[发明专利]一种GNSS/5G紧组合融合定位方法与装置

说明书

本发明公开了一种GNSS/5G紧组合融合定位方法与装置，针对在城市峡谷等区域，GNSS观测卫星数受限，定位精度受到影响，甚至在某些极端条件下无法进行定位的问题，本发明利用5G信号频率高、抗多径能力强、基站分布稠密等特点，研究5G毫米波与GNSS融合定位模型。首先利用GNSS技术对5G基站进行授时，确保GNSS系统与5G基站具有相同的时间系统；其次通过分析5G毫米波测距误差来源及特性，获取其测距精度，提出GNSS/5G融合定位的随机模型；最后构建基于鲁棒卡尔曼滤波的紧组合定位模型，自适应构造鲁棒因子，保障GNSS/5G融合定位的精度和可靠性。使用本发明提出的融合定位方法，可以提升城市峡谷等区域的GNSS定位精度及稳定性，为智慧交通、无人驾驶等提供可靠的位置信息。

技术领域

本发明涉及全球导航卫星系统(GNSS)卫星定位及5G定位技术，具体涉及一种GNSS/5G紧组合融合高精度定位方法与装置。

背景技术

在城市峡谷等区域，由于建筑物及树木的遮挡，GNSS观测卫星数受限，定位精度会受到严重影响。甚至在在某些特定环境下，GNSS卫星数严重不足时，仅使用GNSS技术已经无法满足定位精度需求，甚至无法进行定位。第五代移动通讯技术(5G)的出现为无线测距提供了更高精度的技术手段，相较于第四代移动通讯技术(4G)，5G具备以下显著特点：(1)测距精度更高。5G信号采用更高频率(最高可达6GHz)和带宽，在提升测距精度的同时，增强了信号的抗多径能力，研究表明利用5G毫米波能够实现厘米到数分米的测距精度；(2)基站密度更大。5G基站布设密度会大幅增加，基站间距离缩短到数百米甚至几十米，形成超密集网络，能够保证在利用5G进行定位时能同时获得足够多基站的观测值；(3)通讯时延更小。5G网络的通讯延迟将大幅缩短到1ms以下，并且具备设备-设备之间的通讯能力。上述5G的特点使其在未来许多基于位置的应用中都有巨大的前景，如智慧交通、自动驾驶及车路协同等。

融合定位是指利用无线传感网络的通讯及测距能力，当GNSS不可用时为车辆提供定位服务，当GNSS可用时来削弱定位误差，能够有效地利用周边资源提供更高精度的定位服务。无线传感网络一般可通过TOA(到达时间)、RSS(信号强度)、TDOA(到达时间差，TOA拓展)等方法实现V2I(Vehicle-to-Infrastructure，车辆对基础设施)的测距功能，这些测距信息的加入，能够大幅提升GNSS定位的精度、可靠性及可用性，尤其是在城市峡谷及隧道等区域。

目前我国的5G技术正处于快速发展、稳步推广的阶段，且智慧交通、自动驾驶等领域对高精度位置服务的需求也愈来愈多。因此，研究GNSS/5G融合定位方法，具有重要的现实意义。

发明内容

发明目的：针对上述GNSS技术在复杂环境下定位精度较差且不稳定等不足，提出GNSS/5G多源数据融合定位方法与装置，以提高GNSS技术的可用范围及在复杂环境下的定位精度、可靠性。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种GNSS/5G紧组合融合定位方法，包括如下步骤：

(1)利用GNSS对5G基站进行授时，统一GNSS系统与5G基站的时间系统；

(2)利用到达时间分别求得GNSS和5G毫米波测量距离，结合实际距离分析测距精度，提出GNSS/5G融合定位的随机模型；

(3)构建基于鲁棒卡尔曼滤波的紧组合融合定位模型，自适应构造鲁棒因子，计算待定位设备的绝对位置，保障GNSS/5G融合定位的精度和可靠性。

作为优选，所述步骤(1)中利用GNSS对装备有GNSS设备的5G基站进行绝对时间同步，同时利用5G的MIMO(多天线)+OFDM(正交频分复用)技术实现基站簇之间的时间同步，保障5G通讯网络的绝对时间及相对时间同步的精度。

作为优选，所述步骤(2)中利用到达时间分别求得GNSS和5G毫米波测量距离，结合实际距离对其精度进行评估：具体为：