鱼眼图像辅助下的低成本GPS城市区域定位研究

发布时间：2020-11-06 00:56

　　 随着城市环境中,一系列依赖于高精度定位服务的应用需求激增,如何提高低成本GNSS定位终端在城市区域的定位表现成为了一个热点研究课题。在建筑物密集且环境复杂的城市区域中,包括多路径干涉和非直射(non-line-of-sight,NLOS)信号的多路径效应会严重影响低成本终端的性能。为了低成本终端在城市区域中的定位能有更好的表现,本文以GPS和搭载双频定位芯片的智能手机终端为研究对象,围绕多路径效应的处理方法,展开了以下研究:1、研究了基于视觉的NLOS信号判别方法。结合移动定位终端,搭配手机鱼眼镜头来获取周围近似于半球的环境遮挡情况,探索了低成本、高集成度的数据采集模式。实现了基于测地膨胀的K-means遮挡分割策略,该策略首先使用膨胀形态学重建平滑了图像局部信息,在此基础上使用了K-means聚类算法对图像进行分割。通过实验,验证了此算法在低成本手机鱼眼镜头获取的图像上可以有效地分割出遮挡区域,达到结合鱼眼图像进行NLOS信号判别的目的。2、研究了加权模型对多路径效应的抑制效果。介绍了三种经典的加权模型,并进行了多次实验分析不同模型对于定位精度提升的帮助。基于其中效果较好的综合加权模型,探讨了NLOS信号降权策略对于定位精度的提升效果。3、研究了NLOS信号的改正算法。首先介绍了基于三维地图的城市峡谷(Urban Trench)算法,针对此算法中需预先估计接收机至左侧建筑物的距离与道路总宽度之比P的问题,提出了FE-Urban Trench算法。该算法结合综合加权模型,利用鱼眼镜头获取的天空图来辅助P值的估计,从而对NLOS信号进行改正,提高了跨街方向上的精度。经过多次实验验证,此算法在一定程度上能改善城市区域中的多路径效应问题。4、研究了L1L5双频融合对于智能手机终端定位性能提升的效果。在FE-Urban Trench算法的基础上,结合GPS中抗多路径性能较好的L5信号,以对L5升权的策略提出了基于双频融合的FE-Urban Trench算法,较传统伪距改正算法加入了对多路径干涉进行抑制的考虑。通过静态和动态实验,验证该算法对于定位精度有提升效果,得出了此策略能显著抑制城市多路径效应的结论。
【学位单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TP391.41;P228.4
【部分图文】：

华东师范大学硕士学位论文232、相机坐标系至虚拟传感器平面坐标系投影()msmsmxxyyzfr（2-43）其中，01()=NNfraarar，22=ssrxy。为尺度因子。=[]TsssPxy为对应点在虚拟传感器平面上的投影结果。3、虚拟传感器平面坐标系至图像坐标系投影1isoisoxcdxxyeyy（2-44）其中，c、d、e分别为投影的仿射变换参数，(,)ooxy为图像中心点坐标。=[]TiiiPxy为图像坐标系上对应点的坐标。本文使用了小天手机外置鱼眼镜头，将其安装于小米8手机的后置摄像头之上进行鱼眼图像的采集。外置鱼眼镜头与安装情况如下图2-6所示。图2-6手机外置鱼眼镜头Fig.2-6Externalfish-eyelensformobilephone基于matlab自带的鱼眼标定工具箱，使用棋盘标定板对该鱼眼镜头进行了成像模型的参数计算。得到该镜头f(r)多项式的投影参数如下表2-3所示。

遮挡

华东师范大学硕士学位论文30即载体坐标系先按Z轴旋转ψ度，再绕X轴旋转θ度，最后绕Y轴旋转度。按此原则，对航向角、俯仰角和横滚角的定义如图3-2。1)航向角ψ:当载体绕ObZb轴转动时，ObYb轴参考坐标系平面Xn-O-Yn上的投影ObYb′与OnYn轴的夹角即为航向角，其值域为0°至360°。2)俯仰角θ:当载体绕ObXb轴转动时，ObYb轴参考坐标系平面Zn-O-Yn上的投影ObYb′′与OnYn轴的夹角即为俯仰角，其值域为-90°至90°。3)横滚角:当载体绕ObYb轴转动时，ObZb轴参考坐标系平面Zn-O-Xn上的投影ObZb′与OnZn轴的夹角即为横滚角，其值域为-180°至180°。图3-2智能手机姿态角描述Fig.3-2Descriptionfortheattitudeangleofsmartphone如下式（3-10）至（3-12）用方向余弦矩阵来描述绕三轴旋转的基本旋转矩阵：100()0cos()sin()0sin()cos()xc（3-10）ycos()0sin()()010sin()0cos()c（3-11）cos()sin()0()sin()cos()0001zc（3-12）
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本文编号：2872438