RU2629702C1 - Method of local determination of mobile and fixed objects with signals of global navigation satellite systems - Google Patents

Method of local determination of mobile and fixed objects with signals of global navigation satellite systems Download PDF

Info

Publication number
RU2629702C1
RU2629702C1 RU2016126614A RU2016126614A RU2629702C1 RU 2629702 C1 RU2629702 C1 RU 2629702C1 RU 2016126614 A RU2016126614 A RU 2016126614A RU 2016126614 A RU2016126614 A RU 2016126614A RU 2629702 C1 RU2629702 C1 RU 2629702C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
position
step
candidate
satellites
satellite
Prior art date
Application number
RU2016126614A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Владимирович Рябов
Денис Алексеевич Чернов
Original Assignee
Автономная некоммерческая организация высшего образования "Межрегиональный открытый социальный институт"
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 Автономная некоммерческая организация высшего образования "Межрегиональный открытый социальный институт" filed Critical Автономная некоммерческая организация высшего образования "Межрегиональный открытый социальный институт"
Priority to RU2016126614A priority Critical patent/RU2629702C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2629702C1 publication Critical patent/RU2629702C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in preceding groups G01C1/00-G01C19/00

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: method is implemented by taking into account signals from the direct and indirect lines of sight. It is based on the method of mapping to the map. In this case, the method is based on the configuration of visible and invisible satellites for possible candidate solutions taking into account the terrain landscape, thereby increasing the accuracy of position determination. To implement the method, an algorithm is proposed that consists of an autonomous and an active stage. In the autonomous phase, the boundaries of buildings are formed on the grid of locations. The boundaries of buildings are constructed from the perspective of the GNSS user position, the edge of the building is defined for each azimuth (from 0 to 360°) in the form of a series of angles. The result of this stage shows where the edges of buildings are located within the celestial grid. Once a boundary is defined relative to the celestial grid, it can be stored and easily reused in the online phase to predict the satellite's visibility by simply comparing the height of the satellite with the height of the building in the same azimuth. At the second step of the active phase of the solution search, the area in which probable location solutions are located in the shaded area is determined. The search area is determined based on the initial position generated at the first step of determining the coordinates on the LOS (line of sight) Satellites. The simplest implementation is a fixed circle with the center at a known coordinate, however, more advanced positioning algorithms can also be used here. The third step compares the height of the satellite with the probable position with the height of the boundary of the buildings in the same azimuth. At the fourth step, the similarity between predicted visibility and actually observed is estimated. The candidate of the position with the best coincidence will be weighted higher in the decision with the shaded task. There are two stages of calculating the evaluation for the candidate position. Firstly, the definition of the observed coal on the estimated schemes. Secondly, the evaluation function provides a position between the observed signal and its estimate, which is described by the formula:
Figure 00000015
,
where ƒpos(j) is the position estimate for the grid point j, ƒsat(i, j, SS) is the estimation of the position of satellite i in grid j using the estimated matrix SS. At the end of this stage, each position candidate must have an estimate that represents the angle that indicates the visibility of the satellite, and therefore how likely is the candidate's position to be close to solving the navigation task. After determining the configuration and estimating the visible satellites, invisible satellites are evaluated for each candidate node in the navigation task solution. The last step is to determine the situation with the help of the scores obtained by comparing the candidates with the sample.
EFFECT: improved accuracy.
1 dwg

Description

Изобретение относится к радионавигации, предназначено для повышения точности определения координат объектов в условиях плотной городской застройки и в гористой местности. The invention relates to radio navigation, is intended to improve the accuracy of determining the coordinates of objects in dense urban and hilly terrain.

Суть способа заключается в повышении точности местоопредления с использованием сигналов глобальных спутниковых навигационных систем с помощью учета сигналов с прямой и непрямой линии видимости в условиях городской застройки и гористой местности. The inventive method consists in increasing the accuracy mestoopredleniya signals using a global satellite navigation systems by taking into account signals from the direct and indirect line of sight in urban areas and mountainous terrain.

Для реализации способа предложен алгоритм, который состоит из автономного этапа (1 фиг. 1) и активного этапа (2 фиг. 1). algorithm is provided for carrying out the method, which consists of auxiliary stages (1 of FIG. 1) and the active phase (2 of FIG. 1).

В автономной фазе формируются границы зданий на сетки местоположений. The autonomous phase boundaries are formed buildings on the grid locations. Граница зданий строится с перспективы положения ГНСС пользователя, край здания определяется для каждого азимута (от 0 до 360°) в виде серии углов. The boundary of the buildings constructed from the perspective of the user GNSS position, the edge of the building is determined for each azimuth (from 0 to 360 °) in the form of a series of corners. Результат этого этапа показывает, где расположены края зданий в пределах небесной координатной сетки. The result of this stage shows where the edge of the buildings within the celestial grid. Как только определена граница относительно небесной координатной сетки, она может быть сохранена и легко повторно использована в онлайн фазе для предсказания видимости спутника простым сравнением высоты спутника с высотой здания в том же азимуте. Once defined the boundary with respect to the celestial grid, it can be saved and easily re-used in the online phase for the prediction of satellite visibility simple comparison of the satellite height to the height of the building in the same azimuth. Кроме того, на данном шаге сохраняются последние доступные данные, полученные с помощью стандартного позиционирования (SPP). Furthermore, in this step are stored the latest available data received via a standard ranking (SPP). Данная информация необходима для получения эфемерид ГЛОНАСС и GPS, определения пространства, в котором необходимо производить поиск решения навигационной задачи. This information is needed to obtain ephemeris of GLONASS and GPS, determine the space in which it is necessary to search for solutions navigational task.

В активной фазе поиска решения из 3D модели города (А фиг. 1) выгружаются здания на небесную координатную сетку (Е фиг. 1). In the active search phase of the decision of the 3D city model (A Fig. 1) are discharged buildings on the celestial grid (E Fig. 1). Данные границы позволяют уменьшить область поиска решения навигационной задачи, так как принимается, что пользователь находится на улице (Д фиг. 1) These boundaries can reduce the search area navigation solution, since it is assumed that the user is on the street (D Fig. 1)

На первом шаге активной фазы поиска решения определяется область, в которой находятся вероятные решения местоположения в затененной области (Ж фиг. 1). In the first phase, solutions of the active search step defines the area in which the solutions are likely locations shaded area (F of FIG. 1). Область поиска определяется на основе первоначального положения, генерируемого на первом шаге определения координат на ЛПВ спутниках (Б, В фиг. 1). The search area is determined based on the initial position generated at the first step in determining the coordinates LOS satellites (B, Fig. 1). Простейшей реализацией является фиксированная окружность с центром в известной координате, однако здесь могут применятся и более совершенные алгоритмы позиционирования (З фиг. 1). The simplest implementation of a fixed circle with the center at a known coordinate, but can be applied here and improved ranking algorithms (Z Fig. 1).

Например, если исходное положение генерируется с использованием обычного решения ГНСС, геометрия сигнала и, следовательно, точность позиционирования будут намного лучше вдоль направления улицы, чем через улицу. For example, if the original position is generated using conventional solutions GNSS signal geometry and therefore the positioning accuracy will be much better along the streets, than outside. Связано это с влиянием городского ландшафта на геометрию распространения сигнала. This is due to the influence of urban landscape on the geometry of the propagation. Сигналы, идущие перпендикулярно улице, имеют больше шансов быть заблокированными, чем сигналы, идущие вдоль улицы. The signals perpendicular to the street, are more likely to be blocked than the signals coming down the street. Таким образом, традиционное решение GNSS имеет меньшую точность перпендикулярно улице и более высокую точность вдоль улицы, таким образом можно дополнить алгоритм поиска в затененной области. Thus, the traditional GNSS solution is less accurate perpendicular to the street, and a high precision along the street, so you can supplement the search algorithm in the shaded area.

На втором шаге полученная область разбивается на сетку, в узлах которой находятся предполагаемые решения навигационной задачи (И фиг. 1). In the second step, the resulting area is divided into a grid, wherein the nodes are estimated navigational solutions of the problem (and FIG. 1). Параметры шага определяются настройками пользователя в зависимости от требуемой точности решения. Step parameters are defined by user settings, depending on the required accuracy of the solution. Однако они ограничены вычислительными возможностями техники по отношению к скорости решения навигационной задачи. However, they are limited computing power technology in relation to the speed of navigation. В результате данного этапа получается матрица с возможными решениями навигационной задачи (кандидат-решениями) (К фиг. 1). As a result of this step is a matrix with possible solutions navigation task (candidate-decisions) (C of FIG. 1).

На третьем шаге осуществляется сравнение высоты спутника вероятной позиции с высотой границы зданий в том же азимуте (Л фиг. 1). The third step is performed satellite altitude comparison probable position of the height of buildings in the border the same azimuth (A Fig. 1). Спутник будет виден, если он находится над границей определенного известного здания. The satellite will be visible, if it is above a certain limit famous buildings. Таким образом, получается конфигурация видимых и невидимых спутников для каждого кандидат-решения (Н фиг. 1). Thus, a configuration of the visible and invisible satellites for each candidate solution (H of FIG. 1).

На четвертом шаге оценивается сходство между прогнозируемой видимостью (Л фиг. 1) и фактически наблюдаемой (М фиг. 1). The fourth step is estimated similarity between the predicted visibility (A Fig. 1) and the actually observed (M of FIG. 1). Кандидат позиции с лучшим совпадением будет взвешиваться выше в решении при затененной задаче (О фиг. 1). position candidate with the best match will be weighted higher in solving the problem at the shaded (D Fig. 1). Существуют два этапа вычисления оценки для кандидата позиции. There are two stages of calculating estimates for the position of the candidate. Во-первых, определение по оценочным схемам о наблюдаемом угле. Firstly, the definition of a grading system on the observed angle. Во-вторых, функция оценки выдает положение между наблюдаемым сигналом и его оценкой. Secondly, the evaluation function gives the position between the observed signal and its estimate. Она описывается формулой 1. It is described by the formula 1.

Figure 00000001

где Where

Figure 00000002
- оценка позиции для точки сетки j, - assessment of the position of the grid point j,

Figure 00000003
- оценка положения спутника i в сетке - assessment of the satellite i in the grid
Figure 00000004
с помощью оценочной матрицы SS. SS via an evaluation matrix.

К концу этого этапа каждый кандидат положения должен иметь оценку, которая представляет угол, который указывает на видимость спутника, и, следовательно, насколько высока вероятность того, что данный кандидат позиции близок решению навигационной задачи (П фиг. 1). By the end of this step, each candidate must have a position estimate, which represents an angle that points to the visibility of the satellite, and therefore how likely it is that a candidate active position close navigation solution (II Fig. 1). После определения конфигурации и оценки видимых спутников производится оценка невидимых спутников для каждого узла кандидата в решении навигационной задачи. After determining the configuration and evaluation of visible satellites is assessed invisible satellites for each node in the navigation solution of the candidate. Согласно получаемой конфигурации данных ГНСС возможно определить невидимые спутники для уже определенных высот. According to data obtained by the GNSS configuration is possible to determine the invisible satellites have certain heights.

Последний шаг в решении затененной навигационной задачи - определение положения с помощью полученных балльных оценок (Р фиг. 1). The last step in the solution of the navigation problem shaded - determination of position using the obtained scores (Figure 1 F.). На этом шаге у каждого кандидат-решения присутствуют две матрицы с видимой и невидимой конфигурацией спутников для каждой из систем спутниковой навигации. In this step, each candidate solution contains two matrices with visible and invisible satellite configuration for each satellite navigation systems. Кроме того, присутствует реально наблюдаемая конфигурация видимых и невидимых спутников. Furthermore, there is observed actual configuration of visible and invisible satellites. В области поиска решения навигационной задачи определяются кандидаты с наибольшим совпадением предсказанной видимости спутников и реально наблюдаемой. In the search for solutions navigation tasks defined candidate with the highest coincidence predicted satellite visibility and the actually observed. Среди данных кандидат-решений выбирается решение навигационной задачи. Among these candidate solutions selected navigation solution. Для этого используется метод соседних k-решений для определения местоположения путем усреднения максимальных значений в сетках позиционирования. For this purpose the method of the adjacent k-making to determine location by averaging the maximum values ​​in the positioning grids. При такой системе оценки баллы принимают целые или полуцелые значения. In such a system evaluation scores are integers or half-integer values. Таким образом, несколько точек сетки обычно разделяются высоким баллом. Thus, some grid points are usually separated by a high score. Точки сетки с наивысшими баллами считаются ближайшими соседями. mesh point with the highest scores are considered to be the closest neighbors. Для вычисления координат для L ближайших соседей используются формулы (2) и (3) To calculate the coordinates for the nearest neighbors are used L of formula (2) and (3)

Figure 00000005

Figure 00000006

где N, E - координаты приемника, where N, E - receiver coordinates,

n i и е i - координаты точек сетки с наивысшей i оценкой позиции. n i and e i - coordinates of the grid points with the highest i position estimate.

Claims (1)

  1. Способ местоопределения подвижных и неподвижных объектов при помощи сигналов глобальных навигационных спутниковых систем, отличающийся тем, что повышается точность позиционирования за счет учета сигналов спутников с прямой и непрямой линии видимости; Positioning Method moving and stationary objects using the signals of global navigation satellite systems, characterized in that the positioning accuracy is increased by taking into account the signals of satellites with direct and indirect line of sight; при этом в предложенном способе учитываются конфигурации видимых и невидимых спутников для поиска возможных кандидат-решений с учетом ландшафта местности; while in the proposed method takes into account the configuration of the visible and invisible satellites to search for possible candidate solutions, taking into account the topography; данный способ состоит из автономной и активной фазы; the method consists of an autonomous and active phase; на автономном этапе формируются границы зданий на сетки местоположений; on a standalone stage forms the border of buildings on the grid locations; в активной фазе определяется область, в которой находятся вероятные решения местоположения в затененной области, причем область поиска определяется на основе первоначального положения, генерируемого на первом шаге определения координат на ЛПВ (линия прямой видимости) спутниках; in the active phase is determined by the area in which the solutions are likely locations shaded area, wherein the search region is determined based on the initial position generated at the first step in determining the coordinates of LOS (line of sight) satellites; на третьем шаге осуществляется сравнение высоты спутника вероятной позиции с высотой границы зданий в том же азимуте; the third step is carried out a comparison of the probable height of the satellite position with the height of buildings in the border the same azimuth; на четвертом шаге оценивается сходство между прогнозируемой видимостью и фактически наблюдаемой таким образом, что находится кандидат-решение с лучшей геопозицией, которая описывается формулой: in the fourth step is estimated similarity between the predicted and the actually observed visibility so that there is a candidate with the best solution geopozitsiey, which is described by the formula:
    Figure 00000007
    , где where
    Figure 00000008
    - оценка позиции для точки сетки j, - assessment of the position of the grid point j,
    Figure 00000009
    - оценка положения спутника i в сетке j с помощью оценочной матрицы SS; - evaluation of satellite position i in mesh j SS via an evaluation matrix; после определения конфигурации и оценки видимых спутников производится оценка невидимых спутников для каждого узла-кандидата в решении навигационной задачи; after determining the configuration and evaluation of visible satellites is assessed invisible satellites for each candidate node in the navigation solution; и последний шаг в решении навигационной задачи: определение положения с помощью полученных балльных оценок путем сопоставления их оценок. and the last step in solving navigation tasks: determining the position using the obtained scores by comparing their estimates.
RU2016126614A 2016-07-01 2016-07-01 Method of local determination of mobile and fixed objects with signals of global navigation satellite systems RU2629702C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016126614A RU2629702C1 (en) 2016-07-01 2016-07-01 Method of local determination of mobile and fixed objects with signals of global navigation satellite systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016126614A RU2629702C1 (en) 2016-07-01 2016-07-01 Method of local determination of mobile and fixed objects with signals of global navigation satellite systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2629702C1 true RU2629702C1 (en) 2017-08-31

Family

ID=59797946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016126614A RU2629702C1 (en) 2016-07-01 2016-07-01 Method of local determination of mobile and fixed objects with signals of global navigation satellite systems

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2629702C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2331082C2 (en) * 2001-12-27 2008-08-10 Квэлкомм Инкорпорейтед Using mobile station for determining parameters of location of base station in cordless mobile communication system
RU2494411C2 (en) * 2002-10-17 2013-09-27 Квэлкомм Инкорпорейтед Method and apparatus for improving accuracy of radar location using measurements

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2331082C2 (en) * 2001-12-27 2008-08-10 Квэлкомм Инкорпорейтед Using mobile station for determining parameters of location of base station in cordless mobile communication system
RU2494411C2 (en) * 2002-10-17 2013-09-27 Квэлкомм Инкорпорейтед Method and apparatus for improving accuracy of radar location using measurements

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Рябов И.В., Толмачев С.В., Чернов Д.А. Разработка алгоритма повышения точности местоопределения в условиях городского ландшафта с использованием сигналов GPS и ГЛОНАСС // Труды конференции DSPA-2014. - Москва, 2014. - С. 355-359. *
Рябов И.В., Чернов Д.А. Применение процессора 1892ВМ10Я для повышения точности определения координат глобальной навигационной системы.//Вестник ПГТУ, 2012. Davidson P, Colleen J. Enhanced transport positioning in the urban region. - Dynamic systems: measuring and control. 2004, 126. P.255-264. *
Рябов И.В., Чернов Д.А. Применение процессора 1892ВМ10Я для повышения точности определения координат глобальной навигационной системы.//Вестник ПГТУ, 2012. Davidson P, Colleen J. Enhanced transport positioning in the urban region. - Dynamic systems: measuring and control. 2004, 126. P.255-264. Рябов И.В., Толмачев С.В., Чернов Д.А. Разработка алгоритма повышения точности местоопределения в условиях городского ландшафта с использованием сигналов GPS и ГЛОНАСС // Труды конференции DSPA-2014. - Москва, 2014. - С. 355-359. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7868821B2 (en) Method and apparatus to estimate vehicle position and recognized landmark positions using GPS and camera
Ochieng et al. Map-matching in complex urban road networks
JP5741115B2 (en) Positioning apparatus, a positioning method, a program, and a recording medium
Georgy et al. Modeling the stochastic drift of a MEMS-based gyroscope in gyro/odometer/GPS integrated navigation
Georgy et al. Low-cost three-dimensional navigation solution for RISS/GPS integration using mixture particle filter
US20080033645A1 (en) Pobabilistic methods for mapping and localization in arbitrary outdoor environments
US8645060B2 (en) Positioning network availability and reliability based routing
US8447519B2 (en) Method of augmenting GPS or GPS/sensor vehicle positioning using additional in-vehicle vision sensors
US20110274343A1 (en) System and method for extraction of features from a 3-d point cloud
EP2149056B1 (en) Positioning device, method and program with absolute positioning and relative positioning modes
KR101347494B1 (en) Enhanced database information for urban navigation
Groves Shadow matching: A new GNSS positioning technique for urban canyons
US8362949B2 (en) GPS and MEMS hybrid location-detection architecture
EP2144038A2 (en) Inertial measurement using an imaging sensor and a digitized map
JP6262236B2 (en) Estimation and prediction of the structure in close proximity to the mobile device
Hsu et al. 3D building model-based pedestrian positioning method using GPS/GLONASS/QZSS and its reliability calculation
US20140207368A1 (en) Variable Density Depthmap
US7768441B2 (en) Geodesy via GPS and INSAR integration
JP2010534849A (en) Determining method and apparatus the position
Groves et al. Intelligent urban positioning using multi-constellation GNSS with 3D mapping and NLOS signal detection
Carreno et al. A survey on terrain based navigation for auvs
Wang et al. Multi-constellation GNSS performance evaluation for urban canyons using large virtual reality city models
US8825375B2 (en) Snap-to-road using wireless access point data
US7577526B2 (en) Method for determining an initial position in a navigation system
JP2009525491A (en) The method used in conjunction local positioning system, the local rtk system, and regional, wide-band, or global carrier-phase positioning system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180702