一種提高城市峽谷環境下接收機定位性能的新方法——GNSS信號預報 - 最新動態 - 恒景動態 - 武漢恒景

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恒景動態

一種提高城市峽谷環境下接收機定位性能的新方法——GNSS信號預報

在城市的高層建筑密集區，由于GNSS信號容易受到遮擋，無人機和自動駕駛車輛的GNSS定位精度會急劇下降，然而GNSS信號預報為解決該問題提供了一個絕佳的方案。

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注：該博客是ION GNSS+ 2022會議中發表的一篇論文的總結，該論文的標題為：基于GNSS Foresight的密集城市峽谷環境下的GNSS定位性能評估。

為了保證無人機和自動駕駛車輛在密集城市峽谷環境下的安全運行，需要克服一個重大的技術難題。

高層建筑和其他障礙物對GNSS直射徑信號產生的遮擋，使定位設備無法接收到可見星的折射徑信號，從而降低了GNSS的定位精度。雖然GNSS接收機可以使用信號處理算法來降低直射徑信號遮擋帶來的影響，但這一方法并不足以應付所有的復雜環境。

如果想在城市中使用應急無人機、巡邏無人機或自動駕駛車輛，尋找更好的解決方案迫在眉睫。

在思博倫，我們相信GNSS預報可以發揮關鍵作用——在外場測試中，我們發現GNSS預報可以完美地克服由于直射徑信號遮擋所引起的導航定位問題。

多徑信號會影響GNSS定位精度——任何接收機都無法回避的問題

GNSS接收機在城市峽谷環境中必須應對的一個重大挑戰就是多徑問題。當信號沒有被建筑物完全阻擋而是被反射或折射時，就會產生多徑信號。如果接收機無法充分消減多徑影響，接收機將無法解算出準確的位置信息。

許多接收機使用算法來檢測并過濾掉多徑信號，只考慮直射徑信號來進行定位。然而，當車輛處于建筑物更為密集的城市峽谷環境時，隨著多徑信號數量的急劇增加，接收機區分直射徑信號與多徑信號的難度也就更大了。

通常，接收機必須借助于慣性測量單元（例如加速度計、陀螺儀和輪速傳感器）來繼續計算其位置，但是這些傳感器只能在短時間內保持預期精度，隨后就會產生位置漂移。

GNSS預報在對抗多徑效應方面的價值

長期以來，思博倫一直堅信GNSS信號預報可以掃除多徑信號這一障礙，確保在復雜的城市峽谷環境下得到預期的衛星定位精度。如果GNSS接收機可以提前感知環境中哪些信號受到多徑的影響，其信號處理算法便可以更準確地區分直射徑信號和多徑信號，從而實現更準確的定位。

同樣，通過對環境中的GNSS信號進行提前準確地預測，自動駕駛車輛或無人機便可以采取對應措施來避開GNSS信號受到嚴重干擾的區域，或者在信號干擾期間切換到備用導航解決方案。

對于自動駕駛車輛或無人機的運營規劃來說，GNSS信號預報可以幫助運營商應對信號遮擋的問題。例如，在利用無人機進行建筑檢查時，可以首先對于無人機能夠安全飛行到建筑物四周的時間進行預測，隨后根據這一預測來安排檢查的時間表。

思博倫的GNSS Foresight可提供可靠的信號預報，從而提高接收機的定位性能

GNSS Foresight這一基于云平臺的GNSS信號預報解決方案目前提供了兩種預報形式，即實時預報和風險分析，為了證明GNSS Foresight解決方案的有效性與價值，思博倫在全球開展了多項測試，下圖便是某一測試的結果。

在印第安納波利斯進行的路測結果表明，在復雜的城市峽谷環境下，GNSS信號狀況的變化速度極快，同時接收機在面臨多徑信號環境時其定位精度也會急劇惡化。

上面的三張圖片顯示了測試路線的鳥瞰圖，路線從左側開始只有幾座低矮建筑物的空曠區域開始，然后進入建筑物密集的地區。在圖中可以看到，GNSS Foresight工具以熱力圖的形式來表示衛星信號的DoP值。綠色和黃色區域表示DOP值較小，定位精度高，而紅色和黑色區域表示DOP值較大，定位精度較低。紅圈標注的是進入城區前的紅綠燈路口。

最上面的圖片顯示了在測試開始前10分鐘的行駛路線信號狀況，當時路口的信號狀況非常好。然而，中間的圖片顯示出，在測試10分鐘后，由于導航衛星在天空中的位置發生了變化，導致路口處出現了更多的信號遮擋、更多的多徑的信號，從而使得DOP急劇增大。

藍線顯示了測試接收機在路測過程中所輸出的實際位置。當進入該路口時，輸出的位置立即受到多徑信號的影響，導致其精度顯著下降，而且在經過幾個街區之后都無法恢復——這對依賴GNSS定位的車輛來說這是一個重大的安全隱患。最下面的圖片顯示了10分鐘后的信號環境，可以看到同一區域的信號受到了更嚴重的遮擋，并產生了更復雜的多徑信號環境。

GNSS信號預報為解決城市峽谷多徑問題提供了有效的解決方案

測試結果表明，即使是多模多頻接收機也難以消減在密集城市環境中的多徑信號所帶來的影響，而信號預報則能有效地較少多徑信號的影響，從而大大提高接收設備的定位性能。

此外，所有對無人機和地面車輛進行測試所得的結果都表明，思博倫的GNSS Foresight所做的信號預測和生成的DOP值熱力圖與接收機與接收到的真實外場信號密切相關。思博倫十分樂于與GNSS相關設備的開發商及用戶分享和比較GNSS Foresight生成的數據，以證明Foresight工具預測的準確性和可靠性。

通過GNSS Foresight了解更多有關GNSS信號預測的信息

思博倫的GNSS Foresight能夠提前三天對GNSS信號進行準確地預測，從而為GNSS芯片開發商、無人車或無人機的運營商提供巨大的價值。

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