[发明专利]基于三维场景的导航多径信号仿真方法及系统

说明书

本发明涉及卫星导航领域，提供基于三维场景的导航多径信号仿真方法，导入三维场景模型，设定导航多径路径总数N和多径的边界条件；确定时刻t，用户及导航卫星在三维场景中的位置；构建以用户位置为起点的射线集R，分为M个射线子集R_i，任意选取某一未进行多径计算的射线子集R_i进行射线追踪，获得该射线子集R_i中用户位置到导航卫星的满足边界条件的多径路径数量为n_i；累加已计算完毕的多径路径总数量若N_k≥N或k＝M中任一条件满足，则退出计算，进行多径路径信号仿真参数计算。本发明对构建的射线集进行分组，分组计算所需的多径路径，提高多径的多样性，且计算量小，提高多径信号仿真效率、支持有线/离线仿真。

技术领域

本发明涉及卫星导航领域，尤其涉及一种基于三维场景的导航多径信号仿真方法及系统。

背景技术

随着卫星导航系统的发展，卫星导航定位技术已在多个领域广泛应用，在城市、峡谷等复杂地理环境中，由于多径效应普遍存在，接收机天线接收的信号通常包括LOS(lineof sight)卫星信号和NLOS(not line of sight)卫星信号，并且无论是否存在LOS信号，NLOS信号分量可能为零或任意数量。如果天线载体正在移动或反射物体正在移动，则LOS和NLOS之间也可能存在速率误差。

多路径效应会带来时延不同步、信号衰减、极化改变、链路不稳定等一系列问题，直接影响接收机定位精度，是卫星导航系统的重要误差源之一，多径信号对码跟踪造成的误差可达几米甚至几十米的量级，多径建模与多径消除技术一直是卫星导航领域的研究热点。

而对于接收机的性能测试，大部分都为室内检测，其检测结果无法真实反映接收机在复杂实景环境中的定位性能，因此产生了大量基于光线追踪的多径仿真方法，典型算法是设定一个以用户为中心的射线集，任意相邻射线的夹角小于指定角度，然后通过光线追踪算法通过GPU并行计算全部射线获取全部的多径路径。这种算法的缺点在于未考虑多径仿真和卫星导航模拟器的硬件通道能力，导致了大量无效计算，对于复杂场景无法进行高频率的仿真计算，且由与多径边界条件引入的误差，可能导致一个反射面与单个卫星及载体间形成大量多径，导致失去多径的多样性；因此，亟需一种更为高效且逼真的多路径仿真测试技术。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于三维场景的导航多径信号仿真方法及系统，实现高逼真的多径信号，可视，及提高接收机性能检测准确度，具体采用以下技术方案：

基于三维场景的导航多径信号仿真方法，包括：

步骤S1：导入三维场景模型，设定导航多径路径总数N和多径的边界条件；

步骤S2：确定时刻t用户及导航卫星在三维场景中的位置；

步骤S3：根据设定的导航多径路径总数N，构建以用户位置为起点的射线集R，并将射线集R分为M个射线子集R_i，其中，i∈[1,M]，各子集之间无交集，全部射线子集的并集等于射线集R；

步骤S4：选取某一未进行多径计算的子集R_i进行射线追踪，获得所有用户位置到导航卫星的满足边界条件的多径路径集合M_i，M_i中包含的多径路径数量为n_i；

步骤S5：累加已计算完毕的多径路径总数量若N_k≥N或k＝M中任一条件满足，则退出计算，进行多径路径信号仿真参数计算，否则返回S4步骤，其中k≤M，k为已经完成计算的射线组数；

步骤S6：更新时刻t，返回步骤S2，重新计算用于多径路径信号仿真的参数。