一种gps多径效应改正定位方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及GPS (全球定位系统）定位技术领域，更具体地说，涉及一种GPS多径 效应改正定位方法和系统。
【背景技术】
[0002] GPS技术对定位技术发展起着革命性的意义。GPS可在全天候提供高精度的导航 定位。随着GPS接收机的价格日益降低，现在大量手机中已经装入了 GPS接收机，而且接收 机的灵敏度越来越高。
[0003] 但在城市环境中，由于大量建筑对GPS信号的反射，造成很强的多径效应，使得 GPS定位精度极具下降，有时定位误差可达200米。多年来，各国科学家在对多径效应对GPS 定位精度的影响方面做了大量的研究，并主要通过以下方法进行改进：1)改进GPS接收机 内的接收环路算法，以减小多路径效应的影响；2)通过各种滤波技术，减少含多径效应的 卫星观测量对最后定位结果的影响。但是，这些方法较为复杂，且仍然具有较大的误差。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有GPS定位的多径效应改进方法复杂且效 果不佳的缺陷，提供一种直接根据反射信号与直接信号的距离差计算位置改正数对位置进 行改正的GPS多径效应改正定位方法和系统。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种GPS多径效应改正定位方 法，包括以下步骤：
[0006] S1、根据接收机测量的GPS伪距观测量计算接收机的初始位置；
[0007] S2、根据估计的反射信号与直接信号的距离差计算位置改正数；
[0008] S3、根据所述接收机的初始位置和位置改正数得到改正后的位置。
[0009] 在根据本发明所述的GPS多径效应改正定位方法中，所述步骤S2中通过以下公式 计算位置改正数：
[0010]
[0011] 其中，A为由卫星位置坐标和接收机初始坐标决定的卫星系数矩阵；Δ = (δ?, 5 2,........，S η)Τ ;η为卫星数量；S i为估计的接收机收到的第i个卫星反射信号 与直接信号的距离差，i = 1，2,…，η ;当第i个卫星反射信号的信噪比S/N大于预设值时， S i = 0 ;当信噪比S/N小于预设值时，计算反射信号与直接信号的距离差δ i。
[0012] 在根据本发明所述的GPS多径效应改正定位方法中，所述步骤S2中根据所述接收 机所处位置的建筑物高度、街道宽度以及对应卫星的天顶角计算所述反射信号与直接信号 的距离差。
[0013] 在根据本发明所述的GPS多径效应改正定位方法中，所述步骤S2中根据所述接收 机所处位置的建筑物平均高度计算所述反射信号与直接信号的距离差。
[0014] 在根据本发明所述的GPS多径效应改正定位方法中，所述方法还包括在步骤S3之 后执行的步骤：
[0015] S4、利用三维城市模型，查找所述步骤S3得到的改正后的位置处的建筑物高度和 街道宽度的数据；
[0016] S5、根据所述步骤S4查找得到的建筑物高度和街道宽度的数据与对应卫星的天 顶角计算反射信号与直接信号的距离差，并求解位置改正数；
[0017] S6、根据步骤S3得到的改正后的位置和步骤S5得到的位置改正数得到再次改正 后的位置。
[0018] 本发明还提供了一种GPS多径效应改正定位系统，包括：
[0019] 初始位置计算单元，用于根据接收机测量的GPS伪距观测量计算接收机的初始位 置；
[0020] 第一改正数计算单元，用于根据估计的反射信号与直接信号的距离差计算位置改 正数；
[0021] 第一位置改正单元，用于根据所述接收机的初始位置和位置改正数得到改正后的 位置。
[0022] 在根据本发明所述的GPS多径效应改正定位系统中，所述第一改正数计算单元通 过以下公式计算位置改正数：
[0023] Δ X = (ATA) JAT Δ ；
[0024] 其中，Α为由卫星位置坐标和接收机初始坐标决定的卫星系数矩阵；Δ = (δ?, 5 2,........，S η)Τ ;η为卫星数量；S i为估计的接收机收到的第i个卫星反射信号 与直接信号的距离差，i = 1，2,…，η ;当第i个卫星反射信号的信噪比S/N大于预设值时， S i = 0 ;当信噪比S/N小于预设值时，计算反射信号与直接信号的距离差δ i。
[0025] 在根据本发明所述的GPS多径效应改正定位系统中，所述第一改正数计算单元根 据所述接收机所处位置的建筑物高度、街道宽度以及对应卫星的天顶角计算所述反射信号 与直接信号的距离差。
[0026] 在根据本发明所述的GPS多径效应改正定位系统中，所述第一改正数计算单元根 据所述接收机所处位置的建筑物平均高度计算所述反射信号与直接信号的距离差。
[0027] 在根据本发明所述的GPS多径效应改正定位系统中，所述系统还包括：
[0028] 数据查找单元，用于利用三维城市模型，查找所述第一位置改正单元得到的改正 后的位置处的建筑物高度和街道宽度的数据；
[0029] 第二改正数计算单元，用于根据所述数据查找单元查找得到的建筑物高度和街道 宽度的数据与对应卫星的天顶角计算反射信号与直接信号的距离差，并求解位置改正数；
[0030] 第二位置改正单元，用于根据所述第一位置改正单元得到的改正后的位置和所述 第二改正数计算单元得到的位置改正数得到再次改正后的位置。
[0031] 实施本发明的GPS多径效应改正定位方法和系统，具有以下有益效果：本发明根 据估计的反射信号与直接信号的距离差计算位置改正数，进而对接收机的位置进行改正， 减小了多径效应，使得GPS在城市建筑密集区的定位精度大大提高，并且本发明的方法简 单，成本低廉，可以直接用于GPS手机的定位模式。
【附图说明】
[0032] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0033] 图1为根据本发明优选实施例的GPS多径效应改正定位方法流程图；
[0034] 图2为接收机接收到的卫星反射信号示意图；
[0035] 图3为根据本发明优选实施例的GPS多径效应改正定位系统的框图。
【具体实施方式】
[0036] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。
[0037] GPS在城市环境应用中，由于建筑物的阻挡，GPS接收机接收到的卫星信号本身就 是反射信号。这会造成GPS在城市环境中定位产生很大的误差。本发明针对这类情况，提 出了一种适用于在GPS城市定位减小多径效应的新方法，使得GPS在城市建筑密集区的定 位精度大大提高。本发明可以直接用于GPS手机的定位模式。
[0038] 请参阅图1，为根据本发明优选实施例的GPS多径效应改正定位方法流程图。如图 1所示，该实施例提供的GPS多径效应改正定位方法包括以下步骤：
[0039] 首先，在步骤S1中，根据接收机测量的GPS伪距观测量计算接收机的初始位置。
[0040] 假设线性化GPS伪距观测量的方程为：
[0041] AX = L = L〇+ Δ +e ； (1)
[0042] 式中A为系数矩阵，由卫星位置坐标和接收机初始坐标决定。X是位置矢量。L是 GPS伪距观测量，L。为无误差观测量。Λ为由于反射信号引起的误差，e是GPS伪距观测量 的所有其他误差矢量。该GPS伪距观测量为伪距或载波相位信号。
[0043] 由公式⑴可知，当接收机的GPS伪距观测量已知时，可以通过以下公式计算接收 机的初始位置：
[0044]
(2)
[0045] 当在移动终端如手机中内置GPS接收机时，便可以通过公式（2)根据接收机测量 的GPS伪距观测量计算接收机的初始位置。
[0046] 随后，在步骤S2中，根据估计的反射信号与直接信号的距离差计算位置改正数。
[0047] 优选地由该步骤S2中通过以下公式计算位置改正数：
[0048] Δ X = (ATA) JAT Δ ； (3)
[0049] 其中，Α为由卫星位置坐标和接收机初始坐标决定的卫星系数矩阵；Λ = (δ 1, δ 2,........, δ η)τ ;η 为卫星数量。
[0050] δ i为估计的接收机收到的第i个卫星反射信号与直接信号的距离差，i = 1，2,…，η。当第i个卫星反射信号的信噪比S/N大于预设值kl时，认为该信号为直接信 号，所以上述第i个卫星反射信号与直接信号的距离差S i = 0 ;当信噪比S/N小于预设值 kl时，认为该信号为反射信号，通过一定的方法计算反射信号与直接信号的距离差δ i。
[0051] 最后，在步骤S3中，根据接收机的初始位置和位置改正数得到改正后的位置。
[0052] 由公式（1)可以推导出
[0053]
(4)
[0054] 因此，可以通过以下公式根据接收机的初始位置和位置改正数计算改正后的位 置：
[0055]
(5)
[0056] 在本发明的第一个优选实施例中，上述步骤S2中可以根据接收机所处位置的建 筑物高度h、街道宽度D以及对应卫星的天顶角α来计算反射信号与直接信号的距离差，作 为估计的反射信号与直接信号的距离差。
[0057] 请参阅图2,为接收机接收到的卫星反射信号示意图。如图2所示，0点为接收机 的位置，本发明中假设接收机位于两栋高度相等的建筑物之间的街道中线上。由于卫星的 直接信号被建筑物遮挡，接收机接收的实际信号其实是经过建筑物反射后的反射信号，因 此其信号传播的距离比直接信号长。如果不进行改正，将造成GPS定位的误差。
[0058] 假设街道宽度为D，建筑物高度为h。因此接收机可接收的卫星的直接信号的最 大天顶角为当卫星的天顶角α>α〇时，卫星信号将会被建筑物遮挡。在实 2h 际情况下，我们可以用接收的卫星信号信噪比S/Ν来判断接收信号是直接信号还是反射信 号。当S/N大于预设值kl时，可以认为接收的信号为反射信号。
[0059] 根据图2可以计算直接信号与反射信号的距离差δ i :
[0060] δ i = 0C-0D ；
[0061] 设卫星天顶角为 α > α 〇, si = 0A，s2 = 0B，s3 = AC，s4 = AB，s5 = 0D，s6 = 0C ;
[0062]
(6)
[0063] s2 = slcos ( a - a 〇) ； (7)
[0064]
(8)
[0065] s4 = slsin ( a - a 〇) ； (9)
[0066] s5 = s2_s3 ; (10)
[0067]
(11)
[0068] 反射信号与直接信号的距离差为δ i :
[0069] δ i = s6_s5 ; (12)
[0070] 通过上述公式可以根据接收机所处位置的建筑