CN117970382B - 一种gnss仿真测试方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种GNSS仿真测试方法及系统。方法包括：针对陆地表面的坡度非零的目标区域，基于所述目标区域的陆地表面的陆表参数信息及误差因素信息，确定GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟参数；获取GNSS卫星模拟器基于所述路径延迟参数向待测GNSS接收机输出的目标直射信号和目标反射信号；基于目标直射信号和目标反射信号，测试得到所述待测GNSS接收机的测试高度；基于测试高度和用户输入的基于直射信号与反射信号的伪距差计算的模拟高度，确定待测GNSS接收机的高度测试结果。本申请可以避免陆表因素和误差因素导致镜面反射点的测量位置和高度估算出现较大的误差的问题，提升复杂地形中的测高精度。
Description
技术领域
本申请涉及仿真测试技术领域，尤其涉及一种GNSS仿真测试方法及系统。
背景技术
当前研究主要集中在湖泊和海洋这类地表粗糙度较低、地形变化较小的反射面上。在这些环境中，坡度和坡向通常被认为是零，意味着GNSS（Global NavigationSatellite System）卫星和接收机的镜面反射点位于相对平滑的表面上。然而，在陆地地表地貌和地物中，坡度和坡向通常不为零。这些地貌特征对GNSS-R（Global NavigationSatellite System Reflectometry，全球导航卫星系统反射测量技术）中镜面反射点的位置有显著影响，因为坡度（地面与水平面的夹角）和坡向（地面的倾斜方向）会改变反射信号的路径，进而影响镜面反射点的准确位置。在地形复杂的区域，如山地或倾斜地表，这些因素可能导致镜面反射点的测量位置和高度估算出现较大的误差。
发明内容
本申请实施例提供一种GNSS仿真测试方法及系统，以解决相关技术中在地形复杂的区域，如山地或倾斜地表，这些因素可能导致镜面反射点的测量位置和高度估算出现较大的误差的问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供了一种GNSS仿真测试方法，应用于GNSS仿真测试系统，所述方法包括：
针对陆地表面的坡度非零的目标区域，基于所述目标区域的陆地表面的陆表参数信息及误差因素信息，确定GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟参数；
获取GNSS卫星模拟器基于所述路径延迟参数向待测GNSS接收机输出的目标直射信号和目标反射信号；
基于所述目标直射信号和所述目标反射信号，测试得到所述待测GNSS接收机的测试高度；
基于所述测试高度和用户输入的基于直射信号与反射信号的伪距差计算的模拟高度，确定所述待测GNSS接收机的高度测试结果。
可选地，所述基于所述目标区域的陆地表面的陆表参数信息及误差因素信息，确定GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟参数，包括：
基于所述目标区域的陆地表面的坡度参数和坡向参数，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值；
基于所述目标区域内的所述待测GNSS接收机的误差因素信息，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的误差参数；
基于所述路径延迟差值和所述误差参数，确定所述路径延迟参数。
可选地，所述基于所述目标区域的陆地表面的坡度参数和坡向参数，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值，包括：
基于所述目标区域的陆地表面的数字高程模型，计算得到所述陆地表面的坡度参数和坡向参数，其中，所述坡度参数用于指示所述陆地表面与水平面之间的夹角参数，所述坡向参数用于指示所述陆地表面的下坡方向与正北方向之间的夹角参数；
确定所述陆地表面对应的初始信号反射点，所述初始信号反射点用于指示在平坦地表条件下直射信号与反射信号的路径长度之和最短的位置点；
基于所述坡度参数、所述坡向参数和所述初始信号反射点，确定目标信号反射点；
根据所述初始信号反射点和所述目标信号反射点分别对应的直射信号和反射信号，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值。
可选地，所述基于所述坡度参数、所述坡向参数和所述初始信号反射点，确定目标信号反射点，包括：
获取所述待测GNSS接收机的第一位置参数、所述GNSS卫星的第二位置参数和所述初始信号反射点的第三位置参数；
基于所述坡度参数、所述坡向参数和所述初始信号反射点，确定第一方向向量；
对所述第一方向向量进行标准化处理，得到标准化向量；
基于所述第一位置参数和所述第三位置参数，确定所述待测GNSS接收机与所述初始信号反射点之间的第二方向向量；
获取所述第二方向向量在所述初始信号反射点所在方向向量上的投影向量；
基于所述投影向量和所述第一位置参数，计算得到所述待测GNSS接收机相对于所述陆地表面所处平面对称的目标位置点；
基于所述第二位置参数和所述目标位置点的位置参数，确定所述GNSS卫星与所述目标位置点之间的第三方向向量；
基于所述初始信号反射点和所述第一方向向量，确定第一直线，并基于所述目标位置点和所述第三方向向量，确定第二直线；
获取所述第一直线与所述第二直线的交点，并将该交点作为所述目标信号反射点。
可选地，所述根据所述初始信号反射点和所述目标信号反射点分别对应的直射信号和反射信号，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值，包括：
获取所述初始信号反射点对应的第一直射信号和第一反射信号；
计算得到所述第一直射信号与所述第一反射信号之间的第一伪距差；
获取所述目标信号反射点对应的第二直射信号和第二反射信号；
计算得到所述第二直射信号与所述第二反射信号之间的第二伪距差；
基于所述第一伪距差和所述第二伪距差之间的差值，确定所述目标区域内的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值。
可选地，所述计算得到所述第一直射信号与所述第一反射信号之间的第一伪距差，包括：
基于所述第一直射信号的发射时间和接收时间，计算得到所述第一直射信号对应的第一信号路径长度；
基于所述第一反射信号的发射时间和接收时间，计算得到所述第一反射信号对应的第二信号路径长度；
基于所述第一信号路径长度和所述第二信号路径长度之间的距离差值，确定所述第一直射信号与所述第一反射信号之间的第一伪距差。
可选地，所述基于所述目标区域内的所述待测GNSS接收机的误差因素信息，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的误差参数，包括：
基于所述待测GNSS接收机与所述GNSS卫星的电磁波传播路径上的电子总量、及载波频率，确定电离层误差参数；
基于所述待测GNSS接收机对应的直射路径和反射路径在对流层中的传播路径参数，确定对流层误差参数；
基于所述待测GNSS接收机的射频器件的器件参数，确定硬件延迟误差参数；
基于装载所述待测GNSS接收机的无人机的姿态参数和所述待测GNSS接收机的参考位置信息，确定质心高度校正误差参数；
基于所述待测GNSS接收机对应的直射天线相位中心和反射天线相位中心，确定天线基线校正误差参数；
将所述电离层误差参数、所述对流层误差参数、所述硬件延迟误差参数、所述质心高度校正误差参数和所述天线基线校正误差参数作为所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的误差参数。
可选地，所述基于所述路径延迟差值和所述误差参数，确定所述路径延迟参数，包括：
计算得到所述路径延迟差值、所述电离层误差参数、所述对流层误差参数、所述硬件延迟误差参数、所述质心高度校正误差参数和所述天线基线校正误差参数的和值，得到参数的和值；
将所述参数的和值作为所述路径延迟参数。
可选地，所述基于所述目标直射信号和所述目标反射信号，测试得到所述待测GNSS接收机的测试高度，包括：
获取所述目标直射信号和所述目标反射信号之间的目标伪距差；
基于所述目标伪距差和所述GNSS卫星模拟器的仰角，计算得到所述待测GNSS接收机的测试高度。
可选地，在所述基于所述目标直射信号和所述目标反射信号，测试得到所述待测GNSS接收机的测试高度之后，还包括：
获取所述GNSS卫星模拟器的模拟器数据信息；
在预置界面内显示所述模拟器数据信息和所述测试高度；
其中，所述模拟器数据信息包括：所述GNSS卫星模拟器的星空图信息、速度信息、信号强度信息。
第二方面，本申请实施例提供了一种GNSS仿真测试系统，所述系统包括：控制计算机、GNSS卫星模拟器、待测GNSS接收机和上位机，其中，
所述控制计算机，用于针对陆地表面的坡度非零的目标区域，基于所述目标区域的陆地表面的陆表参数信息及误差因素信息，确定GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟参数；
所述待测GNSS接收机，用于获取GNSS卫星模拟器基于所述路径延迟参数输出的目标直射信号和目标反射信号，并基于所述目标直射信号和所述目标反射信号，测试得到自身的测试高度；
所述上位机，用于基于所述测试高度和用户输入的基于直射信号与反射信号的伪距差计算的模拟高度，确定所述待测GNSS接收机的高度测试结果。
可选地，所述控制计算机，具体用于基于所述目标区域的陆地表面的坡度参数和坡向参数，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值；
基于所述目标区域内的所述待测GNSS接收机的误差因素信息，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的误差参数；
基于所述路径延迟差值和所述误差参数，确定所述路径延迟参数。
可选地，所述控制计算机，具体用于基于所述目标区域的陆地表面的数字高程模型，计算得到所述陆地表面的坡度参数和坡向参数，其中，所述坡度参数用于指示所述陆地表面与水平面之间的夹角参数，所述坡向参数用于指示所述陆地表面的下坡方向与正北方向之间的夹角参数；
确定所述陆地表面对应的初始信号反射点，所述初始信号反射点用于指示在平坦地表条件下直射信号与反射信号的路径长度之和最短的位置点；
基于所述坡度参数、所述坡向参数和所述初始信号反射点，确定目标信号反射点；
根据所述初始信号反射点和所述目标信号反射点分别对应的直射信号和反射信号，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值。
可选地，所述控制计算机，具体用于获取所述待测GNSS接收机的第一位置参数、所述GNSS卫星的第二位置参数和所述初始信号反射点的第三位置参数；
基于所述坡度参数、所述坡向参数和所述初始信号反射点，确定第一方向向量；
对所述第一方向向量进行标准化处理，得到标准化向量；
基于所述第一位置参数和所述第三位置参数，确定所述待测GNSS接收机与所述初始信号反射点之间的第二方向向量；
获取所述第二方向向量在所述初始信号反射点所在方向向量上的投影向量；
基于所述投影向量和所述第一位置参数，计算得到所述待测GNSS接收机相对于所述陆地表面所处平面对称的目标位置点；
基于所述第二位置参数和所述目标位置点的位置参数，确定所述GNSS卫星与所述目标位置点之间的第三方向向量；
基于所述初始信号反射点和所述第一方向向量，确定第一直线，并基于所述目标位置点和所述第三方向向量，确定第二直线；
获取所述第一直线与所述第二直线的交点，并将该交点作为所述目标信号反射点。
可选地，所述控制计算机，具体用于获取所述初始信号反射点对应的第一直射信号和第一反射信号；
计算得到所述第一直射信号与所述第一反射信号之间的第一伪距差；
获取所述目标信号反射点对应的第二直射信号和第二反射信号；
计算得到所述第二直射信号与所述第二反射信号之间的第二伪距差；
基于所述第一伪距差和所述第二伪距差之间的差值，确定所述目标区域内的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值。
可选地，所述控制计算机，具体用于基于所述第一直射信号的发射时间和接收时间，计算得到所述第一直射信号对应的第一信号路径长度；
基于所述第一反射信号的发射时间和接收时间，计算得到所述第一反射信号对应的第二信号路径长度；
基于所述第一信号路径长度和所述第二信号路径长度之间的距离差值，确定所述第一直射信号与所述第一反射信号之间的第一伪距差。
可选地，所述控制计算机，具体用于基于所述待测GNSS接收机与所述GNSS卫星的电磁波传播路径上的电子总量、及载波频率，确定电离层误差参数；
基于所述待测GNSS接收机对应的直射路径和反射路径在对流层中的传播路径参数，确定对流层误差参数；
基于所述待测GNSS接收机的射频器件的器件参数，确定硬件延迟误差参数；
基于装载所述待测GNSS接收机的无人机的姿态参数和所述待测GNSS接收机的参考位置信息，确定质心高度校正误差参数；
基于所述待测GNSS接收机对应的直射天线相位中心和反射天线相位中心，确定天线基线校正误差参数；
将所述电离层误差参数、所述对流层误差参数、所述硬件延迟误差参数、所述质心高度校正误差参数和所述天线基线校正误差参数作为所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的误差参数。
可选地，所述控制计算机，具体计算得到所述路径延迟差值、所述电离层误差参数、所述对流层误差参数、所述硬件延迟误差参数、所述质心高度校正误差参数和所述天线基线校正误差参数的和值，得到参数的和值；将所述参数的和值作为所述路径延迟参数。
可选地，所述待测GNSS接收机，具体用于获取所述目标直射信号和所述目标反射信号之间的目标伪距差；
基于所述目标伪距差和所述GNSS卫星模拟器的仰角，计算得到自身的测试高度。
可选地，所述上位机，还用于获取所述GNSS卫星模拟器的模拟器数据信息；在预置界面内显示所述模拟器数据信息和所述测试高度；
其中，所述模拟器数据信息包括：所述GNSS卫星模拟器的星空图信息、速度信息、信号强度信息。
在本申请实施例中，针对陆地表面的坡度非零的目标区域，基于目标区域的陆地表面的陆表参数信息及误差因素信息，确定GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟参数。获取GNSS卫星模拟器基于路径延迟参数向待测GNSS接收机输出的目标直射信号和目标反射信号。基于目标直射信号和目标反射信号，测试得到待测GNSS接收机的测试高度。基于测试高度和用户输入的基于直射信号与反射信号伪距差计算的模拟高度，确定待测GNSS接收机的高度测试结果。本申请实施例通过预先整合真实地表参数（如坡度、坡向等），实现对复杂陆地地形的精准模拟和测量，同时将陆表参数和误差因素转换成模拟器中可以调整的延迟差参数，能够避免陆表因素和误差因素导致镜面反射点的测量位置和高度估算出现较大的误差的问题，提升了复杂地形中的测高精度。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种GNSS仿真测试方法的步骤流程图；
图2为本申请实施例提供的一种GNSS-R测高几何模型原理的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种反射面坡度为0的反射信号几何模型的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种反射面坡度非0的反射几何模型的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种水平地表条件下的GNSS-R测高几何关系原理的示意图；
图6为本申请实施例提供的一种坡度坡向非0的GNSS-R测高几何模型的示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种坡度坡向非0的GNSS-R测高几何模型的示意图；
图8为本申请实施例提供的一种路径延迟参数计算流程的示意图；
图9为本申请实施例提供的一种GNSS-R地基闭环反射模拟的误差模型的示意图；
图10为本申请实施例提供的一种天线基线及其延时校正几何关系的示意图；
图11为本申请实施例提供的一种地基闭环测试系统流程的示意图；
图12为本申请实施例提供的一种GNSS仿真测试系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参照图1，示出了本申请实施例提供的一种GNSS仿真测试方法的步骤流程图，该GNSS仿真测试方法可以应用于GNSS仿真测试系统。如图1所示，该GNSS仿真测试方法可以包括：步骤101、步骤102、步骤103和步骤104。
步骤101：针对陆地表面的坡度非零的目标区域，基于所述目标区域的陆地表面的陆表参数信息及误差因素信息，确定GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟参数。
本申请实施例可以应用于在GNSS-R信号反射点的计算中融入陆表参数（如坡度和坡向等）以提高测高精度的场景中。
本申请实施例可以应用于GNSS仿真测试系统，该GNSS仿真测试系统可以包括：控制计算机、GNSS卫星模拟器、待测GNSS接收机和上位机。
目标区域即为陆地表面的坡度非零的需要进行GNSS接收机高度测试的区域。
陆表参数信息可以包括：目标区域的陆地表面的坡度、坡向等参数信息。
误差因素是指在GNSS接收机测高中对测高精度产生物产影响的因素，在本示例中，误差因素可以包括：电离层因素、对流层因素、硬件延迟因素、质心高度校正因素、天线基线校正因素等因素。
控制计算机在针对目标区域内的待测GNSS接收机进行高度测量时，可以基于目标区域的陆地表面的陆表参数信息以及误差因素信息，确定GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟参数。该GNSS卫星即为可以对目标区域进行定位扫描的卫星，该路径延迟参数可以用于指示影响直射信号和反射信号的传输时间的参数。
在具体实现中，可以结合目标区域的陆地表面的坡度参数和坡向参数确定路径延迟差，并结合误差因素确定影响测高的误差参数，进而根据路径延迟差和误差参数确定路径延迟参数。
在海面和水面等传统的GNSS-R测高领域，低空平台的反射面坡度通常被视为零，因此在这些场景中不需要考虑坡度和坡向对测高的影响。此时构建一个简化的几何模型，如图3所示。然而，陆基低空飞行场景中涉及到的多种陆表反射面通常具有非零的坡度和坡向。在这种情况下，需要采用一个包含坡度和坡向的高度实时解算模型。这种含有坡度和坡向的低空平台反射几何模型展示如图4所示，其中角代表反射面的坡度角。
对于传统的坡度为0的GNSS-R双基遥感探测几何关系，可以建立如图所示的水平地表条件下的GNSS-R测高几何关系原理图，如图5所示。
由GNSS卫星、反射点和接收机三者的几何关系可以看出，经反射后的GNSS信号相对直达信号的附加路径延迟可以表示为：
。
其中指的是直射信号到镜面反射点的路径延迟差，/>指的是镜面反射点反射后的路径延迟差；而由几何关系可以得到：
。
其中，为接收机相对地面的高度，/>为当前观测卫星的仰角。
在GNSS-R（全球导航卫星系统反射测量技术）测量中，地表的参数，特别是坡度和坡向，对于信号路径延迟量的增加起着关键作用。坡度定义为地表切面与水平基准面之间的夹角，它直接影响信号的入射和反射角度，进而导致镜面反射点位置的偏移，改变信号的传播路径长度。此外，坡向—即坡面下坡方向与地理正北方向的夹角—通过改变地表法线的方向，进一步影响入射信号的角度，导致镜面反射点的位移。坡度和坡向引起的这些镜面反射点位置变化，导致GNSS信号的反射路径长度发生变化，增加了信号的总路径延迟。对于该实现过程可以结合下述具体实现方式进行详细描述。
在本申请的一种具体实现中，上述步骤101可以包括：
子步骤A1：基于所述目标区域的陆地表面的坡度参数和坡向参数，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值。
在本实施例中，路径延迟差值可以用于指示由于陆表倾斜导致GNSS卫星输出的信号的路径发生改变导致的延迟差。
坡度参数可以用于指示目标区域的陆地表面与水平面之间的夹角参数。坡向参数用于指示目标区域的陆地表面的下坡方向与正北方向之间的夹角参数。
在具体实现中，控制计算机可以基于目标区域的陆地表面的坡度参数和坡向参数确定GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值。对于该实现过程可以结合下述具体实现方式进行详细描述。
在本申请的另一种具体实现中，上述子步骤A1可以包括：
子步骤B1：基于所述目标区域的陆地表面的数字高程模型，计算得到所述陆地表面的坡度参数和坡向参数。
在本实施例中，可以预先获取目标区域的陆地表面的数字高程模型（DigitalElevation Model，DEM）。数字高程模型是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。在本示例中，目标区域的陆地表面的数字高程模型可以是预先建立的模型。
在实际应用中，控制计算机可以获取目标区域的陆地表面的数字高程模型，并基于该数字高程模型计算得到陆地表面的坡度参数和坡向参数。
在基于目标区域的陆地表面的数字高程模型计算得到陆地表面的坡度参数和坡向参数之后，执行子步骤B2。
子步骤B2：确定所述陆地表面对应的初始信号反射点，所述初始信号反射点用于指示在平坦地表条件下直射信号与反射信号的路径长度之和最短的位置点。
初始信号反射点可以用于指示在平坦地表条件下直射信号与反射信号的路径长度之和最短的位置点。
控制计算机可以针对目标区域的陆地表面可以先确定其对应的初始信号反射点。如图5所示，在水平地表条件下（即地表坡度为0），直射信号即为GNSS卫星直接传输至GNSS-R接收机（即本示例中的GNSS接收机）的信号，反射信号是指GNSS卫星发射至地表并反射至GNSS-R接收机的信号。可以通过计算卫星到地面反射点与接收机到地面反射点路径总和最短的点，以作为初始信号反射点等。
在确定陆地表面对应的初始信号反射点之后，执行子步骤B3。
子步骤B3：基于所述坡度参数、所述坡向参数和所述初始信号反射点，确定目标信号反射点。
目标信号反射点是指在考虑了地面倾斜信息之后得到的新的信号反射点。
控制计算机在确定陆地表面对应的初始信号反射点之后，则可以基于坡度参数、坡向参数和初始信号反射点，确定目标信号反射点。如图2所示，通过GNSS卫星和GNSS-R接收机可以确定出坡度为0的镜面反射点（即本示例中的初始信号反射点）和坡度为的镜面反射点（即本示例中的目标信号反射点）。
以图6和图7为例，对于该实现过程进行如下详细描述：
（1）获取所述待测GNSS接收机的第一位置参数、所述GNSS卫星的第二位置参数和所述初始信号反射点的第三位置参数。
在本实施例中，可以先获取待测GNSS接收机的第一位置参数、GNSS卫星的第二位置参数和初始信号反射点的第三位置参数。在本示例中，设GNSS卫星位置坐标为，GNSS接收机的位置/>为/>，GNSS接收机关于坡度为/>坡向为/>所对应的平面对称的点/>为/>，坡度为0的镜面反射点/>（即本示例中的初始信号反射点）的位置为/>。坡度为/>坡向为/>的新镜面反射点/>的位置为/>。
（2）基于所述坡度参数、所述坡向参数和所述初始信号反射点，确定第一方向向量。
首先，可以基于坡度参数。坡向参数和初始信号反射点确定第一方向向量。例如，陆地表面的坡度为，则在Z-XOY平面上的斜率为/>；坡向为/>，在XOY平面上的斜率为。
经过镜面反射点 的方向向量/>可以表示为：
。
（3）对所述第一方向向量进行标准化处理，得到标准化向量。
在得到第一方向向量之后，可以对第一方向向量进行标准化处理，以得到标准化向量。标准化方向向量可以如下公式所示：
（4）基于所述第一位置参数和所述第三位置参数，确定所述待测GNSS接收机与所述初始信号反射点之间的第二方向向量。
进而可以基于第一位置参数和第三位置参数，确定待测GNSS接收机与初始信号反射点之间的第二方向向量。如下公式所示：
第二方向向量。
（5）获取所述第二方向向量在所述初始信号反射点所在方向向量上的投影向量。
在得到第二方向向量之后，可以获取第二方向向量在初始信号反射点所在方向向量上的投影向量。即计算第二方向向量在镜面反射点所在方向向量上直线的投影。
（6）基于所述投影向量和所述第一位置参数，计算得到所述待测GNSS接收机相对于所述陆地表面所处平面对称的目标位置点。
在得到投影向量之后，则可以基于投影向量和第一位置参数，计算得到待测GNSS接收机相对于陆地表面所处平面对称的目标位置点，即目标位置点与GNSS接收机所处位置点连接与陆地表面所处平面相互垂直。具体地，可以先计算垂足点：。然后，可以计算GNSS接收机关于坡度为/>所在陆地表面对称的点/>为/>，。该对称的点即为目标位置点。
（7）基于所述第二位置参数和所述目标位置点的位置参数，确定所述GNSS卫星与所述目标位置点之间的第三方向向量。
在得到目标位置点之后，可以基于第二位置参数和目标位置点的位置参数，确定GNSS卫星与目标位置点之间的第三方向向量。
（8）基于所述初始信号反射点和所述第一方向向量，确定第一直线，并基于所述目标位置点和所述第三方向向量，确定第二直线。
在得到目标位置点和第三方向向量之后，可以基于初始信号反射点和第一方向向量，确定第一直线，并基于目标位置点和第三方向向量，确定第二直线。其中，第一直线过点S，且方向向量为/>，故/>可以表示为：/>，其中，t为参数。第二直线/>过点/>点，且方向向量为/>，故/>可以表示为：/>，其中，d为参数。
（9）获取所述第一直线与所述第二直线的交点，并将该交点作为所述目标信号反射点。
在得到第一直线和第二直线之后，可以获取第一直线与第二直线的交点，并将该交点作为目标信号反射点。即联立得到的交点即为新镜面反射点/>（即本示例中的目标信号反射位置）的位置为/>。
在基于坡度参数、坡向参数和初始信号反射点确定目标信号反射点之后，执行子步骤B4。
子步骤B4：根据所述初始信号反射点和所述目标信号反射点分别对应的直射信号和反射信号，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值。
控制计算机在基于坡度参数、坡向参数和初始信号反射点确定目标信号反射点之后，则可以根据初始信号反射点和目标信号反射点分别对应的直射信号和反射信号，确定GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值。具体地，可以获取初始信号反射点对应的第一直射信号和第一反射信号（该第一直射信号即为GNSS卫星直接向GNSS接收机发射的信号，第一反射信号为GNSS卫星向初始信号反射点发射并反射至GNSS接收机的信号）。计算得到第一直射信号与第一反射信号之间的第一伪距差。获取目标信号反射点对应的第二直射信号和第二反射信号（该第二直射信号即为GNSS卫星直接向GNSS接收机发射的信号，第二反射信号为GNSS卫星向目标信号反射点发射并反射至GNSS接收机的信号）。计算得到第二直射信号与第二反射信号之间的第二伪距差。基于第一伪距差和第二伪距差之间的差值，确定目标区域内的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值。该路径延迟差值即为坡度和坡向导致的路径差。
其中，第一伪距差的计算过程可以为：基于第一直射信号的发射时间和接收时间，计算得到第一直射信号对应的第一信号路径长度。基于第一反射信号的发射时间和接收时间，计算得到第一反射信号对应的第二信号路径长度。基于第一信号路径长度和第二信号路径长度之间的距离差值，确定第一直射信号与第一反射信号之间的第一伪距差。在实际应用中，结合信号发射时间和接收时间可以计算出时间差，并结合信号在空气中的传播速度，计算出直射信号和反射信号分别对应的传输距离，进而计算出伪距差。
可以理解地，第二伪距差的计算方式与第一伪距差的计算方式相似，本实施例在此不再加以赘述。
本申请实施例通过在路径延迟差值的计算中考虑坡度和坡向的影响，从而可以提高后续的测高精度。
对于路径延迟差值的计算过程可以如图8所示，该计算流程可以包括以下步骤：
步骤1、获取坡度、坡向为0的初始镜面反射点。
步骤2、在坡度、坡向为0的初始镜面反射点情况下，计算直射信号与反射信号的伪距差。
步骤3、根据DEM（数字高程模型）计算得到坡度、坡向的地理参数。
步骤4、根据初始镜面反射点、以及坡度、坡向的地理参数计算新的镜面反射点。
步骤5、在新的镜面反射点的情况下计算新的直射信号与反射信号的伪距差。
步骤6、结合步骤2和步骤5中计算得到的两个伪距差，计算出改变镜面反射点后的路径差，即路径延迟差值。
子步骤A2：基于所述目标区域内的所述待测GNSS接收机的误差因素信息，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的误差参数。
控制计算机结合目标区域内的待测GNSS接收机的误差因素信息，可以确定出GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的误差参数。在本示例中，误差参数可以包括：电离层误差、对流层误差、硬件延迟误差、质心高度校正误差、天线基线校正误差等误差参数。对于该实现过程可以结合下述具体实现方式进行详细描述。
在本申请的一种具体实现中，上述子步骤A2可以包括：
子步骤C1：基于所述待测GNSS接收机与所述GNSS卫星的电磁波传播路径上的电子总量、及载波频率，确定电离层误差参数。
在本实施例中，控制计算机可以基于待测GNSS接收机与GNSS卫星的电磁波传播路径上的电子总量、及载波频率，确定电离层误差参数。
电离层误差主要与沿卫星至接收机视线方向的仰角及观测时的电离层情况有关。电离层群沿引起的误差可用距离单位或时延单位表示为（电离层误差参数）：
。
其中，为沿电磁波传播路径的电子总量；/>为载波频率。
子步骤C2：基于所述待测GNSS接收机对应的直射路径和反射路径在对流层中的传播路径参数，确定对流层误差参数。
控制计算机可以基于待测GNSS接收机对应的直射路径和反射路径在对流层中的传播路径参数，确定对流层误差参数。
对流层误差：GNSS卫星信号在通过对流层时产生时延而导致接收机产生的误差称为对流层延迟误差。对流层延迟误差是全球导航卫星系统（GNSS）等空间大地测量技术的主要误差源之一，因对流层中水汽与大气分子极性不同，为方便研究，将天顶对流层延迟（ZTD）分为天顶静力学延迟（zenith hydrostatic delay，ZHD）和天顶湿延迟（zenith wetdelay，ZWD）2个部分。
。
其中，干延迟占比约为90%，可以通过模型较精确地获得；湿延迟占比只有10%，难以通过模型准确计算。在标准大气状况下，天顶方向对流层延迟ZTD可达2.3m左右，在低高度角时，ZTD可达20m以上，因此必须对ZTD进行正确的估计。目前，常用的对流层估计方法主要有模型改正法、参数估计法、差分法及外部修正法，在实际GNSS定位导航应用中，用模型改正法较为方便。
由于接收机反射路径与直射路径在对流层中传播路径不同，因此，二者的对流层延时量不同，可以采用对流层修正模型进行校正。这里采用ECMWF气象数据及Hopfield对流层延时计算模型进行相关评估。Hopfield模型的经验参数是从全年全球18个站台气象资料处理得到的。其中，干分量和湿分量沿大气传播方向的延迟改正公式为:
上述公式中，取，其中干分量/>与湿分量/>的表达式如下:
其中，为沿传播路径上的折射指数。
在上述公式中，代表大气压（mbar），/>代表对流层内气温（K），/>代表对流层水汽压（mbar）。在折射指数不断逼近零时，/>代表干延迟与站点沿传播路径的边界面上交点的距离、/>代表湿延迟与站点沿传播路径的边界面上交点的距离。二者表达式如下：
对流层延迟中的干、湿分量边缘高度值如下式（单位为m）：
。
。
其中，是导航卫星的截止高度角，/>是测站处的大气压值（mbar），/>是测站到地心的距离（m） ，/>是测站处的水汽压（mbar），/>是测站所在地区的温度值（K）。
子步骤C3：基于所述待测GNSS接收机的射频器件的器件参数，确定硬件延迟误差参数。
控制计算机可以基于待测GNSS接收机的射频器件的器件参数，可以确定硬件延迟误差参数。
由于射频器件的不同对信号延迟的差异，每个器件对温度变化的响应特性不同，因此当信号通过这些器件时，会出现不同程度的延迟。这种延迟的差异最终在直射与反射信号的路径延迟中造成了系统偏差。
这种硬件延时主要与接收器的温度相关，可以通过地面高低温试验来定标。通过这种试验，可以建立硬件延时随温度变化的曲线。
子步骤C4：基于装载所述待测GNSS接收机的无人机的姿态参数和所述待测GNSS接收机的参考位置信息，确定质心高度校正误差参数。
控制计算机可以基于装载待测GNSS接收机的无人机的姿态参数和待测GNSS接收机的参考位置信息，可以确定质心高度校正误差参数。
质心高度校正误差的目的是将GNSS-R接收机测量到地面高度转换到质心高度/>。质心高度校正模型可以利用平台姿态数据和接收机参考点在质心坐标系中的向量/>，利用坐标旋转来实现。
在实际操作中，首先计算出包含无人机相关姿态参数的新的地理坐标。这涉及到将无人机平台的航向角、俯仰角、滚动角纳入到坐标旋转的计算过程中。随后，这些新坐标与原始坐标进行比较，以确定两点之间的距离差异。这个距离差异反映了平台姿态变化引起的质心高度误差。
其中，为转换矩阵，/>对应的是无人机的航向角，/>对应的是无人机的俯仰角，对应的是无人机的滚动角。
。
为不考虑姿态信息的坐标，/>为考虑姿态信息后的坐标。
利用校正后的位置信息，重新计算直射信号与反射信号的伪距差。与校正前的伪距差相减，得到质心位置的校正误差。
。
其中，为校正后的伪距差，/>为校正前的伪距差。
子步骤C5：基于所述待测GNSS接收机对应的直射天线相位中心和反射天线相位中心，确定天线基线校正误差参数。
控制计算机可以基于待测GNSS接收机对应的直射天线相位中心和反射天线相位中心，确定天线基线校正误差参数。
在本示例中，GNSS地基反射闭环仿真测试系统中，考虑直射天线相位中心与反射天线相位中心之间的关系是至关重要的。这两个相位中心的位置差异定义了所谓的天线基线。由于无人机位置上的天线位置是固定且已知的，因此可以精确地确定这一天线基线的误差。
如图10所示，将直射天线相位中心和反射天线相位中心的距离投影到直射信号所在直线上，不妨设定直射天线相位中心和反射天线相位中心的距离为h，直射信号与地面所成夹角为，则映射到直线信号所在直线的距离差/>为：
。
天线基线校正误差为：
。
子步骤C6：将所述电离层误差参数、所述对流层误差参数、所述硬件延迟误差参数、所述质心高度校正误差参数和所述天线基线校正误差参数作为所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的误差参数。
在得到电离层误差参数、对流层误差参数、硬件延迟误差参数、质心高度校正误差参数和天线基线校正误差参数之后，则可以将电离层误差参数、对流层误差参数、硬件延迟误差参数、质心高度校正误差参数和天线基线校正误差参数作为GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的误差参数。
本申请实施例能够生成包括地基场景在内的多种测试环境，通过控制计算机在线对模拟器参数进行调整，系统不仅能够实现对GNSS直射信号与反射信号的伪距差进行实时测高反演解算，还能够将各种可能的误差源，如电离层误差、大气延迟误差、天线基线校正误差、质心中心校正误差以及接收机硬件误差，统一转化为路径延迟量。这种方法使得这些复杂的误差因素能够在模拟测试中被量化和精确控制。从而使得系统能够更精确地模拟地表场景和飞行路径。这种集成显著提升了评估和优化GNSS接收机在各种环境条件下的性能。
子步骤A3：基于所述路径延迟差值和所述误差参数，确定所述路径延迟参数。
控制计算机在得到路径延迟差值和误差参数之后，可以基于路径延迟差值和误差参数确定出路径延迟参数。具体地，以上述五种误差参数为例，路径延迟参数的计算过程可以为：计算得到路径延迟差值、电离层误差参数、对流层误差参数、硬件延迟误差参数、质心高度校正误差参数和天线基线校正误差参数的和值，得到参数和值，该参数和值即为路径延迟参数。如图9所示，针对电离层误差、大气延迟误差、天线基线校正误差、质心中心校正误差（即本示例中的质心高度校正误差）、接收机硬件延时误差（即本示例中的硬件延迟误差），可以转换成米级，以与路径延迟差的单位匹配，并加到模拟器的延迟量中。针对坡度、坡向等参数计算得到路径延迟差（即本示例中的路径延迟差值）可以与上述五种误差求和，以作为模拟器增加的延迟量（即路径延迟参数）。
在GNSS-R（全球导航卫星系统反射测量技术）测量中，伪距差的生成是一个关键步骤。伪距差是通过比较GNSS卫星到接收机的直射信号与反射信号的传播时间差来计算得出的。具体来说，这一过程涉及记录卫星到接收机的直接信号路径长度和反射信号路径长度，然后计算这两个路径长度的差值。这个差值，即伪距差，是用来确定地表特征，如高度和粗糙度等关键参数。
反射信号与直射信号间的路径延迟差为：
式中：和/>分别为反射信号和直射信号的伪距测量值。
GNSS信号在卫星和接收机间传播的过程也受到电离层和对流层的影响，因此在测量过程中也需要考虑各个误差。
其中，指的是最终的反射信号与直射信号间的路径延迟差，/>指的是在考虑新镜面反射点的情况下反射信号与直射信号的路径延迟差，/>指的是电离层误差；指的是对流层误差；/>指的是硬件延迟误差；/>指的是质心中心校正的误差；指的是天线基线校正带来的误差。
在基于目标区域的陆地表面的陆表参数信息及误差因素信息，确定出GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟参数之后，执行步骤102。
步骤102：获取GNSS卫星模拟器基于所述路径延迟参数向待测GNSS接收机输出的目标直射信号和目标反射信号。
待测GNSS接收机在基于目标区域的陆地表面的陆表参数信息及误差因素信息，确定出GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟参数之后，则可以获取GNSS卫星模拟器基于路径延迟参数向待测GNSS接收机输出的目标直射信号和目标反射信号。具体地，可以将路径延迟参数（即上述路径延迟差值和五种误差参数）输入至GNSS卫星模拟器，在GNSS卫星模拟器内可以将路径延迟参数转换为直射信号与反射信号的伪距差，GNSS卫星模拟器可以按照该伪距差进行信号输出，以得到向待测GNSS接收机输出的目标直射信号和目标反射信号。
在获取到GNSS卫星模拟器基于路径延迟参数向待测GNSS接收机输出的目标直射信号和目标反射信号之后，执行步骤103。
步骤103：基于所述目标直射信号和所述目标反射信号，测试得到所述待测GNSS接收机的测试高度。
待测GNSS接收机在获取到GNSS卫星模拟器基于路径延迟参数向待测GNSS接收机输出的目标直射信号和目标反射信号之后，则可以基于目标直射信号和目标反射信号，测试得到自身的测试高度。具体地，待测GNSS接收机可以获取目标直射信号和目标反射信号之间的目标伪距差。基于目标伪距差和GNSS卫星模拟器的仰角，计算得到自身的测试高度。
在基于目标直射信号和目标反射信号，测试得到待测GNSS接收机的测试高度之后，执行步骤104。
步骤104：基于所述测试高度和用户输入的基于直射信号与反射信号的伪距差计算的模拟高度，确定所述待测GNSS接收机的高度测试结果。
在基于目标直射信号和目标反射信号，测试得到待测GNSS接收机的测试高度之后，则上位机（如PC（Personal Computer，个人计算机）上位机等）可以基于测试高度和用户输入的基于直射信号与反射信号的伪距差计算得来的模拟高度确定待测GNSS接收机的高度测试结果。具体地，可以将测试高度与模拟高度进行比较，若测试高度处于模拟高度对应的预设范围内，则可以确定待测GNSS接收机的高度测试结果为真实结果，从而实现GNSS接收机的测高性能测试。
本申请实施例通过预先整合真实地表参数（如坡度、坡向等），实现对复杂陆地地形的精准模拟和测量，同时将陆表参数和误差因素转换成模拟器中可以调整的延迟差参数，能够避免陆表因素和误差因素导致镜面反射点的测量位置和高度估算出现较大的误差的问题，提升了复杂地形中的测高精度。
本申请实施例提供了一种闭环测试系统，如图11所示，该系统可以包括：控制计算机、模拟器、接收机和PC上位机。
其中控制计算机用于生成GNSS信号的控制指令，选择模拟场景以及是否加载地基场景，根据需求设置生成相应的GNSS导航信号，调节载噪比、路径延迟控制指令参数，实时将相关指令传送给模拟器生成指定输出功率的GNSS导航信号、路径延迟以及干扰信号。
模拟器用于接收控制计算机发出的控制指令，根据控制计算机加载的测试模拟文件实时生成相应的GNSS导航信号、路径延迟参数、以及干扰信号等，最后模拟器将生成的这些信号传输到GNSS-R测高接收机。
GNSS-R测高接收机用于接收GNSS直射信号与反射信号，并计算直射信号与反射信号的伪距差，进而反演出测高数据。
PC上位机用于接收GNSS接收机通过射频电缆传输的GNSS实时测高数据，包含各卫星载噪比、仰角和方位角以及实时伪距差、实时测高等数据，并将这些数据形成可视化界面，和模拟器设计的伪距差进行对比，用以验证GNSS实时测高接收机的性能。
具体实施流程如下：
步骤1、根据用户需要，将GNSS接收机接入该GNSS地基闭环反射测试系统，通过射频电缆将模拟器和GNSS接收机进行连接，再通过网线把GNSS接收机连接到PC上位机。
步骤2、通过控制计算机根据用户需求设置GNSS卫星模拟场景，让模拟器加载场景文件（包含模拟场景的坡度、坡向等参数，以及数字高程模型等）并输出GNSS导航信号，在控制计算机页面可选择调节各个卫星的状态参数信息，如载噪比、俯仰角等。
步骤3、在控制计算机中加载地基场景并对路径延迟参数包括电离层误差、大气延迟误差、天线基线校正误差、质心中心校正误差、接收机硬件误差、地形造成的误差转化成路径差进行设置，使得模拟器输出上述GNSS模拟信号，让GNSS接收机解算直射信号与反射信号的伪距差。
步骤4、GNSS接收机接收模拟器输出的GNSS导航信号，完成四大GNSS系统多模多频点信号的捕获、跟踪、电文解调和定位解算，并输出跟踪环路的原始观测量和定位解算信息，然后实时进行直射信号与反射信号的伪距差计算，以及GNSS测高值，其中GNSS测高的计算公式为：
。
其中，表示模拟器输出GNSS模拟信号中直射信号与反射信号的伪距差，/>为GNSS卫星仰角。
步骤5、PC上位机接收GNSS接收机通过网口传输的各种数据，完成解码后在上位机软件主界面显示GNSS卫星的星空图、速度、信号强度等信息，并将解算得到的定位信息、各卫星载噪比、GNSS直射信号与反射信号伪距差、GNSS接收机测高结果也实时的在软件界面上显示。
步骤6、重复上述步骤，改变场景，设置不同的地形状态、飞行高度进行监测，得到不同模拟场景下的信号情况，反演解算GNSS直射信号与反射信号伪距差、GNSS接收机测高结果，并和控制计算机设置的场景参数进行比对，完成对GNSS接收机的测高性能测试。
本实施例由控制计算机、模拟器、GNSS接收机和PC上位机组成的系统。系统核心在于控制计算机的能力，它可以驱动模拟器按照用户的需求输出各种模拟场景。这些场景涵盖飞行高度、地形的变化信息等关键参量，从而使该系统能够全面地完成对GNSS接收机性能的测试。这种集成化的测试方法为GNSS接收机提供了一个全面而精确的评估环境。该测试系统的一个显著特点是其能够生成包括地基场景在内的多种测试环境，通过控制计算机在线对模拟器参数进行调整，系统不仅能够实现对GNSS直射信号与反射信号的伪距差进行实时测高反演解算，还能够将各种可能的误差源，如电离层误差、大气延迟误差、天线基线校正误差、质心中心校正误差以及接收机硬件误差，统一转化为路径延迟量。这种方法使得这些复杂的误差因素能够在模拟测试中被量化和精确控制。从而使得系统能够更精确地模拟地表场景和飞行路径。这种集成显著提升了评估和优化GNSS接收机在各种环境条件下的性能。
本申请实施例提供的GNSS仿真测试方法，针对陆地表面的坡度非零的目标区域，基于目标区域的陆地表面的陆表参数信息及误差因素信息，确定GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟参数。获取GNSS卫星模拟器基于路径延迟参数向待测GNSS接收机输出的目标直射信号和目标反射信号。基于目标直射信号和目标反射信号，测试得到待测GNSS接收机的测试高度。基于测试高度和用户输入的基于直射信号与反射信号的伪距差计算的模拟高度，确定待测GNSS接收机的高度测试结果。本申请实施例通过预先整合真实地表参数（如坡度、坡向等），实现对复杂陆地地形的精准模拟和测量，同时将陆表参数和误差因素转换成模拟器中可以调整的延迟差参数，能够避免陆表因素和误差因素导致镜面反射点的测量位置和高度估算出现较大的误差的问题，提升了复杂地形中的测高精度。
参照图12，示出了本申请实施例提供的一种GNSS仿真测试系统的结构示意图。如图12所示，该GNSS仿真测试系统1200可以包括：控制计算机1210、GNSS卫星模拟器1220、待测GNSS接收机1230和上位机1240，其中，
所述控制计算机1210，用于针对陆地表面的坡度非零的目标区域，基于所述目标区域的陆地表面的陆表参数信息及误差因素信息，确定GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟参数；
所述待测GNSS接收机1230，用于获取GNSS卫星模拟器1220基于所述路径延迟参数输出的目标直射信号和目标反射信号，并基于所述目标直射信号和所述目标反射信号，测试得到自身的测试高度；
所述上位机1240，用于基于所述测试高度和用户输入的基于直射信号与反射信号的伪距差计算的模拟高度，确定所述待测GNSS接收机的高度测试结果。
可选地，所述控制计算机1210，具体用于基于所述目标区域的陆地表面的坡度参数和坡向参数，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值；
基于所述目标区域内的所述待测GNSS接收机的误差因素信息，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的误差参数；
基于所述路径延迟差值和所述误差参数，确定所述路径延迟参数。
可选地，所述控制计算机1210，具体用于基于所述目标区域的陆地表面的数字高程模型，计算得到所述陆地表面的坡度参数和坡向参数，其中，所述坡度参数用于指示所述陆地表面与水平面之间的夹角参数，所述坡向参数用于指示所述陆地表面的下坡方向与正北方向之间的夹角参数；
确定所述陆地表面对应的初始信号反射点，所述初始信号反射点用于指示在平坦地表条件下直射信号与反射信号的路径长度之和最短的位置点；
基于所述坡度参数、所述坡向参数和所述初始信号反射点，确定目标信号反射点；
根据所述初始信号反射点和所述目标信号反射点分别对应的直射信号和反射信号，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值。
可选地，所述控制计算机1210，具体用于获取所述待测GNSS接收机的第一位置参数、所述GNSS卫星的第二位置参数和所述初始信号反射点的第三位置参数；
基于所述坡度参数、所述坡向参数和所述初始信号反射点，确定第一方向向量；
对所述第一方向向量进行标准化处理，得到标准化向量；
基于所述第一位置参数和所述第三位置参数，确定所述待测GNSS接收机与所述初始信号反射点之间的第二方向向量；
获取所述第二方向向量在所述初始信号反射点所在方向向量上的投影向量；
基于所述投影向量和所述第一位置参数，计算得到所述待测GNSS接收机相对于所述陆地表面所处平面对称的目标位置点；
基于所述第二位置参数和所述目标位置点的位置参数，确定所述GNSS卫星与所述目标位置点之间的第三方向向量；
基于所述初始信号反射点和所述第一方向向量，确定第一直线，并基于所述目标位置点和所述第三方向向量，确定第二直线；
获取所述第一直线与所述第二直线的交点，并将该交点作为所述目标信号反射点。
可选地，所述控制计算机1210，具体用于获取所述初始信号反射点对应的第一直射信号和第一反射信号；
计算得到所述第一直射信号与所述第一反射信号之间的第一伪距差；
获取所述目标信号反射点对应的第二直射信号和第二反射信号；
计算得到所述第二直射信号与所述第二反射信号之间的第二伪距差；
基于所述第一伪距差和所述第二伪距差之间的差值，确定所述目标区域内的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值。
可选地，所述控制计算机1210，具体用于基于所述第一直射信号的发射时间和接收时间，计算得到所述第一直射信号对应的第一信号路径长度；
基于所述第一反射信号的发射时间和接收时间，计算得到所述第一反射信号对应的第二信号路径长度；
基于所述第一信号路径长度和所述第二信号路径长度之间的距离差值，确定所述第一直射信号与所述第一反射信号之间的第一伪距差。
可选地，所述控制计算机1210，具体用于基于所述待测GNSS接收机与所述GNSS卫星的电磁波传播路径上的电子总量、及载波频率，确定电离层误差参数；
基于所述待测GNSS接收机对应的直射路径和反射路径在对流层中的传播路径参数，确定对流层误差参数；
基于所述待测GNSS接收机的射频器件的器件参数，确定硬件延迟误差参数；
基于装载所述待测GNSS接收机的无人机的姿态参数和所述待测GNSS接收机的参考位置信息，确定质心高度校正误差参数；
基于所述待测GNSS接收机对应的直射天线相位中心和反射天线相位中心，确定天线基线校正误差参数；
将所述电离层误差参数、所述对流层误差参数、所述硬件延迟误差参数、所述质心高度校正误差参数和所述天线基线校正误差参数作为所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的误差参数。
可选地，所述控制计算机1210，具体计算得到所述路径延迟差值、所述电离层误差参数、所述对流层误差参数、所述硬件延迟误差参数、所述质心高度校正误差参数和所述天线基线校正误差参数的和值，得到参数的和值；将所述参数的和值作为所述路径延迟参数。
可选地，所述待测GNSS接收机1230，具体用于获取所述目标直射信号和所述目标反射信号之间的目标伪距差；
基于所述目标伪距差和所述GNSS卫星模拟器1220的仰角，计算得到自身的测试高度。
可选地，所述上位机，还用于获取所述GNSS卫星模拟器的模拟器数据信息；在预置界面内显示所述模拟器数据信息和所述测试高度；
其中，所述模拟器数据信息包括：所述GNSS卫星模拟器的星空图信息、速度信息、信号强度信息。
本申请实施例提供的GNSS仿真测试系统，针对陆地表面的坡度非零的目标区域，基于目标区域的陆地表面的陆表参数信息及误差因素信息，确定GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟参数。获取GNSS卫星模拟器基于路径延迟参数向待测GNSS接收机输出的目标直射信号和目标反射信号。基于目标直射信号和目标反射信号，测试得到待测GNSS接收机的测试高度。基于测试高度和用户输入的基于直射信号与反射信号的伪距差计算的模拟高度，确定待测GNSS接收机的高度测试结果。本申请实施例通过预先整合真实地表参数（如坡度、坡向等），实现对复杂陆地地形的精准模拟和测量，同时将陆表参数和误差因素转换成模拟器中可以调整的延迟差参数，能够避免陆表因素和误差因素导致镜面反射点的测量位置和高度估算出现较大的误差的问题，提升了复杂地形中的测高精度。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质（如ROM/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端（可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本申请实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果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，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说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，该计算机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机设备(可以是个人计算机，服务器，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、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (14)
1.一种GNSS仿真测试方法，应用于GNSS仿真测试系统，其特征在于，所述方法包括：
针对陆地表面的坡度非零的目标区域，基于所述目标区域的陆地表面的数字高程模型，计算得到所述陆地表面的坡度参数和坡向参数，其中，所述坡度参数用于指示所述陆地表面与水平面之间的夹角参数，所述坡向参数用于指示所述陆地表面的下坡方向与正北方向之间的夹角参数；确定所述陆地表面对应的初始信号反射点，所述初始信号反射点用于指示在平坦地表条件下直射信号与反射信号的路径长度之和最短的位置点；基于所述坡度参数、所述坡向参数和所述初始信号反射点，确定目标信号反射点；根据所述初始信号反射点和所述目标信号反射点分别对应的直射信号和反射信号，确定GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值；基于所述目标区域内的待测GNSS接收机的误差因素信息，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的误差参数；基于所述路径延迟差值和所述误差参数，确定路径延迟参数；
获取GNSS卫星模拟器基于所述路径延迟参数向待测GNSS接收机输出的目标直射信号和目标反射信号；基于所述目标直射信号和所述目标反射信号，测试得到所述待测GNSS接收机的测试高度；基于所述测试高度和用户输入的基于直射信号与反射信号的伪距差计算的模拟高度，确定所述待测GNSS接收机的高度测试结果；
所述基于所述坡度参数、所述坡向参数和所述初始信号反射点，确定目标信号反射点，包括：
获取所述待测GNSS接收机的第一位置参数、所述GNSS卫星的第二位置参数和所述初始信号反射点的第三位置参数；基于所述坡度参数、所述坡向参数和所述初始信号反射点，确定第一方向向量；对所述第一方向向量进行标准化处理，得到标准化向量；基于所述第一位置参数和所述第三位置参数，确定所述待测GNSS接收机与所述初始信号反射点之间的第二方向向量；获取所述第二方向向量在所述初始信号反射点所在方向向量上的投影向量；基于所述投影向量和所述第一位置参数，计算得到所述待测GNSS接收机相对于所述陆地表面所处平面对称的目标位置点；基于所述第二位置参数和所述目标位置点的位置参数，确定所述GNSS卫星与所述目标位置点之间的第三方向向量；基于所述初始信号反射点和所述第一方向向量，确定第一直线，并基于所述目标位置点和所述第三方向向量，确定第二直线；获取所述第一直线与所述第二直线的交点，并将该交点作为所述目标信号反射点；基于下述公式计算得到所述目标信号反射点：
=/>和/>的交点；
上述公式中，为目标信号反射点，/>为初始信号反射点，初始信号反射点的位置坐标为/>，GNSS卫星位置坐标/>为/>，GNSS接收机的位置/>为/>，GNSS接收机关于坡度为/>坡向为/>所对应的平面对称的点/>为/>，/>为第一方向向量，为标准化向量，/>为第二方向向量，/>为投影向量，/>为垂足点，/>为GNSS接收机关于坡度为/>所在陆地表面对称的点，/>为第三方向向量，/>为第一直线，/>为第二直线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始信号反射点和所述目标信号反射点分别对应的直射信号和反射信号，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值，包括：
获取所述初始信号反射点对应的第一直射信号和第一反射信号；
计算得到所述第一直射信号与所述第一反射信号之间的第一伪距差；
获取所述目标信号反射点对应的第二直射信号和第二反射信号；
计算得到所述第二直射信号与所述第二反射信号之间的第二伪距差；
基于所述第一伪距差和所述第二伪距差之间的差值，确定所述目标区域内的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算得到所述第一直射信号与所述第一反射信号之间的第一伪距差，包括：
基于所述第一直射信号的发射时间和接收时间，计算得到所述第一直射信号对应的第一信号路径长度；
基于所述第一反射信号的发射时间和接收时间，计算得到所述第一反射信号对应的第二信号路径长度；
基于所述第一信号路径长度和所述第二信号路径长度之间的距离差值，确定所述第一直射信号与所述第一反射信号之间的第一伪距差。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标区域内的所述待测GNSS接收机的误差因素信息，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的误差参数，包括：
基于所述待测GNSS接收机与所述GNSS卫星的电磁波传播路径上的电子总量、及载波频率，确定电离层误差参数；
基于所述待测GNSS接收机对应的直射路径和反射路径在对流层中的传播路径参数，确定对流层误差参数；
基于所述待测GNSS接收机的射频器件的器件参数，确定硬件延迟误差参数；
基于装载所述待测GNSS接收机的无人机的姿态参数和所述待测GNSS接收机的参考位置信息，确定质心高度校正误差参数；
基于所述待测GNSS接收机对应的直射天线相位中心和反射天线相位中心，确定天线基线校正误差参数；
将所述电离层误差参数、所述对流层误差参数、所述硬件延迟误差参数、所述质心高度校正误差参数和所述天线基线校正误差参数作为所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的误差参数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述路径延迟差值和所述误差参数，确定所述路径延迟参数，包括：
计算得到所述路径延迟差值、所述电离层误差参数、所述对流层误差参数、所述硬件延迟误差参数、所述质心高度校正误差参数和所述天线基线校正误差参数的和值，得到参数的和值；
将所述参数的和值作为所述路径延迟参数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标直射信号和所述目标反射信号，测试得到所述待测GNSS接收机的测试高度，包括：
获取所述目标直射信号和所述目标反射信号之间的目标伪距差；
基于所述目标伪距差和所述GNSS卫星模拟器的仰角，计算得到所述待测GNSS接收机的测试高度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基于所述目标直射信号和所述目标反射信号，测试得到所述待测GNSS接收机的测试高度之后，还包括：
获取所述GNSS卫星模拟器的模拟器数据信息；
在预置界面内显示所述模拟器数据信息和所述测试高度；
其中，所述模拟器数据信息包括：所述GNSS卫星模拟器的星空图信息、速度信息、信号强度信息。
8.一种GNSS仿真测试系统，其特征在于，所述系统包括：控制计算机、GNSS卫星模拟器、待测GNSS接收机和上位机，其中，
所述控制计算机，用于针对陆地表面的坡度非零的目标区域，基于所述目标区域的陆地表面的陆表参数信息及误差因素信息，确定GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟参数；
所述待测GNSS接收机，用于获取GNSS卫星模拟器基于所述路径延迟参数输出的目标直射信号和目标反射信号，并基于所述目标直射信号和所述目标反射信号，测试得到自身的测试高度；
所述上位机，用于基于所述测试高度和用户输入的基于直射信号与反射信号的伪距差计算的模拟高度，确定所述待测GNSS接收机的高度测试结果；
所述控制计算机，具体用于基于所述目标区域的陆地表面的坡度参数和坡向参数，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值；
基于所述目标区域内的所述待测GNSS接收机的误差因素信息，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的误差参数；
基于所述路径延迟差值和所述误差参数，确定所述路径延迟参数；
所述控制计算机，具体用于基于所述目标区域的陆地表面的数字高程模型，计算得到所述陆地表面的坡度参数和坡向参数，其中，所述坡度参数用于指示所述陆地表面与水平面之间的夹角参数，所述坡向参数用于指示所述陆地表面的下坡方向与正北方向之间的夹角参数；
确定所述陆地表面对应的初始信号反射点，所述初始信号反射点用于指示在平坦地表条件下直射信号与反射信号的路径长度之和最短的位置点；
基于所述坡度参数、所述坡向参数和所述初始信号反射点，确定目标信号反射点；
根据所述初始信号反射点和所述目标信号反射点分别对应的直射信号和反射信号，确定所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值；
所述控制计算机，具体用于获取所述待测GNSS接收机的第一位置参数、所述GNSS卫星的第二位置参数和所述初始信号反射点的第三位置参数；
基于所述坡度参数、所述坡向参数和所述初始信号反射点，确定第一方向向量；
对所述第一方向向量进行标准化处理，得到标准化向量；
基于所述第一位置参数和所述第三位置参数，确定所述待测GNSS接收机与所述初始信号反射点之间的第二方向向量；
获取所述第二方向向量在所述初始信号反射点所在方向向量上的投影向量；
基于所述投影向量和所述第一位置参数，计算得到所述待测GNSS接收机相对于所述陆地表面所处平面对称的目标位置点；
基于所述第二位置参数和所述目标位置点的位置参数，确定所述GNSS卫星与所述目标位置点之间的第三方向向量；
基于所述初始信号反射点和所述第一方向向量，确定第一直线，并基于所述目标位置点和所述第三方向向量，确定第二直线；
获取所述第一直线与所述第二直线的交点，并将该交点作为所述目标信号反射点；
基于下述公式计算得到所述目标信号反射点：
=/>和/>的交点；
上述公式中，为目标信号反射点，/>为初始信号反射点，初始信号反射点的位置坐标为/>，GNSS卫星位置坐标/>为/>，GNSS接收机的位置/>为/>，GNSS接收机关于坡度为/>坡向为/>所对应的平面对称的点/>为/>，/>为第一方向向量，为标准化向量，/>为第二方向向量，/>为投影向量，/>为垂足点，/>为GNSS接收机关于坡度为/>所在陆地表面对称的点，/>为第三方向向量，/>为第一直线，/>为第二直线。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述控制计算机，具体用于获取所述初始信号反射点对应的第一直射信号和第一反射信号；
计算得到所述第一直射信号与所述第一反射信号之间的第一伪距差；
获取所述目标信号反射点对应的第二直射信号和第二反射信号；
计算得到所述第二直射信号与所述第二反射信号之间的第二伪距差；
基于所述第一伪距差和所述第二伪距差之间的差值，确定所述目标区域内的直射信号与反射信号之间的路径延迟差值。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，
所述控制计算机，具体用于基于所述第一直射信号的发射时间和接收时间，计算得到所述第一直射信号对应的第一信号路径长度；
基于所述第一反射信号的发射时间和接收时间，计算得到所述第一反射信号对应的第二信号路径长度；
基于所述第一信号路径长度和所述第二信号路径长度之间的距离差值，确定所述第一直射信号与所述第一反射信号之间的第一伪距差。
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述控制计算机，具体用于基于所述待测GNSS接收机与所述GNSS卫星的电磁波传播路径上的电子总量、及载波频率，确定电离层误差参数；
基于所述待测GNSS接收机对应的直射路径和反射路径在对流层中的传播路径参数，确定对流层误差参数；
基于所述待测GNSS接收机的射频器件的器件参数，确定硬件延迟误差参数；
基于装载所述待测GNSS接收机的无人机的姿态参数和所述待测GNSS接收机的参考位置信息，确定质心高度校正误差参数；
基于所述待测GNSS接收机对应的直射天线相位中心和反射天线相位中心，确定天线基线校正误差参数；
将所述电离层误差参数、所述对流层误差参数、所述硬件延迟误差参数、所述质心高度校正误差参数和所述天线基线校正误差参数作为所述GNSS卫星输出的直射信号与反射信号之间的误差参数。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，
所述控制计算机，具体计算得到所述路径延迟差值、所述电离层误差参数、所述对流层误差参数、所述硬件延迟误差参数、所述质心高度校正误差参数和所述天线基线校正误差参数的和值，得到参数的和值；将所述参数的和值作为所述路径延迟参数。
13.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述待测GNSS接收机，具体用于获取所述目标直射信号和所述目标反射信号之间的目标伪距差；
基于所述目标伪距差和所述GNSS卫星模拟器的仰角，计算得到自身的测试高度。
14.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述上位机，还用于获取所述GNSS卫星模拟器的模拟器数据信息；在预置界面内显示所述模拟器数据信息和所述测试高度；
其中，所述模拟器数据信息包括：所述GNSS卫星模拟器的星空图信息、速度信息、信号强度信息。
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| CN202410382682.0A CN117970382B (zh) | 2024-03-29 | 2024-03-29 | 一种gnss仿真测试方法及系统 |
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