CN113281789A - 一种高效的复杂环境多径信号的计算方法 - Google Patents

一种高效的复杂环境多径信号的计算方法 Download PDF

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CN113281789A CN202110822082.8A CN202110822082A CN113281789A CN 113281789 A CN113281789 A CN 113281789A CN 202110822082 A CN202110822082 A CN 202110822082A CN 113281789 A CN113281789 A CN 113281789A
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Abstract

本发明涉及卫星导航领域，提供一种高效的复杂环境多径信号的计算方法，包括导入三维复杂场景，设定多径计算的边界条件；根据场景中三角面的信息计算N个集合
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE001
；获取卫星与场景中三角面的可视三角面集合
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE002
；获取用户载体信息与场景中三角面的可视三角面集合
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE003
；
Figure 184246DEST_PATH_IMAGE002
与
Figure 180015DEST_PATH_IMAGE003
的交集
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE005
为卫星与用户载体共同可视的三角面集合，卫星经过
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE006
中的任意三角面后与用户载体连接，形成潜在的一次多径反射路径；遍历计算集合
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE007
中每一个三角面
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE008
的多径点；若多径点位于三角面
Figure 163015DEST_PATH_IMAGE008
的围合区域内，则多径存在，并通过多径点计算生成多径信号的参数。通过集合求交方式，大大提高复杂环境多径信号仿真效率。

Description

一种高效的复杂环境多径信号的计算方法
技术领域
本发明涉及卫星导航领域，尤其涉及一种高效的复杂环境多径信号的计算方法。
背景技术
在卫星导航领域多径效应已成为影响高精度定位应用场景的主要误差源，针对基于真实场景的多径仿真已越来越重要。目前行业上对于多径的仿真通常采用两种方式，其一是在直达卫星导航信号的基础上施加固定的时延和衰减；另外一种方案是考虑到卫星导航终端所处的真实环境，利用射线追踪法计算出全部各颗导航卫星与卫星导航终端的多径传播路径，然后根据该路径计算时延和功率衰减。
第一种方案没有考虑到卫星导航终端所处的真实地理环境，仿真出来的多径信号无法真实测试评估出卫星导航终端的性能；第二种方案利用射线追踪法计算出全部多径传播路径，但是存在计算量大的缺陷，该方案算法复杂度与真实场景中三角面数量的平方成正比，在复杂环境比如城市环境中，一个场景中含有的三角面数量在十万到百万量级，如图1所示计算复杂环境的三角面的多径信号，对于复杂环境该方案计算量巨大，无法满足实时仿真计算的需求，因此射线追踪方案只适合场景简单或者计算实时性要求不高的应用场景。因此迫切需要一种高效的复杂环境多径信号的计算方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高效的复杂环境多径信号的计算方法，通过可视三角面集合求交的方式获得潜在的多径反射通路，减少三角面求交运算次数，从而满足多径信号的高效计算与仿真，具体采用以下技术方案：
一种高效的复杂环境多径信号的计算方法，包括以下步骤：
步骤S1：导入三维复杂场景，设定多径计算的边界条件；
步骤S2：根据场景中三角面的信息计算各三角面间的可视性，得到
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
个集合
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 89016DEST_PATH_IMAGE001
为场景中三角面的数量，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
为所有与第
Figure DEST_PATH_IMAGE004
个三角面
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
通视的三 角面集合；
步骤S3：根据任意一颗卫星信息和场景中三角面的信息，获取卫星与场景中三角 面的可视三角面集合
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
；根据用户载体信息与场景中三角面信息，获取用户载体信息与场 景中三角面信息的可视三角面集合
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
；
步骤S41：集合
Figure 380058DEST_PATH_IMAGE006
与
Figure 831899DEST_PATH_IMAGE007
的交集
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
为卫星与用户载体共同可 视的三角面集合，卫星经过
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
中的任意三角面后与用户载体连接，形成潜在的一次多径 反射路径；
步骤S5：根据用户载体位置、卫星位置和三角面
Figure 164791DEST_PATH_IMAGE005
信息，遍历计算集合
Figure 651267DEST_PATH_IMAGE009
中每 一个三角面
Figure 4888DEST_PATH_IMAGE005
的多径点；
步骤S6：若多径点位于三角面
Figure 6342DEST_PATH_IMAGE005
的围合区域内，则多径存在，并通过多径点计算生 成多径信号的参数。
进一步地，在步骤S1中，所述设定多径计算的边界条件包含多径计算总条数阈值或多径计算次数深度阈值；在步骤S2中，所述通视包括完全通视、部分可视。
进一步地，在步骤S41中还包括步骤S42：在集合
Figure 110302DEST_PATH_IMAGE006
中任意选取一个三角面
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
，则集合
Figure 310340DEST_PATH_IMAGE003
与
Figure 975807DEST_PATH_IMAGE007
的交集
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
，为与第i个三角面
Figure 995716DEST_PATH_IMAGE005
和用户载 体共同可视的三角面集合，卫星经过三角面
Figure 404832DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
中的任意三角面后与用户载体连接， 形成潜在的二次多径反射路径；遍历
Figure 459375DEST_PATH_IMAGE006
中所有的三角面，得到所有潜在的二次多径反射路 径；重复步骤S5~S6计算生成二次反射多径信号的参数。
进一步地，在步骤S42中还包括步骤S43：可在集合
Figure 623640DEST_PATH_IMAGE003
中任意选取一个三角面
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
,则集合
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
与
Figure 802949DEST_PATH_IMAGE007
的交集
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE015
为与第j个三角面
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
和用户载体 共同可视的三角面集合，卫星经过三角面
Figure 779870DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 829866DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE017
中的任意三角面后与用户载体连 接，形成潜在的三次多径反射路径；遍历
Figure 696190DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 159533DEST_PATH_IMAGE003
中的所有三角面组合，得到所有潜在的三 次多径反射路径；重复步骤S5~S6计算生成三次反射多径信号的参数。
进一步地，在步骤S43中还包括步骤S4Z：可在集合
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
中任意选取一个三角面
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE019
，在集合
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
中任意选取一个三角面
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE021
，依次类推，Z为大于或等于4的 整数，形成四次或四次以上的多径反射。
进一步地，对于二次多径反射的计算，在步骤S42中，变换三角面
Figure 582555DEST_PATH_IMAGE005
的选取顺序，在 集合
Figure 877270DEST_PATH_IMAGE007
中任意选取一个三角面
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE022
，则集合
Figure 288398DEST_PATH_IMAGE003
与
Figure 35774DEST_PATH_IMAGE006
的交集
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE023
，分别计算二次多径反射点。
进一步地，所述三角面
Figure 324804DEST_PATH_IMAGE005
信息还包括三角面材质系数信息。
进一步地，所述通过反射点计算生成多径信号的参数包含时间延迟。
进一步地，所述参数还包含功率衰减、相位延迟和多普勒频移。
进一步地，在步骤S5中，所述遍历计算还包括在CPU或者GPU中采用多线程的方式并行计算潜在多径三角面的多径点。
与现有技术相比，本发明的优点及积极效果在于：
1、复杂环境的多径信号计算效率高：本发明提出利用可视三角面集合求交集的方 式来减少三角面间的求交运算次数，在多径计算之前可通过对场景的预处理获得可视三角 面集合
Figure 411709DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 150994DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 995454DEST_PATH_IMAGE007
，在进行多径点计算时，只需对可视三角面集合
Figure 150491DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 419799DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 267669DEST_PATH_IMAGE007
进行相 关运算即可获得潜在的多径通路。然后再计算多径点，计算量大大降低，相比现有技术射线 追踪法计算出全部多径传播路径，本发明大大提高了多径计算效率，尤其适合复杂环境的 多径实时计算。
2、计算成本低：本发明计算量小，普通的CPU采用多线程方式运行计算就足够，GPU多线程计算方式，更进一步提高计算效率，可根据多径点生成高效的复杂环境多径信号，本发明计算既高效，其成本又低，又可实现高逼真。
附图说明
图1为现有技术的复杂计算示意图；
图2为本发明实施例的方法流程示意图；
图3为本发明实施例的通视示意图；
图4为本发明实施例的多径围合示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，本发明提供的一种高效的复杂环境多径信号的计算方法，图2示出了该实施例的方法流程示意图，包括：
一种高效的复杂环境多径信号的计算方法，包括以下步骤：
步骤S1：导入三维复杂场景，设定多径计算的边界条件；
具体在步骤S1中，多径计算的边界条件包含多径计算总条数阈值、多径计算深度次数阈值等。
步骤S2：根据场景中三角面的信息计算各三角面间的可视性，得到
Figure 865004DEST_PATH_IMAGE001
个集合
Figure 620470DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 416388DEST_PATH_IMAGE001
为场景中三角面的数量，
Figure 871378DEST_PATH_IMAGE003
为所有与第
Figure 18325DEST_PATH_IMAGE004
个三角面
Figure 577482DEST_PATH_IMAGE005
通视的三 角面集合；
步骤S3：根据任意一颗卫星信息和场景中三角面的信息，获取卫星与场景中三角 面的可视三角面集合
Figure 431169DEST_PATH_IMAGE006
；根据用户载体信息与场景中三角面信息，获取用户载体信息与场 景中三角面信息的可视三角面集合
Figure 355263DEST_PATH_IMAGE007
；
步骤S41：集合
Figure 51823DEST_PATH_IMAGE006
与
Figure 352355DEST_PATH_IMAGE007
的交集
Figure 326127DEST_PATH_IMAGE008
为卫星与用户载体共同可 视的三角面集合，卫星经过
Figure 421122DEST_PATH_IMAGE009
中的任意三角面后与用户载体连接，形成潜在的一次多径 反射路径；
步骤S5：根据用户载体位置、卫星位置和三角面
Figure 339399DEST_PATH_IMAGE005
信息，遍历计算集合
Figure 381305DEST_PATH_IMAGE009
中每 一个三角面
Figure 6321DEST_PATH_IMAGE005
的多径点；
步骤S6：若多径点位于三角面
Figure 600113DEST_PATH_IMAGE005
的围合区域内，则多径存在，并通过多径点计算生 成多径信号的参数。
具体在本步骤中，三角面
Figure 114009DEST_PATH_IMAGE005
信息包含三角面顶点信息；
在本实施例中，三角面
Figure 21922DEST_PATH_IMAGE005
信息还包含材质信息，包括反射系数信息、折射系数信息 等；
步骤S6：若多径点位于三角面
Figure 829341DEST_PATH_IMAGE005
的围合区域内，则多径存在，并通过多径点计算生 成多径信号的参数。
本实施例中，在步骤S1中，所述设定多径计算的边界条件包含多径计算总条数阈 值或多径计算次数深度阈值；在步骤S2中，所述通视包括完全通视、部分可视。如图3本发明 实施例的通视示意图所示，三角面信息在步骤S1中已预先获得；输入三角面A顶点及法线 为：A1、A2、A3及nA；输入三角面B顶点及法线为：B1、B2、B3及nB；将三角面A/B的顶点进行连 接，得到9条线段
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE024
；九条线段进行求交运算；判断，若AiBj均不 与其他三角面相交，则A/B完全通视，若相交，则进一步分为，当存在至少1条线段不与其他 三角面相交时，则部分可视，当存在9条线段与其他三角面相交，则不可通视，输出可视结 果。通过可视结果，得到
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE025
个集合
Figure 734980DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 565533DEST_PATH_IMAGE001
为场景中三角面的数量，
Figure 949241DEST_PATH_IMAGE003
为 所有与第
Figure 548850DEST_PATH_IMAGE004
个三角面
Figure 484444DEST_PATH_IMAGE005
通视的三角面集合。
具体在本实施例中，在步骤S3中，卫星信息不止包含卫星位置信息；当存在多个卫星时候，卫星信息还包含卫星数量信息、卫星星号信息；用户载体信息不止包含用户载体位置信息，当用户载体处于动态状态中，用户载体信息还包含用户载体姿态信息。
如图4本发明实施例的多径围合示意图所示，当用户载体位置R的镜像点在R1、R2 位置时，当卫星与R1的连线经过三角面
Figure 474397DEST_PATH_IMAGE005
的P点，即P点位于三角面
Figure 458534DEST_PATH_IMAGE005
的围合区域中，则该多 径存在，并通过该多径点P点计算生成多径信号的参数。
在另一实施例中，在步骤S41中还包括步骤S42：在集合
Figure 240545DEST_PATH_IMAGE006
中任意选取一个三角面
Figure 455363DEST_PATH_IMAGE010
，则集合
Figure 260508DEST_PATH_IMAGE003
与
Figure 110653DEST_PATH_IMAGE007
的交集
Figure 356957DEST_PATH_IMAGE011
，为与第i个三角面
Figure 572038DEST_PATH_IMAGE005
和用户载 体共同可视的三角面集合，卫星经过三角面
Figure 395638DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 924839DEST_PATH_IMAGE012
中的任意三角面后与用户载体连接， 形成潜在的二次多径反射路径；遍历
Figure 353546DEST_PATH_IMAGE006
中所有的三角面，得到所有潜在的二次多径反射路 径；重复步骤S5~S6计算生成二次反射多径信号的参数。
在另一实施例中，在步骤S42中还包括步骤S43：可在集合
Figure 801845DEST_PATH_IMAGE003
中任意选取一个三 角面
Figure 581582DEST_PATH_IMAGE013
，则集合
Figure 383316DEST_PATH_IMAGE014
与
Figure 728847DEST_PATH_IMAGE007
的交集
Figure 551309DEST_PATH_IMAGE015
为与第j个三角面
Figure 988982DEST_PATH_IMAGE016
和用户 载体共同可视的三角面集合，卫星经过三角面
Figure 922303DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 122340DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 787808DEST_PATH_IMAGE017
中的任意三角面后与用户载 体连接，形成潜在的三次多径反射路径；遍历
Figure 276558DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 810307DEST_PATH_IMAGE003
中的所有三角面组合，得到所有潜在 的三次多径反射路径；重复步骤S5~S6计算生成三次反射多径信号的参数。
在另一实施例中，在步骤S43中还包括步骤S4Z：可在集合
Figure 68113DEST_PATH_IMAGE018
中任意选取一个三角 面
Figure 904482DEST_PATH_IMAGE019
，在集合
Figure 677266DEST_PATH_IMAGE020
中任意选取一个三角面
Figure 155652DEST_PATH_IMAGE021
，依次类推，Z为大于或等于4 的整数，形成四次或四次以上的多径反射。
在另一实施例中，对于二次多径反射的计算，在步骤S42中，变换三角面
Figure 533544DEST_PATH_IMAGE005
的选取 顺序，在集合
Figure 39349DEST_PATH_IMAGE007
中任意选取一个三角面
Figure 502692DEST_PATH_IMAGE022
，则集合
Figure 378244DEST_PATH_IMAGE003
与
Figure 610642DEST_PATH_IMAGE006
的交集
Figure 523234DEST_PATH_IMAGE023
，分别计算二次多径反射点。
具体在本步骤中，通过反射点计算生成多径信号的参数包含时间延迟；通过计算出来的时间延迟，比现有技术中加一固定的时间延迟，多径信号要逼真的多，提高接收机性能测试的准确度、可信度、可靠度。
进一步地，多径信号的参数还包含功率衰减、相位延迟和多普勒频移，计算时间延迟，还计算出功率衰减、相位延迟和多普勒频移，也是更加提高多径信号的逼真度。
通过本发明的多径信号的参数，可生成逼真的多径信号。本发明是利用可视三角面集合求交的方式获得潜在的多径通路，然后再计算多径反射点或折射点，计算量大大降低，对于有遮挡，存在多用户载体/多卫星/用户载体动态变化等复杂环境中，相比现有技术遍历射线追踪法，大大提高了多径路径的计算效率，尤其适合复杂环境的多径信号计算。
本发明不同于现有技术的射线追踪法将所有的三角面引起的多径路径全部进行遍历计算，耗时耗力，且计算成本高，在复杂环境多径信号不是越精越好，而是越逼真越好，高逼真高效的复杂环境多径信号仿真才是检测接收机性能的关键。
在本实施例中，当多径为反射时，即多径点为反射点，三角面
Figure 536190DEST_PATH_IMAGE005
信息包括三角面顶 点信息、法线信息和反射系数，基于光线反射原理，已知用户载体位置、卫星位置和三角面
Figure 153116DEST_PATH_IMAGE005
信息，遍历计算
Figure DEST_PATH_IMAGE026
中每一个三角面的反射点；在计算处理步骤中：若反射点位于三角 面
Figure 708862DEST_PATH_IMAGE005
的围合区域内，则反射存在，并通过反射点计算生成多径信号的参数，多径信号的参数 包含功率衰减、时间延迟、相位延迟、多普勒频移。
在本实施例中，若一次多径通路条数少于设定的多径计算总条数阈值或多径计算 深度次数小于多径计算深度次数阈值时，可在集合
Figure 385831DEST_PATH_IMAGE006
中任意选取一个三角面
Figure 495869DEST_PATH_IMAGE010
， 则则集合
Figure 650907DEST_PATH_IMAGE003
与
Figure 920215DEST_PATH_IMAGE007
的交集
Figure 502506DEST_PATH_IMAGE011
，为与第i个三角面
Figure 332796DEST_PATH_IMAGE005
和用户载体共同可 视的三角面集合，卫星经过三角面
Figure 353842DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 415339DEST_PATH_IMAGE012
中的任意三角面后与用户载体连接，形成潜在 的二次多径反射路径；遍历
Figure 371793DEST_PATH_IMAGE006
中所有的三角面，得到所有潜在的二次多径反射路径；重复 步骤S5~S6计算生成二次反射多径信号的参数。
在以上实施例中，若一次多径通路总条数少于设定的多径计算总条数阈值或多径 计算深度次数小于多径计算深度次数阈值时，三角面
Figure 315479DEST_PATH_IMAGE005
的选取也可以从
Figure 812319DEST_PATH_IMAGE007
中选取，
Figure 666006DEST_PATH_IMAGE022
，则集合
Figure 855678DEST_PATH_IMAGE003
与
Figure 552239DEST_PATH_IMAGE006
的交集
Figure 852770DEST_PATH_IMAGE023
为与第i个三角面
Figure 295384DEST_PATH_IMAGE005
和卫星共同 可视的三角面集合，用户经过三角面
Figure 718275DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure DEST_PATH_IMAGE027
中的任意三角面后与卫星连接，形成潜在的 二次多径反射路径；遍历
Figure 10454DEST_PATH_IMAGE007
中所有的三角面，得到所有潜在的二次多径反射路径；重复步 骤S5~S6计算生成二次反射多径信号的参数。
在二次多径通路计算中，可以为两次反射、两次折射、先反射后折射或先折射后反射的二次多径通路。多径计算深度次数阈值为同一条多径通路中允许经过的三角面的最大数量。
在以上实施例中，三角面
Figure 849097DEST_PATH_IMAGE005
信息还包括三角面材质系数信息。不同的面，都有不同 的材质系数。进一步地，通过反射点或折射点计算生成多径信号的参数中还包含时间延迟。
在本实施例中，三角面
Figure 536430DEST_PATH_IMAGE005
信息还包含折射系数信息。同理，在另一实施例中，当多 径为折射时，多径点即为折射点，三角面
Figure 5589DEST_PATH_IMAGE005
信息包括三角面顶点信息，基于光线折射原理， 已知用户载体位置、卫星位置和三角面
Figure 348846DEST_PATH_IMAGE005
信息，遍历计算潜在多径三角面集合中每一个三 角面
Figure 53496DEST_PATH_IMAGE005
的折射点；若折射点位于三角面
Figure 736282DEST_PATH_IMAGE005
的围合区域内，则折射存在，并通过折射点计算生 成折射信号的仿真参数。
在以上实施例中，反射，折射次数都可以无数次，而且反射之后可能存在折射，或者折射之后可能存在反射，以此类推，还可能存在三次，四次，甚至无数次的反射或者折射，因此可以设定反射/折射次数的阈值，只要不超过预设的反射/折射阈值次数，都可以重复计算反射点/折射点，及通过反射点/折射点计算生成多径信号的参数，进而生成高效的复杂环境多径信号。并且不论是在纯反射多径中，还是反射之后再折射，还是折射之后再反射，都可以有多次现象，本发明均有所考虑，只需要设定多径的阈值次数即可。
综上所述，本发明计算量小，在步骤S5中，遍历计算还包括在CPU或者GPU中采用多线程的方式并行计算潜在多径三角面的多径点，普通的CPU采用多线程即可满足，对于复杂环境，高效生成多径信号，对于GPU的多线程，那就更进一步提高计算效率，实现高效仿真多径信号。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种高效的复杂环境多径信号的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：导入三维复杂场景，设定多径计算的边界条件；
步骤S2：根据场景中三角面的信息计算各三角面间的可视性，得到
Figure DEST_PATH_IMAGE001
个集合
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 280422DEST_PATH_IMAGE001
为场景中三角面的数量，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为所有与第
Figure DEST_PATH_IMAGE005
个三角面
Figure DEST_PATH_IMAGE006
通视的三角面集合；
步骤S3：根据任意一颗卫星信息和场景中三角面的信息，获取卫星与场景中三角面的可视三角面集合
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；根据用户载体信息与场景中三角面信息，获取用户载体信息与场景中三角面信息的可视三角面集合
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；
步骤S41：集合
Figure 181251DEST_PATH_IMAGE007
与
Figure 492147DEST_PATH_IMAGE008
的交集
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为卫星与用户载体共同可视的三角面集合，卫星经过
Figure DEST_PATH_IMAGE010
中的任意三角面后与用户载体连接，形成潜在的一次多径反射路径；
步骤S5：根据用户载体位置、卫星位置和三角面
Figure 480831DEST_PATH_IMAGE006
信息，遍历计算集合
Figure DEST_PATH_IMAGE011
中每一个三角面
Figure 360450DEST_PATH_IMAGE006
的多径点；
步骤S6：若多径点位于三角面
Figure 714071DEST_PATH_IMAGE006
的围合区域内，则多径存在，并通过多径点计算生成多径信号的参数。
2.根据权利要求1中所述的计算方法，其特征在于，在步骤S1中，所述设定多径计算的边界条件包含多径计算总条数阈值或多径计算次数深度阈值；在步骤S2中，所述通视包括完全通视、部分可视。
3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，在步骤S41中还包括步骤S42：在集合
Figure 512263DEST_PATH_IMAGE007
中任意选取一个三角面
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，则集合
Figure 773480DEST_PATH_IMAGE003
与
Figure 239096DEST_PATH_IMAGE008
的交集
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，为与第i个三角面
Figure 294777DEST_PATH_IMAGE006
和用户载体共同可视的三角面集合，卫星经过三角面
Figure 580265DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure DEST_PATH_IMAGE014
中的任意三角面后与用户载体连接，形成潜在的二次多径反射路径；遍历
Figure 379594DEST_PATH_IMAGE007
中所有的三角面，得到所有潜在的二次多径反射路径；重复步骤S5~S6计算生成二次反射多径信号的参数。
4.根据权利要求3中所述的计算方法，其特征在于，在步骤S42中还包括步骤S43：可在集合
Figure 434137DEST_PATH_IMAGE003
中任意选取一个三角面
Figure DEST_PATH_IMAGE015
,则集合
Figure DEST_PATH_IMAGE016
与
Figure 457457DEST_PATH_IMAGE008
的交集
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为与第j个三角面
Figure DEST_PATH_IMAGE018
和用户载体共同可视的三角面集合，卫星经过三角面
Figure 295487DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 101769DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure DEST_PATH_IMAGE019
中的任意三角面后与用户载体连接，形成潜在的三次多径反射路径；遍历
Figure 807557DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 673882DEST_PATH_IMAGE003
中的所有三角面组合，得到所有潜在的三次多径反射路径；重复步骤S5~S6计算生成三次反射多径信号的参数。
5.根据权利要求4中所述的计算方法，其特征在于，在步骤S43中还包括步骤S4Z：可在集合
Figure DEST_PATH_IMAGE020
中任意选取一个三角面
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，在集合
Figure DEST_PATH_IMAGE022
中任意选取一个三角面
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，依次类推，Z为大于或等于4的整数，形成四次或四次以上的多径反射。
6.根据权利要求3所述的计算方法，其特征在于，对于二次多径反射的计算，在步骤S42中，变换三角面
Figure 58596DEST_PATH_IMAGE006
的选取顺序，在集合
Figure 668569DEST_PATH_IMAGE008
中任意选取一个三角面
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，则集合
Figure 228863DEST_PATH_IMAGE003
与
Figure 531669DEST_PATH_IMAGE007
的交集
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，分别计算二次多径反射点。
7.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述三角面
Figure 535835DEST_PATH_IMAGE006
信息还包括三角面材质系数信息。
8.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述通过反射点计算生成多径信号的参数包含时间延迟。
9.根据权利要求8所述的计算方法，其特征在于，所述参数还包含功率衰减、相位延迟和多普勒频移。
10.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，在步骤S5中，所述遍历计算还包括在CPU或者GPU中采用多线程的方式并行计算潜在多径三角面的多径点。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101968898A (zh) * 2010-10-29 2011-02-09 中国科学院地理科学与资源研究所 一种全球三维地形显示方法
WO2011025721A1 (en) * 2009-08-24 2011-03-03 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Integrity monitor antenna systems for gps-based precision landing system verification
CN103338511A (zh) * 2013-05-28 2013-10-02 东南大学 一种基于三角形形态估计的wsn快速自定位方法
CN108957490A (zh) * 2018-06-22 2018-12-07 东南大学 基于高度角的多路径误差改正方法
US10451706B1 (en) * 2013-03-15 2019-10-22 Wiser Systems, Inc. Methods and systems for selecting the shortest path in a multi-path environment
CN112070894A (zh) * 2020-11-11 2020-12-11 湖南卫导信息科技有限公司 真实环境导航多径实时仿真方法、装置、介质及电子设备

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011025721A1 (en) * 2009-08-24 2011-03-03 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Integrity monitor antenna systems for gps-based precision landing system verification
CN101968898A (zh) * 2010-10-29 2011-02-09 中国科学院地理科学与资源研究所 一种全球三维地形显示方法
US10451706B1 (en) * 2013-03-15 2019-10-22 Wiser Systems, Inc. Methods and systems for selecting the shortest path in a multi-path environment
CN103338511A (zh) * 2013-05-28 2013-10-02 东南大学 一种基于三角形形态估计的wsn快速自定位方法
CN108957490A (zh) * 2018-06-22 2018-12-07 东南大学 基于高度角的多路径误差改正方法
CN112070894A (zh) * 2020-11-11 2020-12-11 湖南卫导信息科技有限公司 真实环境导航多径实时仿真方法、装置、介质及电子设备

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALEXANDER FRIDMAN 等: "Estimation of navigation signal carrier phase in multipath environment", 《2018 IEEE EAST-WEST DESIGN & TEST SYMPOSIUM》 *
蔡熙 等: "城市峡谷环境下GNSS卫星可见性快速预测方法", 《北京理工大学学报》 *

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