【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及衛(wèi)星定位，尤其是一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法。
技術(shù)介紹
1、北斗全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)可以提供實(shí)時(shí)的絕對位置信息，可以為自動(dòng)駕駛、智能移動(dòng)設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等實(shí)現(xiàn)高精度的定位服務(wù)。然而，在城市地區(qū)，北斗衛(wèi)星信號容易被建筑物阻擋，導(dǎo)致接收到非直射(nlos)信號，由于反射產(chǎn)生的額外傳播路徑，nlos信號會(huì)在北斗全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)測量中引入嚴(yán)重的偏差，從而降低定位精度。
2、傳統(tǒng)的nlos干擾緩解方法，如射線追蹤和陰影匹配等，需要三維建筑模型或三維地圖來識(shí)別nlos信號，其三維建模成本高。還有就是使用魚眼相機(jī)來排除nlos信號或旋轉(zhuǎn)衛(wèi)星天線來減輕nlos多徑誤差；但是，對輔助設(shè)備的需求限制了這些方法的場景應(yīng)用性。
3、近年來，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(gnss)定位中，來減輕nlos信號的干擾。如支持向量機(jī)(svm)和決策樹(dt)等，這類方法通過采用機(jī)器學(xué)習(xí)模型對nlos信號進(jìn)行分類，從觀測方程中去除已識(shí)別的nlos信號，以消除nlos干擾。利用深度學(xué)習(xí)模型識(shí)別nlos信號是緩解nlos干擾、提高gnss定位精度的直接有效方法；當(dāng)使用深度學(xué)習(xí)模型跨多個(gè)位置或場景進(jìn)行nlos信號識(shí)別時(shí)，環(huán)境特征和入射信號的狀態(tài)變化會(huì)嚴(yán)重影響識(shí)別性能。然而，現(xiàn)有這些方法通常只考慮單級特征提取，即信號本身的即時(shí)觀測特征；現(xiàn)有方法將識(shí)別出來的nlos信號直接剔除，或通過將nlos信號的預(yù)測概率直接與權(quán)重矩陣相乘，減小nlos干擾，以此來提高定位精度。然而，由于nlos干擾主要受環(huán)
4、其次，在嚴(yán)重遮擋的情況下，直接剔除nlos信號可能會(huì)減少定位算法可用的衛(wèi)星數(shù)量，導(dǎo)致定位精度降低；若將nlos信號的預(yù)測概率直接與權(quán)重矩陣相乘，由于分類預(yù)測的值是二值化的(0或1)，導(dǎo)致nlos信號的最終分配權(quán)重遠(yuǎn)低于正常值，完全忽略了nlos信號的作用，同樣導(dǎo)致定位精度降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法，本專利技術(shù)同時(shí)對環(huán)境特征以及信號時(shí)序特征建模，提高nlos信號跨多個(gè)位置或場景的識(shí)別性能；并且本專利技術(shù)通過對nlos信號賦予合適的權(quán)值，在保證實(shí)際定位衛(wèi)星數(shù)量的同時(shí)，緩解nlos信號對衛(wèi)星定位精度的干擾。
2、本專利技術(shù)的技術(shù)方案為：一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法，包括以下步驟：
3、s1)、獲取多個(gè)位置或場景的衛(wèi)星gnss測量數(shù)據(jù)以及當(dāng)前位置的天空圖；并構(gòu)建預(yù)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)集；
4、s2)、構(gòu)建基于雙自注意網(wǎng)絡(luò)的nlos信號識(shí)別模型；
5、s3)、利用預(yù)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)集對基于雙自注意網(wǎng)絡(luò)的nlos信號識(shí)別模型進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練；
6、s4)、將獲取的gnss測量數(shù)據(jù)和星歷數(shù)據(jù)輸入到預(yù)訓(xùn)練的雙自注意網(wǎng)絡(luò)的nlos信號識(shí)別模型預(yù)測信號類型；
7、s5)、利用步驟s4)中的預(yù)測結(jié)果來修正基于仰角的定權(quán)方法；并生成修正權(quán)重矩陣；
8、s6)、利用加權(quán)最小二乘單點(diǎn)定位算法計(jì)算用戶的位置。
9、作為優(yōu)選的，步驟s1)中，利用衛(wèi)星接收機(jī)記錄多個(gè)位置或場景的衛(wèi)星gnss測量數(shù)據(jù)，并使用相機(jī)拍攝當(dāng)前位置的天空圖，根據(jù)衛(wèi)星gnss測量數(shù)據(jù)中衛(wèi)星的高度角和方位角計(jì)算每一顆衛(wèi)星投影到拍攝的天空圖上的位置，通過衛(wèi)星投影位置是否與建筑物重疊來判斷衛(wèi)星是否為nlos信號，以對衛(wèi)星gnss測量數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記，最終構(gòu)建得到預(yù)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)集。
10、作為優(yōu)選的，步驟s1)中，所述的衛(wèi)星gnss測量數(shù)據(jù)包括多個(gè)連續(xù)歷元的所有衛(wèi)星的觀測值特征序列，表示為：
11、
12、作為優(yōu)選的，步驟s1)中，所述的星gnss測量數(shù)據(jù)包括目標(biāo)衛(wèi)星的觀測值特征、目標(biāo)衛(wèi)星的歷史歷元的特征序列、以及當(dāng)前歷元所有衛(wèi)星的特征序列。
13、作為優(yōu)選的，步驟s1)中，所述的目標(biāo)衛(wèi)星的觀測值特征包括衛(wèi)星高度角、方位角、載噪比、偽距殘差。
14、作為優(yōu)選的，步驟s1)中，根據(jù)衛(wèi)星gnss測量數(shù)據(jù)中衛(wèi)星的高度角(仰角)和方位角計(jì)算每一顆衛(wèi)星投影到拍攝的天空圖上的位置，具體包括如下步驟：
15、s11)、獲取到衛(wèi)星的仰角，根據(jù)魚眼相機(jī)的等立體角投影計(jì)算公式來計(jì)算衛(wèi)星投影點(diǎn)在拍攝圖像中距離圖像中心的距離r，計(jì)算公式為：
16、
17、其中，f為相機(jī)鏡頭的焦距，θ為衛(wèi)星的仰角；
18、s12)、根據(jù)衛(wèi)星的方位角和相機(jī)鏡頭的方位計(jì)算衛(wèi)星投影點(diǎn)在拍攝圖像上方位β；
19、s13)、根據(jù)步驟s11)計(jì)算得到的衛(wèi)星投影點(diǎn)距離圖像中心的值r和其在圖像上的方位β，解算出投影點(diǎn)在拍攝的天空圖上的具體位置，即：
20、(r*cosβ,r*sinβ)；
21、其中，坐標(biāo)的原點(diǎn)為拍攝圖像的中心點(diǎn)。
22、作為優(yōu)選的，步驟s2)中，所述的基于雙自注意網(wǎng)絡(luò)的nlos信號識(shí)別模型包括空間通道注意力模塊和時(shí)間通道注意力模塊、以及前饋網(wǎng)絡(luò)、分類器，通過所述的空間通道注意力模塊和時(shí)間通道注意力模塊來模擬空間環(huán)境特征和信號的時(shí)間特征。
23、作為優(yōu)選的，步驟s3)中，所述的基于雙自注意網(wǎng)絡(luò)的nlos信號識(shí)別模型的預(yù)訓(xùn)練過程為：
24、s31)、將目標(biāo)衛(wèi)星的觀測值特征、當(dāng)前歷元的衛(wèi)星特征序列、目標(biāo)衛(wèi)星的歷史歷元的特征序列輸入雙自注意網(wǎng)絡(luò)的nlos信號識(shí)別模型中，同時(shí)當(dāng)前歷元的衛(wèi)星特征序列被輸入到空間通道注意力模塊；目標(biāo)衛(wèi)星的歷史歷元的特征序列被饋送到時(shí)間通道注意力模塊中；
25、s32)、通過嵌入層擴(kuò)展衛(wèi)星特征序列和目標(biāo)衛(wèi)星的歷史歷元的特征序列的維度，并得到相應(yīng)的表示向量x；即：
26、x＝wes+be；
27、其中，s為嵌入層的輸入，we為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)嵌入層的權(quán)重矩陣，be為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)嵌入層的偏置值；
28、s33)、在空間通道注意力模塊通過兩個(gè)線性映射層從當(dāng)前歷元的衛(wèi)星特征序列中生成值向量v1以及鍵向量k1；
29、在時(shí)間通道注意力模塊中通過兩個(gè)線性映射層從得到相應(yīng)的目標(biāo)衛(wèi)星的歷史歷元的特征序列生成值向量v2以及鍵向量k2；
30、并利用另一線性映射層從目標(biāo)衛(wèi)星觀測值特征中生成查詢向量q；
31、s34)、根據(jù)得到的值向量、鍵向量、查詢向量計(jì)算當(dāng)前歷元的衛(wèi)星之間的注意力權(quán)重矩陣和目標(biāo)衛(wèi)星歷史歷元之間的注意力權(quán)重矩陣；
32、s35)、將當(dāng)前歷元的衛(wèi)星之間的注意力權(quán)重矩陣和目標(biāo)衛(wèi)星歷史歷元之間的注意力權(quán)重矩陣連接起來轉(zhuǎn)移到前饋網(wǎng)絡(luò)，所述的前饋網(wǎng)絡(luò)具有更高維度的中間層表示，允許模型從融合注意力權(quán)重中捕獲更復(fù)雜的模式和關(guān)系；
33、s36)、將前饋網(wǎng)絡(luò)的輸出結(jié)果輸入到分類器中用于預(yù)測目標(biāo)衛(wèi)星的標(biāo)簽類型。...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法，其特征在于：所述的星GNSS測量數(shù)據(jù)包括目標(biāo)衛(wèi)星的觀測值特征、目標(biāo)衛(wèi)星的歷史歷元的特征序列、以及當(dāng)前歷元所有衛(wèi)星的特征序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法，其特征在于：步驟S1)中，利用衛(wèi)星接收機(jī)記錄多個(gè)位置或場景的衛(wèi)星GNSS測量數(shù)據(jù)，并使用相機(jī)拍攝當(dāng)前位置的天空圖，根據(jù)衛(wèi)星GNSS測量數(shù)據(jù)中衛(wèi)星的高度角和方位角計(jì)算每一顆衛(wèi)星投影到拍攝的天空圖上的位置，通過衛(wèi)星投影位置是否與建筑物重疊來判斷衛(wèi)星是否為NLOS信號，以對衛(wèi)星GNSS測量數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記，最終構(gòu)建得到預(yù)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)集。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法，其特征在于：步驟S2)中，所述的基于雙自注意網(wǎng)絡(luò)的NLOS信號識(shí)別模型包括空間通道注意力模塊和時(shí)間通道注意力模塊、以及前饋網(wǎng)絡(luò)、分類器，通過所述的空間通道注意力模塊和時(shí)間通道注意力模塊來模擬空間環(huán)境
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法，其特征在于：步驟S3)中，所述的基于雙自注意網(wǎng)絡(luò)的NLOS信號識(shí)別模型的預(yù)訓(xùn)練過程為：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法，其特征在于：步驟S35)中，所述的前饋網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層；通過將當(dāng)前歷元的衛(wèi)星之間的注意力權(quán)重矩陣和目標(biāo)衛(wèi)星歷史歷元之間的注意力權(quán)重矩陣連接起來轉(zhuǎn)移到前饋網(wǎng)絡(luò)；其計(jì)算式為：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法，其特征在于：步驟S5)中，利用基于仰角的定權(quán)方法對步驟S4)中的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行修正處理；并生成修正權(quán)重矩陣的表達(dá)式為：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法，其特征在于：步驟S6)中，根據(jù)修正權(quán)重矩陣ω、以及GNSS測量數(shù)據(jù)和星歷數(shù)據(jù)，并利用加權(quán)最小二乘單點(diǎn)定位算法計(jì)算用戶的位置，其計(jì)算表達(dá)式為：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法，其特征在于：步驟S6)中，根據(jù)修正權(quán)重矩陣ω、以及GNSS測量數(shù)據(jù)和星歷數(shù)據(jù)，并利用加權(quán)最小二乘單點(diǎn)定位算法計(jì)算用戶的位置，具體包括如下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法，其特征在于：步驟S63)中，所述的衛(wèi)星i與用戶初始位置之間的歐幾里德距離的表達(dá)式為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法，其特征在于：所述的星gnss測量數(shù)據(jù)包括目標(biāo)衛(wèi)星的觀測值特征、目標(biāo)衛(wèi)星的歷史歷元的特征序列、以及當(dāng)前歷元所有衛(wèi)星的特征序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法，其特征在于：步驟s1)中，利用衛(wèi)星接收機(jī)記錄多個(gè)位置或場景的衛(wèi)星gnss測量數(shù)據(jù)，并使用相機(jī)拍攝當(dāng)前位置的天空圖，根據(jù)衛(wèi)星gnss測量數(shù)據(jù)中衛(wèi)星的高度角和方位角計(jì)算每一顆衛(wèi)星投影到拍攝的天空圖上的位置，通過衛(wèi)星投影位置是否與建筑物重疊來判斷衛(wèi)星是否為nlos信號，以對衛(wèi)星gnss測量數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記，最終構(gòu)建得到預(yù)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)集。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法，其特征在于：步驟s2)中，所述的基于雙自注意網(wǎng)絡(luò)的nlos信號識(shí)別模型包括空間通道注意力模塊和時(shí)間通道注意力模塊、以及前饋網(wǎng)絡(luò)、分類器，通過所述的空間通道注意力模塊和時(shí)間通道注意力模塊來模擬空間環(huán)境特征和信號的時(shí)間特征。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非直射信號干擾抑制的北斗衛(wèi)星單點(diǎn)定位方法，其特征在于：步驟s3)中，所述的基于雙自注意...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曾昆贛，李陽，李珍妮，王千明，謝侃，謝勝利，
申請(專利權(quán))人：廣東工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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