第i粒子的反射面镜像卫星位置；precv表示接收机位置；psat表示卫星位置；
多普勒频率漂移预测值如下所示：
Figure FDA0002882619610000041
其中，
Figure FDA0002882619610000042
表示第格粒子的多普勒频率漂移预测值；λ表示载波波长；
Figure FDA0002882619610000043
表示第格粒子的反射面镜像卫星速度；vrecv表示接收机速度；
Figure FDA0002882619610000044
表示第格粒子的反射面镜像卫星位置；precv表示接收机位置；vsat表示卫星速度。
10.根据权利要求6所述的利用GNSS多径反射信号进行反射面位置估计的系统，其特征在于，所述模块M5包括：
Figure FDA0002882619610000045
其中，wi表示第i粒子更新后权重；σ1表示码相位延迟观测值的噪声标准差；σ2表示多普勒频率漂移观测值的噪声标准差；τ表示码相位延迟观测值；
Figure FDA0002882619610000046
表示第i粒子的码相位延迟预测值；fdfading表示多普勒频率漂移观测值；
Figure FDA0002882619610000047
表示第i粒子的多普勒频率漂移预测值。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116068593A (zh) * 2023-01-28 2023-05-05 中国铁建电气化局集团有限公司 基于贝叶斯的卫星定位权重计算方法、装置、设备及介质

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104330788A (zh) * 2014-10-30 2015-02-04 中国人民解放军信息工程大学 基于到达路径反向追踪的无线电定位方法
CN104536015A (zh) * 2014-12-09 2015-04-22 沈阳航空航天大学 一种粒子滤波raim方法的fpga实现方法
JP2016200478A (ja) * 2015-04-09 2016-12-01 株式会社日本自動車部品総合研究所 位置推定装置
CN106291607A (zh) * 2016-08-26 2017-01-04 上海交通大学 Gnss多径信号模拟生成方法及系统
CN107678022A (zh) * 2017-10-20 2018-02-09 西安电子科技大学 基于多径利用的雷达直接三维空间目标定位方法
CN108490458A (zh) * 2018-02-28 2018-09-04 上海交通大学 卫星导航多径信号参数估计和误差抑制方法
CN109085572A (zh) * 2018-09-05 2018-12-25 西安电子科技大学昆山创新研究院 隧道内基于多径利用毫米波雷达的运动目标跟踪方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104330788A (zh) * 2014-10-30 2015-02-04 中国人民解放军信息工程大学 基于到达路径反向追踪的无线电定位方法
CN104536015A (zh) * 2014-12-09 2015-04-22 沈阳航空航天大学 一种粒子滤波raim方法的fpga实现方法
JP2016200478A (ja) * 2015-04-09 2016-12-01 株式会社日本自動車部品総合研究所 位置推定装置
CN106291607A (zh) * 2016-08-26 2017-01-04 上海交通大学 Gnss多径信号模拟生成方法及系统
CN107678022A (zh) * 2017-10-20 2018-02-09 西安电子科技大学 基于多径利用的雷达直接三维空间目标定位方法
CN108490458A (zh) * 2018-02-28 2018-09-04 上海交通大学 卫星导航多径信号参数估计和误差抑制方法
CN109085572A (zh) * 2018-09-05 2018-12-25 西安电子科技大学昆山创新研究院 隧道内基于多径利用毫米波雷达的运动目标跟踪方法

Non-Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIN CHEN EI AL.: "The two-unit CADLL structure multipath performance investigation", 《2011 IEEE INTERNATIONAL INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT TECHNOLOGY CONFERENCE》 *
XIN CHEN EI AL.: "The two-unit CADLL structure multipath performance investigation", 《2011 IEEE INTERNATIONAL INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT TECHNOLOGY CONFERENCE》, 12 May 2011 (2011-05-12), pages 1 - 5, XP031957490, DOI: 10.1109/IMTC.2011.5944175 *
XIN CHEN ET AL.: "Comparative Studies of GPS Multipath Mitigation Methods Performance", 《IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS》 *
XIN CHEN ET AL.: "Comparative Studies of GPS Multipath Mitigation Methods Performance", 《IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS》, vol. 49, no. 3, 31 July 2013 (2013-07-31), pages 1555 - 1568, XP011519650, DOI: 10.1109/TAES.2013.6558004 *
李惟 等: "GNSS多径信号模型及测高方法", 《北京航空航天大学学报》 *
李惟 等: "GNSS多径信号模型及测高方法", 《北京航空航天大学学报》, vol. 44, no. 6, 30 June 2018 (2018-06-30), pages 1239 - 1245 *
杨茜 等: "TK-MEDLL算法的GNSS实测数据多径分析", 《导航定位学报》 *
杨茜 等: "TK-MEDLL算法的GNSS实测数据多径分析", 《导航定位学报》, vol. 5, no. 2, 30 June 2017 (2017-06-30), pages 117 - 124 *
鲍亚川 等: "北斗GEO/IGSO卫星导航信号多径效应仿真研究", 《系统仿真学报》 *
鲍亚川 等: "北斗GEO/IGSO卫星导航信号多径效应仿真研究", 《系统仿真学报》, vol. 29, no. 5, 31 May 2019 (2019-05-31), pages 1057 - 1063 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116068593A (zh) * 2023-01-28 2023-05-05 中国铁建电气化局集团有限公司 基于贝叶斯的卫星定位权重计算方法、装置、设备及介质

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