论文部分内容阅读
全球卫星定位导航系统(GNSS)经过五十多年的发展,已然成为当今社会一项不可或缺的高端技术,为各种军事活动与日常生活提供位置信息与精密授时的服务。然而,高楼林立的城市环境会引起严重的信号多径效应,进而使得导航接收机的定位与授时精度大幅降低。 本文研究了适用于都市环境的GNSS多径模型,提出了一种基于数据后处理的接收机自主完好性监测(RAIM)方法,以实现对导航多径信号的抑制。本文的主要内容有以下三个方面: 首先,本文提出了一种适用于都市环境下改进的GNSS多径正演模型。本模型从最基本的直射和反射信号入手,定义了干涉信号和误差信号,充分考虑了导航信号的极化方式、传播途径、天线响应、反射距离、反射物材质以及表面粗糙度等因素,并得到了在不同接收信号仰角下,多径效应对信噪比、载波相位、编码伪距的影响。进一步,本文采集了大量的实测多径观测数据校验了此模型仿真结果,对模型拟合性能进行了分析。 其次,本文基于部分可见星定位结果,提出了一种能够检测多个粗差观测量的接收机自主完好性监测算法。该算法通过选取部分可见卫星观测值的组合,以此进行最小二乘的粗略定位,并用此定位结果作为接收机先验位置来计算伪距残差,构建RAIM检测统计量。为了保证粗略的最小二乘定位结果精度,以满足后续RAIM方法对伪距残差检测统计量的构造要求,本文还提出了一种鲁棒性的最小平方中值法来对此先验位置进行精度估计,并从理论上推导与分析了相应的门限值。本文随后利用仿真与实测数据,将所提出的方法与传统最小二乘伪距残差检测法进行了性能对比。测试实验结果表明,在复杂环境下,本文所提出的基于部分可见星的RAIM方法对故障卫星的漏排除率比传统最小二乘伪距残差检测方法更低(实验中降低了7.77%),对应的定位精度也有显著改善。 最后,本文进一步改进了所提出的基于部分可见星的RAIM方法,以使其实现对多径信号的抑制。为了提高先验位置精度,改进后的方法引入了串行更新的扩展卡尔曼滤波算法,重新推导相关检测阈值,使得先验位置精度能满足RAIM方法后续对多径所引起的伪距偏差的检验要求。随后,利用所提出的基于都市环境的GNSS多径模型的仿真数据以及相关实测数据,本文对改进的RAIM方法进行了校验与分析。实验结果表明,改进后的RAIM方法比基于部分可见星的RAIM方法对多径的检测更有效(实验中多径检测率提升了40.76%)。