伪卫星室内定位结构化多径误差建模研究

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在室内定位中,伪卫星定位系统具有布置灵活、成本低、能兼容GNSS卫星定位系统等优势,还能够解决GNSS卫星信号在室内缺失的问题。但是伪卫星室内定位中会遇到多径信号的干扰,产生多径误差,还会因为站星距离较短导致传统定位解算方法产生线性化误差,放大多径误差,影响定位精度。针对上述问题,本文研究并提出一种伪卫星室内定位结构化多径误差建模方法,此方法主要提取并分析了伪卫星室内定位中的多径误差,根据特性分析结果利用合适的非线性回归算法构建伪卫星室内多径误差模型,并分析伪卫星室内线性化误差特性,利用无迹卡尔曼滤波算法抑制线性化误差,最后利用伪卫星室内多径误差模型抑制多径误差。论文主要的研究工作和成果如下:(1)提取伪卫星室内定位中的多径误差并分析误差特性。研究了伪卫星室内定位中伪距多径误差提取方法和基于静态模糊度初始化算法的载波多径误差提取方法,根据理论分析、仿真实验和部分实测实验分析多径误差与时间、载噪比、几何位置与反射面反射系数的关系,分析得到多径误差受接收机的几何位置的影响,也受到反射面反射系数的影响,并且载波多径误差在时域上更为稳定的结论。(2)提出了伪卫星室内定位结构化多径误差建模方法。为了构建得到准确的伪卫星室内定位结构化多径误差模型用于多径误差抑制,本文根据多径误差特性分析结果,选择接收机坐标为输入变量、载波双差多径误差为输出变量来构建结构化多径误差模型。为选择最优的非线性回归建模方法,本文对比不同的非线性回归算法建模效果,利用数学模型与实测数据进行测试,最终结果表明:采用留一法优化参数后的基于径向基核函数支持向量回归算法构建的伪卫星室内结构化多径误差模型精度最高。(3)提出了伪卫星室内定位线性化误差处理方法。通过理论分析可发现,伪卫星发射天线距离接收机的距离误差以及接收机坐标误差均会对线性化误差产生影响,且线性化误差会放大多径误差。利用伪卫星室内定位实测数据验证表明,当收机坐标误差越大且卫星距离接收机的距离越小时,线性化误差越大。针对伪卫星室内定位中线性化误差问题,采用无迹卡尔曼滤波解算方法,当接收机坐标误差相对较大时,该方法收敛速度和整体精度显著优于GNSS定位解算中常用的扩展卡尔曼滤波算法。(4)研究了伪卫星室内定位多径误差抑制方法。针对伪卫星室内定位中的多径误差问题,本文提出伪卫星室内指纹定位方法和顾及结构化多径误差改正的伪卫星室内定位方法,通过室内实测数据验证表明,基于载噪比和载波双差指纹库的伪卫星室内定位方法略优于基于载波双差指纹库的伪卫星室内定位方法,指纹定位方法比较稳定但误差偏大,不适合训练样本点较少的伪卫星室内定位;采用留一法优化参数后的基于径向基核函数支持向量回归算法构建出的多径误差模型对多径误差抑制效果最好,定位精度高于其他非线性回归算法模型。最后利用顾及结构化多径误差改正的伪卫星室内定位算法,设计开发了相应的伪卫星数据质量分析软件。
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