CN113297780A - 载体遮挡与多径信号的高速仿真方法、装置、介质及设备 - Google Patents

载体遮挡与多径信号的高速仿真方法、装置、介质及设备 Download PDF

Info

Publication number
CN113297780A
CN113297780A CN202110847232.0A CN202110847232A CN113297780A CN 113297780 A CN113297780 A CN 113297780A CN 202110847232 A CN202110847232 A CN 202110847232A CN 113297780 A CN113297780 A CN 113297780A
Authority
CN
China
Prior art keywords
multipath
carrier
angle
path
antenna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110847232.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113297780B (zh
Inventor
潘小海
杨波
李靖
苏雷晧
谢淳芳
段移易
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan Snr Information Technology Co ltd
Original Assignee
Hunan Snr Information Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan Snr Information Technology Co ltd filed Critical Hunan Snr Information Technology Co ltd
Priority to CN202110847232.0A priority Critical patent/CN113297780B/zh
Publication of CN113297780A publication Critical patent/CN113297780A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113297780B publication Critical patent/CN113297780B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/22—Multipath-related issues
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本申请公开了一种载体遮挡与多径信号的高速仿真方法、装置、介质及设备，所述方法包括步骤：设置载体地心坐标位置、姿态，并计算每个卫星和载体上所装天线当前时刻的地心坐标位置；根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的信号方向向量与映射关系计算所述信号方向向量对应的角度编号；通过所述角度编号，从加载到内存中的遮挡关系表格和多径关系表格中分别查找信号可见性和多径路径；根据所述信号可见性和多径路径获得对应卫星的通道控制数据发送给导航信号生成器的对应通道合成模拟导航信号；更新载体的位置和姿态、卫星当前时刻的位置，重复执行前述步骤，直到仿真结束。本申请提高了实时闭环导航模拟系统的更新率与实时性。

Description

载体遮挡与多径信号的高速仿真方法、装置、介质及设备
技术领域
本申请涉及卫星导航模拟技术领域，特别地，涉及一种载体遮挡与多径信号的高速仿真方法、装置、介质及设备。
背景技术
在卫星导航技术中，遮挡与多径效应产生的误差是定位误差的重要原因之一，因此，在导航信号模拟领域中，遮挡与多径的模拟具有重要的意义。
有些场景比如火箭、导弹、卫星的飞行模拟、飞机飞行模拟、汽车自动测试、自动驾驶等，需提供一种根据外部输入实时生成导航信号的半物理仿真系统，即实时闭环导航模拟系统，能以极低的时间延迟，根据外部输入的载体运动信息，生成对应的导航模拟信号；
特别是航空航天领域，一般都是大范围、高动态，因此实时闭环导航模拟对下列技术指标产生了非常高的要求:
低延迟,外部载体动态的改变与对应信号的输出延迟必须尽量小，例如10毫秒或更少；
高更新率,低延迟和载体高动态变化都要求模拟器在非常高的更新频率下运行，例如1000Hz；
在上述场景中，载体本身形状以及载体的姿态变化会对卫星信号产生非常大的影响：载体会遮挡某些方向的卫星直达信号，也会对信号进行反射而产生多径；特别是载体姿态变化例如飞机、导弹翻滚时，这种信号的遮挡、多径会随着载体姿态、卫星位置的变化而变化，甚至在某些情况下所有卫星信号都被遮挡，若不能模拟这些场景，则在模拟系统中得到的结果会与真实环境下显著不同。
因此，对载体的遮挡与多径模拟能显著的提高系统的模拟真实度，有着重要的意义；而在实时闭环中模拟遮挡与多径是非常有挑战性的任务，低延迟与高更新率的技术指标对其计算耗时提出下列要求：
1、每次更新，遮挡与多径的计算耗时必须远小于1/更频率（遮挡与多径耗时不能占光所有时间）, 例如在1000Hz更新率下，耗时必须远小于1毫秒，若计算耗时接近或超过此值，则信号输出延迟必然持续快速增加并立即产生信号中断；
2、每次更新的计算耗时需要较高的稳定性，即计算耗时方差较小，并与具体场景无关，例如不依赖于模型的复杂度。
实时闭环导航信号模拟已有相关技术和专利，但在实时闭环导航信号模拟中实现载体遮挡与多径仿真，当前并没有相关技术资料或专利；
专利CN202011251049.6提供了一种真实环境导航多径实时仿真方法、装置、介质及电子设备，该专利的方法能达到100Hz的更新率，并且计算耗时与场景复杂度有着很高的关联度，在耗时与稳定性方面，达不到高动态实时闭环模拟的1000Hz更新率的要求；
综上所述，现有技术在导航多径模拟中难以实现实时、高更新率计算。
发明内容
本申请一方面提供了一种载体遮挡与多径信号的高速仿真方法，以解决现有导航多径模拟中难以实现实时、高更新率计算的技术问题。
本申请采用的技术方案如下：
一种载体遮挡与多径信号的高速仿真方法，包括步骤：
通过设定的轨迹或者外部实时输入的轨迹设置载体地心坐标位置、姿态，并计算每个卫星和载体上所装天线当前时刻的地心坐标位置；
根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的信号方向向量，将所述信号方向向量转换到载体局部坐标系后，根据角度编号与空间每一个俯仰角、方位角的映射关系计算所述信号方向向量对应的角度编号；
通过所述角度编号，从加载到内存中的遮挡关系表格和多径关系表格中分别查找信号可见性和多径路径，其中，所述遮挡关系表格和多径关系表格分别预先存储有所有角度编号对应的信号方向向量与载体所有三角形网格的遮挡关系和多径关系；
根据所述信号可见性和多径路径分别计算对应卫星的直达通道的功率开关以及多径通道的伪距、功率开关和功率衰减作为控制数据发送给导航信号生成器的对应通道合成模拟导航信号；
按设定的仿真更新频率更新载体的位置和姿态、卫星当前时刻的位置，重复执行前述步骤，直到仿真结束。
进一步地，所述遮挡关系表格和多径关系表格的生成过程包括步骤：
建立载体和天线的数据模型，构建方位角、俯仰角与方向向量之间的转换关系，将载体放入预设的载体局部坐标系后，转换成三角形网格列表并设置每个三角形网格的反射系数f kr 、透射系数f kt 、折射率v kt ，接着设置天线的载体局部坐标；
将空间每一个俯仰角、方位角与角度编号建立映射关系，根据所述转换关系和所述映射关系得到包括若干探测射线向量的探测向量集；
根据天线类型在所述天线上设定采样点，分别计算所述探测向量集中所有探测射线向量与载体所有三角形网格的遮挡关系、多径关系得到所述采样点的遮挡关系表格和多径关系表格，所述遮挡关系表格和多径关系表格均以所述角度编号为索引。
进一步地，构建方位角、俯仰角与方向向量之间的转换关系，包括步骤：
构建直角坐标系Oxyz，O为原点，xyz构成左手坐标系；
构建方位角、俯仰角与方向向量之间的转换关系，其中：
Figure 88353DEST_PATH_IMAGE001
表示方向向量
Figure 508970DEST_PATH_IMAGE002
转换到方位角θ、俯仰角φ；
Figure 168490DEST_PATH_IMAGE003
表示方位角θ、俯仰角φ转换到方向向量
Figure 16361DEST_PATH_IMAGE002
；
进一步地，所述将空间每一个俯仰角、方位角与角度编号建立映射关系，根据所述转换关系和所述映射关系得到包括若干探测射线向量的探测向量集，包括步骤：
建立角度编号映射到俯仰角、方位角的映射关系：
(θ，φ) =Index2Angle(i，j)
其中，θ∈[-π，π)，φ∈[-π/2，π/2)，i 和j均为整数形式的角度编号，i∈[0,N)，j∈[0,N/2)，N为预定义的角度分割数量，控制计算精度；
建立俯仰角、方位角映射到角度编号的映射关系：
(i，j)= Angle2Index (θ，φ)；
计算探测向量集：
Figure 879274DEST_PATH_IMAGE004
},
Figure 103582DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 617609DEST_PATH_IMAGE006
为探测向量集中角度编号(i，j)所对应的探测射线向量。
进一步地，根据天线类型在所述天线上设定采样点，计算所述探测向量集中所有探测射线向量与载体所有三角形网格的遮挡关系得到所述采样点的遮挡关系表格，具体包括：
根据天线类型设定天线采样点P S ；
建立遮挡关系表格Tablevisible(i，j)表示角度编号(i，j)方向射入天线采样点PS的信号是否被载体网格遮挡；
对探测向量集中的所有探测射线向量
Figure 901960DEST_PATH_IMAGE006
，以
Figure 252170DEST_PATH_IMAGE007
为射线起点，采样点PS为射线终点，计算探测射线向量
Figure 14590DEST_PATH_IMAGE006
与载体所有三角形网格正面的交点，若探测射线向量
Figure 383123DEST_PATH_IMAGE006
与载体任意三角形网格有交点，则将遮挡关系表格Tablevisible(i，j)中相应表格元素内容设置为0表示遮挡状态，否则设置为1表示非遮挡状态。
进一步地，根据天线类型在所述天线上设定采样点，计算所述探测向量集中所有探测射线向量与载体所有三角形网格的多径关系得到所述采样点的多径关系表格，具体包括：
根据天线类型设定天线采样点P S ；
建立多径表格Table multi_path (i，j)表示角度编号(i，j)方向的所有多径集合，表格元素表示为：{多径路径1∪多径路径2∪… …} ，其中多径路径表示为：
{(路径点1,系数1), (路径点2,系数2),… …},其中，路径点为载体局部坐标系下的坐标点，系数为对应点的反射或透射系数，在透射多径中，系数为透射点的透射系数，在反射多径中，系数为反射点的反射系数，多径表格Table multi_path (i，j)的初始值为空；
将探测向量集中的所有探测射线向量
Figure 838375DEST_PATH_IMAGE006
以采样点PS为起点，对所有透射系数大于0的三角形网格判断探测射线向量与三角形网格背面的相交情况，若有三角形网格相交，则取第一个和探测射线向量相交的三角形网格，并计算探测射线向量和所述三角形网格的交点P k ，探测射线向量与所述交点相交之后发生透射且射出的射线方向为
Figure 675881DEST_PATH_IMAGE008
，其中，
Figure 241992DEST_PATH_IMAGE008
满足:
Figure 462102DEST_PATH_IMAGE009
,
Figure 88255DEST_PATH_IMAGE010
为三角形网格法线方向,
Figure 413057DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 517279DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 673454DEST_PATH_IMAGE010
在同一平面内；
判断路径
Figure 923039DEST_PATH_IMAGE011
之间是否被其他三角形网格遮挡，若被遮挡，则此路径为无效透射路径，否则为有效透射路径，继续进行计算；
根据转换关系计算透射射入方向的角度为
Figure 531875DEST_PATH_IMAGE012
，根据映射关系将所得角度映射到角度编号(i，j)= Angle2Index (θ，φ), 最后将有效透射路径并入到多径表格Table multi_path (i，j)；
将探测向量集中的所有探测射线向量
Figure 643050DEST_PATH_IMAGE006
以采样点PS为起点，对所有反射系数大于0的三角形网格判断探测射线向量与三角形网格正面的相交情况，若有三角形网格相交，则取第一个和探测射线向量相交的三角形网格，并计算探测射线向量和所述三角形网格的交点坐标为P1，取该交点所在三角形网格的反射系数为fr1，探测射线向量在三角形表面反射之后的反射方向为
Figure 653732DEST_PATH_IMAGE013
；
得到反射点P1、反射方向
Figure 808638DEST_PATH_IMAGE013
之后，以反射点P1为射线起点，
Figure 904770DEST_PATH_IMAGE013
为射线方向，重复路径跟踪流程，直到无法继续反射或者超过最大限定反射次数为止，从而得到一系列反射点(P1, P2, …, P m )、系列反射点对应的反射系数，最后反射的反射方向为
Figure 350795DEST_PATH_IMAGE014
；
判断路径
Figure 153666DEST_PATH_IMAGE015
之间是否有三角形网格遮挡，若被遮挡，则此路径为无效路径，否则为有效路径，继续进行计算，其中，
Figure 292523DEST_PATH_IMAGE016
表示最后反射射线上离载体足够远的点，
Figure 328481DEST_PATH_IMAGE017
*D max 用于保证该点一定在载体三角形网格外接包；
根据转换关系计算最后反射的反射方向
Figure 578197DEST_PATH_IMAGE014
对应的角度为
Figure 501154DEST_PATH_IMAGE018
，接着根据映射关系将角度(θ，φ)映射到角度编号(i，j)= Angle2Index (θ，φ)，最后将所得的反射多径路径并入多径表格Table multi_path (i，j)。
进一步地，根据天线类型在所述天线上设定采样点时，
若天线类型为点状，取天线中心点为采样点，且只计算一次遮挡关系表格和多径关系表格；
若天线类型为球状或者网格，则在球体表面或网格表面均匀取S个采样点，然后分别对每一个采样点计算遮挡关系表格和多径关系表格，接着将每个采样点的遮挡关系表格和多径关系表格中对应角度编号的元素合并作为当前天线最终的遮挡关系表格和多径关系表格。
本申请另一方面还提供了一种载体遮挡与多径信号的高速仿真装置，包括：
位置获取模块，用于通过设定的轨迹或者外部实时输入的轨迹设置载体地心坐标位置、姿态，并计算每个卫星和载体上所装天线的当前时刻的地心坐标位置；
角度编号计算模块，用于根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的信号方向向量，将所述信号方向向量转换到载体局部坐标系后，根据角度编号与空间每一个俯仰角、方位角的映射关系计算所述信号方向向量对应的角度编号；
表格查询模块，用于通过所述角度编号，从加载到内存中的遮挡关系表格和多径关系表格中分别查找信号可见性和多径路径，其中，所述遮挡关系表格和多径关系表格分别预先存储有所有角度编号对应的信号方向向量与载体所有三角形网格的遮挡关系和多径关系；
模拟导航信号生成模块，用于根据所述可见性和多径路径分别计算对应卫星的直达通道的功率开关以及多径通道的伪距、功率开关和功率衰减作为控制数据发送给信号生成器的对应通道合成模拟导航信号；
周期推进模块，按设定的仿真更新频率更新载体的位置和姿态、卫星当前时刻的位置，重复执行前述步骤，直到仿真结束。
本申请另一方面还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述载体遮挡与多径信号的高速仿真方法的步骤。
本申请另一方面还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行所述的载体遮挡与多径信号的高速仿真方法的步骤。
本申请具有以下有益效果：
本申请提供了一种载体遮挡与多径信号的高速仿真方法、装置、介质及电子设备，所述方法在获取信号遮挡和多径时，只需要将卫星、载体和天线的位置经过相关的映射得到角度编号后，即可从预先生成的遮挡关系表格和多径关系表格中分别查找信号可见性和多径路径，由于遮挡、多径数据已经预先算好并存于表格，因此获取过程为内存的数据寻址，计算时只需根据角度编号快速定位数据，加上矩阵变换、路径距离与功率衰减计算，大幅降低了计算耗时且每次计算的耗时稳定无波动，因此计算耗时在整个过程中基本可以忽略不计，对更新率和信号延迟没有影响，将此方法应用于实时闭环导航模拟领域，可支持模拟器以1000Hz或更高更新率计算卫星信号的遮挡与多径，实现了实时闭环导航模拟的低延迟(10毫秒或更少)、高更新率(1000Hz)，可满足高更新率实时闭环载体遮挡与多径模拟需求。此方法也可用于非实时导航模拟或者其他需要高速计算载体遮挡与多径的场合。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本申请作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请实施例提供的一种实施环境的示意图；
图2是本申请优选实施例的载体遮挡与多径信号的高速仿真方法流程示意图。
图3是本申请优选实施例中遮挡关系表格和多径关系表格的生成步骤示意图。
图4是本申请优选实施例中载体三角形网格与天线安装示意图。
图5是本申请优选实施例中构建方位角、俯仰角与方向向量之间的转换关系步骤示意图。
图6是本申请优选实施例中直角坐标系与方向、角度转换示意图。
图7是本申请优选实施例中步骤S12的子步骤示意图。
图8是本申请优选实施例中步骤S13的子步骤示意图。
图9是本申请优选实施例中天线的遮挡表格结构示意图。
图10是本申请优选实施例所得的天线的遮挡表格数据在球面坐标显示下的图形化显示示意图。
图11是本申请优选实施例所得的天线的遮挡表格数据在平面坐标显示下的图形化显示示意图。
图12是本申请优选实施例中天线的多径表格结构示意图。
图13是本申请优选实施例所得的天线的多径表格数据在球面坐标显示下的图形化显示示意图。
图14是本申请优选实施例所得的天线的多径表格数据在平面坐标显示下的图形化显示示意图。
图15是本申请优选实施例的载体遮挡与多径信号的高速仿真装置示意框图。
图16是本申请优选实施例的电子设备实体示意框图。
图17是本申请优选实施例的计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是本申请实施例提供的一种实施环境的示意图，参见图1，该实施环境包括：第一设备、第二设备和被测系统，三者形成实时闭环测试。可选地，第一设备是平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、服务器等，但并不局限于此。第二设备是导航信号生成器，被测系统一般是导航接收设备与实时轨迹生成设备。
其中，第一设备和第二设备可以通过有线或无线通信方式进行直接或间接地连接，本申请在此不做限制。
参照图2，本申请的优选实施例提供了一种载体遮挡与多径信号的高速仿真方法，包括步骤：
S1、通过设定的轨迹或者外部实时输入的轨迹设置载体地心坐标位置、姿态，并计算每个卫星和载体上所装天线当前时刻的地心坐标位置。
S2、根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的信号方向向量，将所述信号方向向量转换到载体局部坐标系后，根据角度编号与空间每一个俯仰角、方位角的映射关系计算所述信号方向向量对应的角度编号。
S3、通过所述角度编号，从加载到内存中的遮挡关系表格和多径关系表格中分别查找信号可见性和多径路径，其中，所述遮挡关系表格和多径关系表格分别预先存储有所有角度编号对应的信号方向向量与载体所有三角形网格的遮挡关系和多径关系。
S4、根据所述信号可见性和多径路径分别计算对应卫星的直达通道的功率开关以及多径通道的伪距、功率开关和功率衰减作为控制数据发送给导航信号生成器的对应通道合成模拟导航信号。
S5、按设定的仿真更新频率更新载体的位置和姿态、卫星当前时刻的位置，重复执行前述步骤，直到仿真结束。
本实施例提供了一种载体遮挡与多径信号的高速仿真方法，本实施例设载体上的天线为信号接收端，天线的尺寸足够小；另有一个信号发射源，如卫星，发射的电磁波的频率为高频，载体和发射源的位置、姿态根据时序连续变化，且发射源到载体的距离远远大于载体本身的尺寸。
本实施例将需模拟的载体的遮挡关系表格和多径关系表格载入内存；设置卫星轨道参数；仿真系统与外部载体轨迹输入设备建立连接，以便实时获取外部轨迹输入；每个卫星分配一个直达通道和C m个多径通道，设定仿真更新频率；对每一次仿真更新，首先获取外部轨迹最新的载体地心坐标、姿态；在地心坐标系中，以载体的姿态建立旋转变换矩阵M,使
Figure 810912DEST_PATH_IMAGE019
即M把ECEF坐标下的向量
Figure 71517DEST_PATH_IMAGE020
转换到载体局部坐标系Oxyz；同时计算天线中心位置地心坐标为R；
本实施例设卫星的地心坐标为S, 则地心坐标为S的卫星与地心坐标为R的天线之间的对应的信号方向向量为
Figure 593765DEST_PATH_IMAGE021
, 将信号方向向量先转换为载体局部坐标系，再将信号方向向量转换为方位角、俯仰角:
Figure 383047DEST_PATH_IMAGE023
，最后计算角度编号：
(i s ，j s )= Angle2Index (θs，φs)
接着，通过角度编号(i s ，j s )，从遮挡关系表格中索引信号可见性: Tablevisible(i s ，j s )；如果Tablevisible(i s ，j s )为1, 则卫星直达信号功率打开，否则卫星直达信号功率关闭，并用来控制信号生成器对应卫星的直达通道的伪距和功率开关；
通过角度编号(i s ，j s )，从多径关系表格中获取多径路径Table multi_path (i s ，j s ) ，设：
Table multi_path (i s ，j s )={多径路径1∪多径路径2…∪多径路径n};
如果n>C m，则只取前面C m条多径路径，后面的路径忽略；如果n<C m ，则大于n的多径通道功率设定为关闭状态；
对每一个多径路径 i ，计算伪距和功率衰减，并用来控制信号生成器对应卫星的多径通道 i 的伪距和功率衰减，其中，各多径路径 i 的路径距离与功率衰减的计算方式如下：
设：
多径路径 i ={(路径点1，系数1)∪(路径点2，系数2)∪……(路径点m，系数m)}；
其中路径点已经从Oxyz转换到了地心坐标系，路径距离
Figure 675488DEST_PATH_IMAGE024
；
Figure 719536DEST_PATH_IMAGE025
+天线方向图衰减；
每一次仿真更新，将直达功率开关、多径功率开关、伪距、功率衰减等通道控制数据发送到信号生成器的对应通道，信号生成器合成对应的模拟导航信号；重复上述过程直到仿真结束。
综上所述，上述实施例在获取信号遮挡和多径时，只需要将卫星、载体和天线的位置经过相关的映射得到角度编号后，即可从预先生成的遮挡关系表格和多径关系表格中分别查找信号可见性和多径路径，由于遮挡、多径数据已经预先算好并存于表格，因此获取过程为内存的数据寻址，计算时只需根据角度编号快速定位数据，加上矩阵变换、路径距离与功率衰减计算，大幅降低了计算耗时且每次计算的耗时稳定无波动，因此计算耗时在整个过程中基本可以忽略不计，对更新率和信号延迟没有影响，将此方法应用于实时闭环导航模拟领域，可支持模拟器以1000Hz或更高更新率计算卫星信号的遮挡与多径，实现了实时闭环导航模拟的低延迟(10毫秒或更少)、高更新率(1000Hz)，可满足高更新率实时闭环载体遮挡与多径模拟需求。此方法也可用于非实时导航模拟或者其他需要高速计算载体遮挡与多径的场合。
如图3所示，在本申请的优选实施例中，所述遮挡关系表格和多径关系表格的生成过程包括步骤：
S11、建立载体和天线的数据模型，构建方位角、俯仰角与方向向量之间的转换关系，将载体放入预设的载体局部坐标系后，转换成三角形网格列表并设置每个三角形网格的反射系数f kr 、透射系数f kt 、折射率v kt ，接着设置天线的载体局部坐标。
如图4所示，载体模型所有属性被表示为三角形网格集合:
T={(t k , f kr , f kt , v kt )|k∈{1,2,3…,网格三角形数量}}，其中t k 表示一个三角形，三角形正面为法线方向，f kr 为此三角形表示的模型表面的反射系数，f kr >0时三角形网格表面会反射，f kt 为透视系数，f kt >0时三角形网格表面会透射; f kr , f kt ∈[0,1]；v kt 表示透射的折射率；载体模型载入之后，转换成三角形网格列表，设置载体每个三角形的反射系数、透射系数、折射率；载体三角形网格越精细，效果越好，其中，载体三角形网格数量多少不影响仿真计算的耗时，只影响表格生成的耗时；接着统计所有三角形与坐标原点O的最大距离为D max ；最后在载体上放置天线，天线中心的局部坐标为P ant ，同一个载体可放置多个天线；天线可设置为点状天线、球状天线，或者为特定网格模型。
S12、将空间每一个俯仰角、方位角与角度编号建立映射关系，根据所述转换关系和所述映射关系得到包括若干探测射线向量的探测向量集；
S13、根据天线类型在所述天线上设定采样点，分别计算所述探测向量集中所有探测射线向量与载体所有三角形网格的遮挡关系、多径关系得到所述采样点的遮挡关系表格和多径关系表格，所述遮挡关系表格和多径关系表格均以所述角度编号为索引。
如图5所示，在本申请的优选实施例中，构建方位角、俯仰角与方向向量之间的转换关系，包括步骤：
S110、构建直角坐标系Oxyz，O为原点，xyz构成左手坐标系；
S111、构建方位角θ、俯仰角φ与方向向量之间的转换关系，其中：
Figure 413822DEST_PATH_IMAGE026
表示方向向量
Figure 3067DEST_PATH_IMAGE027
转换到方位角θ、俯仰角φ；
Figure 48383DEST_PATH_IMAGE028
表示方位角θ、俯仰角φ转换到方向向量
Figure 630543DEST_PATH_IMAGE027
。
如图6所示，在构建的Oxyz坐标系中，
Figure 179336DEST_PATH_IMAGE029
为
Figure 408323DEST_PATH_IMAGE030
轴方向单位向量，
Figure 675356DEST_PATH_IMAGE031
为
Figure 592366DEST_PATH_IMAGE032
轴方向单位向量，
Figure 261244DEST_PATH_IMAGE033
为
Figure 661133DEST_PATH_IMAGE034
轴方向单位向量，建立方位角、俯仰角与空间向量的转换时，
Figure 415462DEST_PATH_IMAGE035
表示方向向量
Figure 418053DEST_PATH_IMAGE027
对应的方位角θ、俯仰角φ，具体计算方式如下：
Figure 125460DEST_PATH_IMAGE036
，当
Figure 289725DEST_PATH_IMAGE027
在
Figure 469033DEST_PATH_IMAGE030
轴投影为正时
Figure 9736DEST_PATH_IMAGE037
，否则
Figure 387628DEST_PATH_IMAGE038
;
Figure 175324DEST_PATH_IMAGE039
，当
Figure 638666DEST_PATH_IMAGE027
在
Figure 920743DEST_PATH_IMAGE032
轴投影为正时
Figure 418721DEST_PATH_IMAGE040
，否则
Figure 111739DEST_PATH_IMAGE041
;
Figure 327957DEST_PATH_IMAGE042
表示方位角为θ度、俯仰角为φ度对应的方向向量
Figure 600675DEST_PATH_IMAGE027
，计算方式如下：
向量
Figure 218738DEST_PATH_IMAGE033
绕x轴旋转φ度，再绕y轴旋转θ度之后的单位向量；
如图7所示，在本申请的优选实施例中，所述将空间每一个俯仰角、方位角与角度编号建立映射关系，根据所述转换关系和所述映射关系得到包括若干探测射线向量的探测向量集，包括步骤：
S121、建立角度编号映射到俯仰角φ、方位角θ的映射关系：
(θ，φ) =Index2Angle(i，j)
其中:
θ∈[-π，π)，θ=-π+2π/N*(i+0.5)，φ∈[-π/2，π/2），φ=-π/2+2π/N*(i+0.5)， i为整数且i∈[0,N），j为整数且j∈[0,N/2），N为预定义的角度分割数量，用于控制计算精度，可采用等间隔映射方式；
S122、建立俯仰角φ、方位角θ映射到角度编号的映射关系：
(i，j)= Angle2Index (θ，φ)
i为整数且i∈[0,N），j为整数且j∈[0,N/2），同时：
i=floor(N*(θ+π)/2π)；
j=floor(N/2*(θ+π/2)/π)；
N控制计算精度，例如可设置为720，N越大计算精度越高，N的数量多少不影响仿真计算的耗时，只影响表格生成的耗时与表格大小；
S123、计算探测向量集：
Figure 895707DEST_PATH_IMAGE043
},
Figure 271325DEST_PATH_IMAGE044
其中，
Figure 957521DEST_PATH_IMAGE045
为探测向量集中角度编号(i，j)所对应的探测射线向量。
如图8所示，在本申请的优选实施例中，根据天线类型在所述天线上设定采样点，计算所述探测向量集中所有探测射线向量与载体所有三角形网格的遮挡关系得到所述采样点的遮挡关系表格，具体包括：
S131、根据天线类型设定天线采样点P S ；
S132、建立遮挡关系表格Tablevisible(i，j)表示角度编号(i，j)方向射入天线采样点PS的信号是否被载体网格遮挡，表格结构如图9所示；
S133、对探测向量集中的所有探测射线向量
Figure 164512DEST_PATH_IMAGE045
，以
Figure 467842DEST_PATH_IMAGE046
为射线起点，采样点PS为射线终点，计算探测射线向量
Figure 393072DEST_PATH_IMAGE045
与载体所有三角形网格正面的交点，若探测射线向量
Figure 555063DEST_PATH_IMAGE045
与载体任意三角形网格有交点，则将遮挡关系表格Tablevisible(i，j)中相应表格元素内容设置为0表示遮挡状态，否则设置为1表示非遮挡状态。
图10和图11分别为所得的天线的遮挡表格数据在球面坐标显示和平面坐标显示下的图形化显示示意图，其中，深色部分表示此方向的信号被载体遮挡，可见，上述实施例中的遮挡表格能够准确反映信号到采样点的遮挡情况。
在本申请的优选实施例中，根据天线类型在所述天线上设定采样点，计算所述探测向量集中所有探测射线向量与载体所有三角形网格的多径关系得到所述采样点的多径关系表格，具体包括：
S131、根据天线类型设定天线采样点P S ；
S132、建立多径表格Table multi_path (i，j)表示角度编号(i，j)方向的所有多径集合，表格元素表示为：{多径路径1∪多径路径2∪… …} ，其中多径路径表示为：
{(路径点1,系数1), (路径点2,系数2),… …},其中，路径点为载体局部坐标系下的坐标点，系统为对应点的反射或透射系数，在透射多径中，系统为透射点的透射系数，在反射多径中，系统为反射点的反射系数，多径表格Table multi_path (i，j)的初始值为空，表格结构如图12所示；
S133、将探测向量集中的所有探测射线向量
Figure 882139DEST_PATH_IMAGE045
以采样点PS为起点，对所有透射系数大于0的三角形网格判断探测射线向量与三角形网格背面的相交情况，若有三角形网格相交，则取第一个和探测射线向量相交的三角形网格，并计算探测射线向量和所述三角形网格的交点P k ，探测射线向量与所述交点相交之后发生透射且射出的射线方向为
Figure 353441DEST_PATH_IMAGE047
，其中，
Figure 500388DEST_PATH_IMAGE047
满足:
Figure 466070DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure 647653DEST_PATH_IMAGE049
为三角形网格法线方向,
Figure 289856DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 392941DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 959052DEST_PATH_IMAGE049
在同一平面内；
S134、判断路径
Figure 995141DEST_PATH_IMAGE050
之间是否被其他三角形网格遮挡，若被遮挡，则此路径为无效透射路径，否则为有效透射路径，继续进行计算；
S135、根据转换关系计算透射射入方向的角度为
Figure 558977DEST_PATH_IMAGE051
，根据映射关系将所得角度映射到角度编号(i，j)= Angle2Index (θ，φ), 最后将有效透射路径并入到多径表格Table multi_path (i，j)；
S136、将探测向量集中的所有探测射线向量
Figure 680517DEST_PATH_IMAGE045
以采样点PS为起点，对所有反射系数大于0的三角形网格判断探测射线向量与三角形网格正面的相交情况，若有三角形网格相交，则取第一个和探测射线向量相交的三角形网格，并计算探测射线向量和所述三角形网格的交点坐标为P1，取该交点所在三角形网格的反射系数为fr1，探测射线向量在三角形表面反射之后的反射方向为
Figure 237269DEST_PATH_IMAGE052
；
S137、得到反射点P1、反射方向
Figure 393444DEST_PATH_IMAGE052
之后，以反射点P1为射线起点，
Figure 128182DEST_PATH_IMAGE052
为射线方向，重复路径跟踪流程，直到无法继续反射或者超过最大限定反射次数为止，从而得到一系列反射点(P1, P2, …, P m )、系列反射点对应的反射系数，最后反射的反射方向为
Figure 737018DEST_PATH_IMAGE053
；
S138、判断路径
Figure 852389DEST_PATH_IMAGE054
之间是否有三角形网格遮挡，若被遮挡，则此路径为无效路径，否则为有效路径，继续进行计算，其中，
Figure 863071DEST_PATH_IMAGE055
表示最后反射射线上离载体足够远的点，
Figure 768710DEST_PATH_IMAGE017
*D max 用于保证该点一定在载体三角形网格外接包；
S139、根据转换关系计算最后反射的反射方向
Figure 864842DEST_PATH_IMAGE053
对应的角度为
Figure 28976DEST_PATH_IMAGE056
，接着根据映射关系将角度(θ，φ)映射到角度编号(i，j)= Angle2Index (θ，φ)，最后将所得的反射多径路径并入多径表格Table multi_path (i，j)。
图13和图14分别为所得的天线的多径表格数据在球面坐标显示和平面坐标显示下的图形化显示示意图，其中，深色部分表示此方向的信号会在天线上形成多径，可见，上述实施例中的多径表格能够准确反映信号到采样点的多径情况。
经上述步骤，本实施例得到天线采样点PS上任意角度编号的遮挡关系表格Tablevisible(i，j)与多径表格多径表格Table multi_path (i，j)；上述计算中，运算量最大的地方为三角形网格求交点运算，可通过GPU并行运算加速。
对多径表格Table multi_path (i，j)中的每一个元素进行下列处理：对这一个元素的所有多径路径根据相对功率衰减由小到大排序，其好处是在后续仿真时，当多径路径数量大于多径信号生成通道的情况下，可根据功率衰减排序快速忽略较小功率的多径路径。
将上述实施例所得的表格数据存于内存或文件，以便后续计算调用，存储在内存中的组织方式要便于通过角度编号(i,j)快速索引，即内存中的数据存储为可通过索引快速获取，例如可存储为一维或者二维数组, 这样可通过角度编号直接获取编号对应的数组元素。
具体地，根据天线类型在所述天线上设定采样点时，若天线类型为点状，取天线中心点为采样点，且只计算一次遮挡关系表格和多径关系表格；
若天线类型为球状或者网格，则在球体表面或网格表面均匀取S个采样点，然后遍历各采样点，分别对每一个采样点计算遮挡关系表格和多径关系表格，S的大小可以根据模拟精度进行调整；接着将每个采样点的遮挡关系表格和多径关系表格中对应角度编号的元素合并作为当前天线最终的遮挡关系表格和多径关系表格，合并时需消除相同的路径。
同一个载体上可安装多个天线，每一个天线可生成一份表格数据，当载体网格发生变化或者天线位置、姿态变化时，需重新生成表格数据。
如图15所示，本申请的优选实施例还提供了一种载体遮挡与多径信号的高速仿真装置，包括：
位置获取模块，用于通过设定的轨迹或者外部实时输入的轨迹设置载体地心坐标位置、姿态，并计算每个卫星和载体上所装天线的当前时刻的地心坐标位置；
角度编号计算模块，用于根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的信号方向向量，将所述信号方向向量转换到载体局部坐标系后，根据角度编号与空间每一个俯仰角、方位角的映射关系计算所述信号方向向量对应的角度编号；
表格查询模块，用于通过所述角度编号，从加载到内存中的遮挡关系表格和多径关系表格中分别查找信号可见性和多径路径，其中，所述遮挡关系表格和多径关系表格分别预先存储有所有角度编号对应的信号方向向量与载体所有三角形网格的遮挡关系和多径关系；
模拟导航信号生成模块，用于根据所述可见性和多径路径分别计算对应卫星的直达通道的功率开关以及多径通道的伪距、功率开关和功率衰减作为控制数据发送给信号生成器的对应通道合成模拟导航信号；
周期推进模块，按设定的仿真更新频率更新载体的位置和姿态、卫星当前时刻的位置，重复执行前述步骤，直到仿真结束。
本实施例提供了一种载体遮挡与多径信号的高速仿真装置，所述装置在获取信号遮挡和多径时，只需要将卫星、载体和天线的位置经过相关的映射得到角度编号后，即可从预先生成的遮挡关系表格和多径关系表格中分别查找信号可见性和多径路径，由于遮挡、多径数据已经预先算好并存于表格，因此获取过程为内存的数据寻址，计算时只需根据角度编号快速定位数据，加上矩阵变换、路径距离与功率衰减计算，大幅降低了计算耗时且每次计算的耗时稳定无波动，因此计算耗时在整个过程中基本可以忽略不计，对更新率和信号延迟没有影响，将此方法应用于实时闭环导航模拟领域，可支持模拟器以1000Hz或更高更新率计算卫星信号的遮挡与多径，实现了实时闭环导航模拟的低延迟(10毫秒或更少)、高更新率(1000Hz)，可满足高更新率实时闭环载体遮挡与多径模拟需求。此方法也可用于非实时导航模拟或者其他需要高速计算载体遮挡与多径的场合。
上述仿真装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
如图16所示，本申请的优选实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例中的载体遮挡与多径信号的高速仿真方法。
如图17所示，本申请的优选实施例还提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端或活体检测服务器，其内部结构图可以如图17所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的其他计算机设备通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现上述载体遮挡与多径信号的高速仿真方法。
本领域技术人员可以理解，图17中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
本申请的优选实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行上述实施例中的载体遮挡与多径信号的高速仿真方法。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本实施例方法所述功能若以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个或者多个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备（可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM， Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM， Random Access Memory），磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种载体遮挡与多径信号的高速仿真方法，其特征在于，包括步骤：
通过设定的轨迹或者外部实时输入的轨迹设置载体地心坐标位置、姿态，并计算每个卫星和载体上所装天线当前时刻的地心坐标位置；
根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的信号方向向量，将所述信号方向向量转换到载体局部坐标系后，根据角度编号与空间每一个俯仰角、方位角的映射关系计算所述信号方向向量对应的角度编号；
通过所述角度编号，从加载到内存中的遮挡关系表格和多径关系表格中分别查找信号可见性和多径路径，其中，所述遮挡关系表格和多径关系表格分别预先存储有所有角度编号对应的信号方向向量与载体所有三角形网格的遮挡关系和多径关系；
根据所述信号可见性和多径路径分别计算对应卫星的直达通道的功率开关以及多径通道的伪距、功率开关和功率衰减作为通道控制数据发送给导航信号生成器的对应通道合成模拟导航信号；
按设定的仿真更新频率更新载体的位置和姿态、卫星当前时刻的位置，重复执行前述步骤，直到仿真结束。
2.根据权利要求1所述的载体遮挡与多径信号的高速仿真方法，其特征在于，所述遮挡关系表格和多径关系表格的生成过程包括步骤：
建立载体和天线的数据模型，构建方位角、俯仰角与方向向量之间的转换关系，将载体放入预设的载体局部坐标系后，转换成三角形网格列表并设置每个三角形网格的反射系数f kr 、透射系数f kt 、折射率v kt ，接着设置天线的载体局部坐标；
将空间每一个俯仰角、方位角与角度编号建立映射关系，根据所述转换关系和所述映射关系得到包括若干探测射线向量的探测向量集；
根据天线类型在所述天线上设定采样点，分别计算所述探测向量集中所有探测射线向量与载体所有三角形网格的遮挡关系、多径关系得到所述采样点的遮挡关系表格和多径关系表格，所述遮挡关系表格和多径关系表格均以所述角度编号为索引。
3.根据权利要求2所述的载体遮挡与多径信号的高速仿真方法，其特征在于，构建方位角、俯仰角与方向向量之间的转换关系，包括步骤：
构建直角坐标系Oxyz，O为原点，xyz构成左手坐标系；
构建方位角、俯仰角与方向向量之间的转换关系，其中：
Figure 814755DEST_PATH_IMAGE001
表示方向向量
Figure 997474DEST_PATH_IMAGE002
转换到方位角θ、俯仰角φ；
Figure 183736DEST_PATH_IMAGE003
表示方位角θ、俯仰角φ转换到方向向量
Figure 844525DEST_PATH_IMAGE002
。
4.根据权利要求3所述的载体遮挡与多径信号的高速仿真方法，其特征在于，所述将空间每一个俯仰角、方位角与角度编号建立映射关系，根据所述转换关系和所述映射关系得到包括若干探测射线向量的探测向量集，包括步骤：
建立角度编号映射到俯仰角、方位角的映射关系：
(θ，φ) =Index2Angle(i，j)
其中，θ∈[-π，π)，φ∈[-π/2，π/2)，i 和j均为整数形式的角度编号，i∈[0,N)，j∈[0,N/2)，N为预定义的角度分割数量，控制计算精度；
建立俯仰角、方位角映射到角度编号的映射关系：
(i，j)= Angle2Index (θ，φ)；
计算探测向量集：
Figure 190055DEST_PATH_IMAGE004
},
Figure 153463DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 951655DEST_PATH_IMAGE006
为探测向量集中角度编号(i，j)所对应的探测射线向量。
5.根据权利要求4所述的载体遮挡与多径信号的高速仿真方法，其特征在于，根据天线类型在所述天线上设定采样点，计算所述探测向量集中所有探测射线向量与载体所有三角形网格的遮挡关系得到所述采样点的遮挡关系表格，具体包括：
根据天线类型设定天线采样点P S ；
建立遮挡关系表格Tablevisible(i，j)表示角度编号(i，j)方向射入天线采样点PS的信号是否被载体网格遮挡；
对探测向量集中的所有探测射线向量
Figure 416134DEST_PATH_IMAGE006
，以
Figure 491538DEST_PATH_IMAGE007
为射线起点，采样点PS为射线终点，计算探测射线向量
Figure 750481DEST_PATH_IMAGE006
与载体所有三角形网格正面的交点，若探测射线向量
Figure 770389DEST_PATH_IMAGE006
与载体任意三角形网格有交点，则将遮挡关系表格Tablevisible(i，j)中相应表格元素内容设置为0表示遮挡状态，否则设置为1表示非遮挡状态。
6.根据权利要求4所述的载体遮挡与多径信号的高速仿真方法，其特征在于，根据天线类型在所述天线上设定采样点，计算所述探测向量集中所有探测射线向量与载体所有三角形网格的多径关系得到所述采样点的多径关系表格，具体包括：
根据天线类型设定天线采样点P S ；
建立多径表格Table multi_path (i，j)表示角度编号(i，j)方向的所有多径集合，表格元素表示为：{多径路径1∪多径路径2∪… …} ，其中多径路径表示为：
{(路径点1,系数1), (路径点2,系数2),… …},其中，路径点为载体局部坐标系下的坐标点，系数为对应点的反射或透射系数，在透射多径中，系数为透射点的透射系数，在反射多径中，系数为反射点的反射系数，多径表格Table multi_path (i，j)的初始值为空；
将探测向量集中的所有探测射线向量
Figure 648347DEST_PATH_IMAGE006
以采样点PS为起点，对所有透射系数大于0的三角形网格判断探测射线向量与三角形网格背面的相交情况，若有三角形网格相交，则取第一个和探测射线向量相交的三角形网格，并计算探测射线向量和所述三角形网格的交点P k ，探测射线向量与所述交点相交之后发生透射且射出的射线方向为
Figure 702890DEST_PATH_IMAGE008
，其中，
Figure 398314DEST_PATH_IMAGE008
满足:
Figure 780885DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 321588DEST_PATH_IMAGE011
为三角形网格法线方向,
Figure 230638DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 972329DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 966830DEST_PATH_IMAGE012
在同一平面内；
判断路径
Figure 311223DEST_PATH_IMAGE013
之间是否被其他三角形网格遮挡，若被遮挡，则此路径为无效透射路径，否则为有效透射路径，继续进行计算；
根据转换关系计算透射射入方向的角度为
Figure 74780DEST_PATH_IMAGE014
，根据映射关系将所得角度映射到角度编号(i，j)= Angle2Index (θ，φ), 最后将有效透射路径并入到多径表格Table multi_path (i，j)；
将探测向量集中的所有探测射线向量
Figure 252952DEST_PATH_IMAGE006
以采样点PS为起点，对所有反射系数大于0的三角形网格判断探测射线向量与三角形网格正面的相交情况，若有三角形网格相交，则取第一个和探测射线向量相交的三角形网格，并计算探测射线向量和所述三角形网格的交点坐标为P1，取该交点所在三角形网格的反射系数为fr1，探测射线向量在三角形表面反射之后的反射方向为
Figure 469169DEST_PATH_IMAGE015
；
得到反射点P1、反射方向
Figure 617254DEST_PATH_IMAGE015
之后，以反射点P1为射线起点，
Figure 376262DEST_PATH_IMAGE015
为射线方向，重复路径跟踪流程，直到无法继续反射或者超过最大限定反射次数为止，从而得到一系列反射点(P1, P2,…, P m )、系列反射点对应的反射系数，最后反射的反射方向为
Figure 584390DEST_PATH_IMAGE016
；
判断路径
Figure 287904DEST_PATH_IMAGE017
之间是否有三角形网格遮挡，若被遮挡，则此路径为无效路径，否则为有效路径，继续进行计算，其中，
Figure 849466DEST_PATH_IMAGE018
表示最后反射射线上离载体足够远的点，
Figure 587615DEST_PATH_IMAGE019
*D max 用于保证该点一定在载体三角形网格外接包；
根据转换关系计算最后反射的反射方向
Figure 966644DEST_PATH_IMAGE016
对应的角度为
Figure 298399DEST_PATH_IMAGE020
，接着根据映射关系将角度(θ，φ)映射到角度编号(i，j)= Angle2Index (θ，φ)，最后将所得的反射多径路径并入多径表格Table multi_path (i，j)。
7.根据权利要求2所述的载体遮挡与多径信号的高速仿真方法，其特征在于，根据天线类型在所述天线上设定采样点时，
若天线类型为点状，取天线中心点为采样点，且只计算一次遮挡关系表格和多径关系表格；
若天线类型为球状或者网格，则在球体表面或网格表面均匀取S个采样点，然后分别对每一个采样点计算遮挡关系表格和多径关系表格，接着将每个采样点的遮挡关系表格和多径关系表格中对应角度编号的元素合并作为当前天线最终的遮挡关系表格和多径关系表格。
8.一种载体遮挡与多径信号的高速仿真装置，其特征在于，包括：
位置获取模块，用于通过设定的轨迹或者外部实时输入的轨迹设置载体地心坐标位置、姿态，并计算每个卫星和载体上所装天线的当前时刻的地心坐标位置；
角度编号计算模块，用于根据卫星和天线当前时刻的地心坐标位置计算卫星与天线之间的信号方向向量，将所述信号方向向量转换到载体局部坐标系后，根据角度编号与空间每一个俯仰角、方位角的映射关系计算所述信号方向向量对应的角度编号；
表格查询模块，用于通过所述角度编号，从加载到内存中的遮挡关系表格和多径关系表格中分别查找信号可见性和多径路径，其中，所述遮挡关系表格和多径关系表格分别预先存储有所有角度编号对应的信号方向向量与载体所有三角形网格的遮挡关系和多径关系；
模拟导航信号生成模块，用于根据所述可见性和多径路径分别计算对应卫星的直达通道的功率开关以及多径通道的伪距、功率开关和功率衰减作为控制数据发送给信号生成器的对应通道合成模拟导航信号；
周期推进模块，按设定的仿真更新频率更新载体的位置和姿态、卫星当前时刻的位置，重复执行前述步骤，直到仿真结束。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7中任一项所述载体遮挡与多径信号的高速仿真方法的步骤。
10.一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其特征在于，
在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行如权利要求1至7中任一项所述的载体遮挡与多径信号的高速仿真方法的步骤。
CN202110847232.0A 2021-07-27 2021-07-27 载体遮挡与多径信号的高速仿真方法、装置、介质及设备 Active CN113297780B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110847232.0A CN113297780B (zh) 2021-07-27 2021-07-27 载体遮挡与多径信号的高速仿真方法、装置、介质及设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110847232.0A CN113297780B (zh) 2021-07-27 2021-07-27 载体遮挡与多径信号的高速仿真方法、装置、介质及设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113297780A true CN113297780A (zh) 2021-08-24
CN113297780B CN113297780B (zh) 2021-10-12

Family

ID=77331040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110847232.0A Active CN113297780B (zh) 2021-07-27 2021-07-27 载体遮挡与多径信号的高速仿真方法、装置、介质及设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113297780B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113872715A (zh) * 2021-12-06 2021-12-31 成都市以太节点科技有限公司 一种多径信号仿真方法、系统、电子设备及存储介质

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1141543A (zh) * 1995-06-06 1997-01-29 环球星有限合伙人公司 使用多个扩频网关天线的多卫星中继器容量加载
US20040208236A1 (en) * 2003-04-15 2004-10-21 Fenton Patrick C. Apparatus for and method of making pulse-shape measurements
US7026992B1 (en) * 2005-03-31 2006-04-11 Deere & Company Method for configuring a local positioning system
DE102008019823A1 (de) * 2008-04-19 2009-10-29 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objekts anhand von Navigationssignalen
WO2011095064A1 (zh) * 2010-02-08 2011-08-11 电信科学技术研究院 闭环多天线系统发送/接收信息的方法及装置
US20130162468A1 (en) * 2011-12-23 2013-06-27 Lg Electronics Inc. Mobile terminal and positioning satellites selecting method thereof
CN105158775A (zh) * 2015-07-18 2015-12-16 西安电子科技大学 卫星定位的方法和装置
CN105204036A (zh) * 2015-09-15 2015-12-30 太原理工大学 一种基于抑制多径信号的跟踪环路设计方法
CN105652292A (zh) * 2014-11-19 2016-06-08 香港理工大学 一种gps多径效应改正定位方法和系统
CN105785412A (zh) * 2016-03-03 2016-07-20 东南大学 一种基于gps和北斗双星座的车辆快速优化选星定位方法
CN106383343A (zh) * 2016-09-14 2017-02-08 电子科技大学 一种基于滑窗移相的多通道相参检测方法
CN106646537A (zh) * 2016-12-29 2017-05-10 湖南国科微电子股份有限公司 一种抗多径的gnss快速选星方法及装置
US20190293803A1 (en) * 2018-03-22 2019-09-26 Thales Multi-antenna device for the rejection of multi-paths in a satellite navigation system and associated method
CN111198389A (zh) * 2018-11-19 2020-05-26 华为技术有限公司 一种定位方法及电子设备
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 (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1141543A (zh) * 1995-06-06 1997-01-29 环球星有限合伙人公司 使用多个扩频网关天线的多卫星中继器容量加载
US20040208236A1 (en) * 2003-04-15 2004-10-21 Fenton Patrick C. Apparatus for and method of making pulse-shape measurements
US7026992B1 (en) * 2005-03-31 2006-04-11 Deere & Company Method for configuring a local positioning system
DE102008019823A1 (de) * 2008-04-19 2009-10-29 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objekts anhand von Navigationssignalen
WO2011095064A1 (zh) * 2010-02-08 2011-08-11 电信科学技术研究院 闭环多天线系统发送/接收信息的方法及装置
US20130162468A1 (en) * 2011-12-23 2013-06-27 Lg Electronics Inc. Mobile terminal and positioning satellites selecting method thereof
CN105652292A (zh) * 2014-11-19 2016-06-08 香港理工大学 一种gps多径效应改正定位方法和系统
CN105158775A (zh) * 2015-07-18 2015-12-16 西安电子科技大学 卫星定位的方法和装置
CN105204036A (zh) * 2015-09-15 2015-12-30 太原理工大学 一种基于抑制多径信号的跟踪环路设计方法
CN105785412A (zh) * 2016-03-03 2016-07-20 东南大学 一种基于gps和北斗双星座的车辆快速优化选星定位方法
CN106383343A (zh) * 2016-09-14 2017-02-08 电子科技大学 一种基于滑窗移相的多通道相参检测方法
CN106646537A (zh) * 2016-12-29 2017-05-10 湖南国科微电子股份有限公司 一种抗多径的gnss快速选星方法及装置
US20190293803A1 (en) * 2018-03-22 2019-09-26 Thales Multi-antenna device for the rejection of multi-paths in a satellite navigation system and associated method
CN111198389A (zh) * 2018-11-19 2020-05-26 华为技术有限公司 一种定位方法及电子设备
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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113872715A (zh) * 2021-12-06 2021-12-31 成都市以太节点科技有限公司 一种多径信号仿真方法、系统、电子设备及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN113297780B (zh) 2021-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112070894B (zh) 真实环境导航多径实时仿真方法、装置、介质及电子设备
CN103715512B (zh) 用于共址和多径干扰减少的共形主动反射阵列
Jeng Near-field scattering by physical theory of diffraction and shooting and bouncing rays
US10656259B2 (en) Method for determining trajectories of moving physical objects in a space on the basis of sensor data of a plurality of sensors
CN109471080A (zh) 基于simulink的高速平台雷达回波信号模拟系统
US20090102701A1 (en) Systems and methods for space-time radar imaging
CN113297780B (zh) 载体遮挡与多径信号的高速仿真方法、装置、介质及设备
CN108919260A (zh) 用于mimo阵列的相移偏移成像方法及装置
CN109597076A (zh) 用于地基合成孔径雷达的数据处理方法及装置
CN113777603A (zh) 海洋和电离层一体化探测接收系统控制及信号处理系统
CN109839633B (zh) 基于最小覆盖空域的机载预警雷达的多帧检测前跟踪方法
CN113158485B (zh) 近场条件下电大尺寸目标的电磁散射仿真方法
Martin et al. The Design and Implementation of a Ray-tracing Algorithm for Signal-level Pulsed Radar Simulation Using the NVIDIA® OptiXTM Engine.
CN116634358A (zh) 终端定位方法、装置及非易失性存储介质
CN115021800B (zh) 使用无人机查找Ka频段卫星终端的方法、装置和电子设备
CN113435069B (zh) 用于卫星导航模拟的天线方向图仿真方法、装置及设备
CN115963451A (zh) 基于极化特性自适应阵元选择的同时多波束雷达的波束驻留调度方法
Schüβler et al. Achieving Efficient and Realistic Full-Radar Simulations and Automatic Data Annotation by Exploiting Ray Meta Data from a Radar Ray Tracing Simulator
CN111382830A (zh) 一种基于混合粒子群算法的信号到达角度估计方法和装置
Latger et al. Millimeter waves sensor modeling and simulation
CN113671500B (zh) 一种无人机载双基地sar高频运动误差补偿方法
Farrell et al. CoIR: Compressive Implicit Radar
CN112731318B (zh) 单/双站动态复杂目标回波模拟方法及实现
Yilmaz Radar Sensor Plugin for Game Engine Based Autonomous Vehicle Simulators
Barrios et al. Radio Frequency Propagation and Performance Assessment Suite (RFPPAS)

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant