城市环境GPS多路径效应改正技术研究
发布时间：2021-06-29 08:03
城市环境中的GNSS定位应用,接收到来自镜面反射、绕射、漫反射等额外路径抵达的相干信号,同时受到多路径干涉与非直射信号（non-line-of-sight,NLOS）接收的影响,造成复杂的测距误差。大多数现有的多路径抑制技术将NLOS接收与多路径干涉所引起的误差分开讨论以简化问题,而在实际的城市环境中,多路径效应是多种误差共存并且相互作用的结果。因此,需要考虑综合性的应对方案。有学者将“直射信号以外的来自其他主动或被动激发源的相干信号对直射信号干扰产生的效应”定义为广义多路径,更全面深入地研究各种多路径效应。基于以上分析,本文在广义多路径框架下,以GPS系统为研究对象,研究城市环境下多种多路径的共性及综合效应,并提出相应的改正模型,主要研究内容如下:1)对不同类型多路径信号的作用机制、误差特性和相关计算方法进行研究,并对不同机制多路径信号造成的误差水平进行定性定量分析,最后实例分析了多路径信号根据其传播路径几何关系而具有的时空重复性。2)利用各种多路径的空间重复性,集成空间插值方法与多路径半天球图（multipath hemispherical map,MHM）,提出了综合应对城市环境...
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
论文组织结构图
2020届博士学位研究生学位论文122.2广义多路径信号传播路径及机理分析由于卫星信号发射源与接收机天线距离足够远，高频电磁波在抵达地面之前可视为局部平面波。无数束接近平行的GPS信号穿过电离层和大气层后来到地面上，其中直接抵达接收机天线的信号即为直射信号(LineofSightsignal,LOS)。直射信号由于未经阻挡，强度衰减较慢。与此同时其余信号经接触周围环境后路径发生改变，部分也能抵达地面接收天线。如图2-1所示，其中蓝色射线代表了GPS直射信号，红色射线代表了镜面反射的信号，绿色代表了漫反射信号，最右紫色代表绕射信号。本节探讨了不同环境特点引起的信号偏转的原理、性质以及对GPS信号造成的影响。图2-1卫星信号路径偏转示意图2.2.1直射信号根据几何光学的强度定律，电磁波延射线管传播的总能流为常数，因此可以确定场强沿射线的变化[65]。对于直射信号来说，参考点到观察点的入射场变化可表示为()=(0)√(11+)(22+)(2-1)A()=√(11+)(22+)(2-2)式中s表示入射射线经过的距离，为观察点的位置矢量，0为参考点的位置矢量,A()即为根据强度定律所得的扩散印子，代表了电磁波沿射线传播时由于能量扩散而产生的场强幅度衰减。1、2分别为入射波阵面的两个主曲率半径，对于平面波，其值均为无穷大，因此上式简化为
2020届博士学位研究生学位论文13()=(0)(2-3)2.2.2镜面反射信号图2-2所示为简化的镜面反射示意图，入射信号遇障碍平(曲)面发生偏转，代表入射信号的单位矢量，代表平(曲)面在反射点处的法向量，代表反射信号的单位矢量。为方便表示和计算，分别用和、和定义入射平面和反射平面单位矢，这样可以将反射点处的入射电场和反射电场分别分解为平行分量∥、∥和垂直分量⊥、⊥,此为射线坐标基。图2-2镜面反射示意图由电磁场的边界条件和Maxwell方程可推导得出如下式2-4、2-5所示著名反射定律，此处不再详细给出证明过程。反射定律反应了、和共面，且与和与夹角相等。=(2-4)×=×(2-5)根据以上结论，给定几何光学的入射信号方向和反射面法向量就很容易得到反射信号的射线轨迹，即=2()(2-6)由于在反射点Q处反射场与入射场的总切向电场等于零，反射电场可表示为：()=()(2-7)
【参考文献】：
期刊论文
[1]单历元PPP分析日本Mw9.0地震引起的我国东部沿海同震地表形变[J]. 沈飞,李建成,郭斐. 武汉大学学报(信息科学版). 2012(11)
[2]GPS衍射误差的小波多分辨分析模型的建立[J]. 慕洪涛,郭雷甫,顾贯永,张晓强. 河南理工大学学报(自然科学版). 2010(04)
[3]基于PPP动态定位技术的同震地表形变分析[J]. 方荣新,施闯,辜声峰. 武汉大学学报(信息科学版). 2009(11)
[4]线性回归方程中多重共线性诊断方法及其实证分析[J]. 马雄威. 华中农业大学学报(社会科学版). 2008(02)
[5]对多重共线性问题的探讨[J]. 鲁茂,贺昌政. 统计与决策. 2007(08)
[6]基于经验模式分解的滤波去噪法及其在GPS多路径效应中的应用[J]. 戴吾蛟,丁晓利,朱建军,陈永奇,李志伟. 测绘学报. 2006(04)
[7]变形监测中GPS信号衍射误差的环境建模法[J]. 熊永良,丁晓利. 测绘学报. 2005(04)
[8]岭回归分析在解决多重共线性问题中的独特作用[J]. 杨楠. 统计与决策. 2004(03)
[9]一种点云数据噪声点的随机滤波处理方法[J]. 董明晓,郑康平. 中国图象图形学报. 2004(02)
[10]几何光学的基本实验定律与费马原理[J]. 黄淑惠. 西南民族学院学报(自然科学版). 1993(04)
博士论文
[1]基于共时钟GPS多天线系统的测姿算法研究及应用[D]. 蔡苗苗.华东师范大学 2017
[2]北斗观测值特性分析及其在PPP模糊度固定应用中的研究[D]. 王广兴.武汉大学 2016
硕士论文
[1]基于北斗GEO卫星信噪比的土壤湿度反演[D]. 李培昊.西南交通大学 2019
[2]城市区域伪距多路径改正方法研究[D]. 董雅璇.华东师范大学 2019
[3]GPS天线的圆极化和小型化研究[D]. 杨小丽.华东师范大学 2006
[4]通过交叉验证准则选择线性模型[D]. 闻斌.东南大学 2006
本文编号：3256073
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
论文组织结构图
2020届博士学位研究生学位论文122.2广义多路径信号传播路径及机理分析由于卫星信号发射源与接收机天线距离足够远，高频电磁波在抵达地面之前可视为局部平面波。无数束接近平行的GPS信号穿过电离层和大气层后来到地面上，其中直接抵达接收机天线的信号即为直射信号(LineofSightsignal,LOS)。直射信号由于未经阻挡，强度衰减较慢。与此同时其余信号经接触周围环境后路径发生改变，部分也能抵达地面接收天线。如图2-1所示，其中蓝色射线代表了GPS直射信号，红色射线代表了镜面反射的信号，绿色代表了漫反射信号，最右紫色代表绕射信号。本节探讨了不同环境特点引起的信号偏转的原理、性质以及对GPS信号造成的影响。图2-1卫星信号路径偏转示意图2.2.1直射信号根据几何光学的强度定律，电磁波延射线管传播的总能流为常数，因此可以确定场强沿射线的变化[65]。对于直射信号来说，参考点到观察点的入射场变化可表示为()=(0)√(11+)(22+)(2-1)A()=√(11+)(22+)(2-2)式中s表示入射射线经过的距离，为观察点的位置矢量，0为参考点的位置矢量,A()即为根据强度定律所得的扩散印子，代表了电磁波沿射线传播时由于能量扩散而产生的场强幅度衰减。1、2分别为入射波阵面的两个主曲率半径，对于平面波，其值均为无穷大，因此上式简化为
2020届博士学位研究生学位论文13()=(0)(2-3)2.2.2镜面反射信号图2-2所示为简化的镜面反射示意图，入射信号遇障碍平(曲)面发生偏转，代表入射信号的单位矢量，代表平(曲)面在反射点处的法向量，代表反射信号的单位矢量。为方便表示和计算，分别用和、和定义入射平面和反射平面单位矢，这样可以将反射点处的入射电场和反射电场分别分解为平行分量∥、∥和垂直分量⊥、⊥,此为射线坐标基。图2-2镜面反射示意图由电磁场的边界条件和Maxwell方程可推导得出如下式2-4、2-5所示著名反射定律，此处不再详细给出证明过程。反射定律反应了、和共面，且与和与夹角相等。=(2-4)×=×(2-5)根据以上结论，给定几何光学的入射信号方向和反射面法向量就很容易得到反射信号的射线轨迹，即=2()(2-6)由于在反射点Q处反射场与入射场的总切向电场等于零，反射电场可表示为：()=()(2-7)
【参考文献】：
期刊论文
[1]单历元PPP分析日本Mw9.0地震引起的我国东部沿海同震地表形变[J]. 沈飞,李建成,郭斐. 武汉大学学报(信息科学版). 2012(11)
[2]GPS衍射误差的小波多分辨分析模型的建立[J]. 慕洪涛,郭雷甫,顾贯永,张晓强. 河南理工大学学报(自然科学版). 2010(04)
[3]基于PPP动态定位技术的同震地表形变分析[J]. 方荣新,施闯,辜声峰. 武汉大学学报(信息科学版). 2009(11)
[4]线性回归方程中多重共线性诊断方法及其实证分析[J]. 马雄威. 华中农业大学学报(社会科学版). 2008(02)
[5]对多重共线性问题的探讨[J]. 鲁茂,贺昌政. 统计与决策. 2007(08)
[6]基于经验模式分解的滤波去噪法及其在GPS多路径效应中的应用[J]. 戴吾蛟,丁晓利,朱建军,陈永奇,李志伟. 测绘学报. 2006(04)
[7]变形监测中GPS信号衍射误差的环境建模法[J]. 熊永良,丁晓利. 测绘学报. 2005(04)
[8]岭回归分析在解决多重共线性问题中的独特作用[J]. 杨楠. 统计与决策. 2004(03)
[9]一种点云数据噪声点的随机滤波处理方法[J]. 董明晓,郑康平. 中国图象图形学报. 2004(02)
[10]几何光学的基本实验定律与费马原理[J]. 黄淑惠. 西南民族学院学报(自然科学版). 1993(04)
博士论文
[1]基于共时钟GPS多天线系统的测姿算法研究及应用[D]. 蔡苗苗.华东师范大学 2017
[2]北斗观测值特性分析及其在PPP模糊度固定应用中的研究[D]. 王广兴.武汉大学 2016
硕士论文
[1]基于北斗GEO卫星信噪比的土壤湿度反演[D]. 李培昊.西南交通大学 2019
[2]城市区域伪距多路径改正方法研究[D]. 董雅璇.华东师范大学 2019
[3]GPS天线的圆极化和小型化研究[D]. 杨小丽.华东师范大学 2006
[4]通过交叉验证准则选择线性模型[D]. 闻斌.东南大学 2006
本文编号：3256073
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