GNSS (Global Navigation Satellite System) positioning correction method considering diffraction non-line-of-sight signals
附图说明 图1为本发明流程图； 图2为C28号卫星的NLOS判断结果图； 图3为G31号卫星的NLOS判断结果图； 图4为C28号卫星伪距残差和NLOS衍射信号判断的双轴图； 图5为G31号卫星伪距残差和NLOS衍射信号判断的双轴图； 图6为C28号卫星伪距残差和NLOS反射信号判断的双轴图； 图7为G31号卫星伪距残差和NLOS反射信号判断的双轴图； 图8为G31号卫星的伪距改正值与伪距残差双轴图； 图9为东、北与天方向顾及衍射NLOS信号与不顾及衍射NLOS信号定位改正方法的均方根误差比较图。 技术领域 本发明涉及GNSS定位技术领域，具体地说是一种顾及衍射非视距信号的GNSS定位改正方法。 具体实施方式 参阅图1，本发明具体包括如下步骤： 步骤1：利用观测点坐标与建筑物关键角点的坐标关系求得距离两边建筑物的距离和两边建筑物各自的高度，比较卫星的高度角和对应方位角处建筑物的高度角得到是否为NLOS信号的判断结果。 步骤2：若检测为NLOS信号，则结合卫星方位角、高度角和第一菲涅尔区半径利用几何关系计算出第一菲涅尔区边界的高度角信息，若第一菲涅尔区边界的高度角值均小于对应方位角的建筑物高度角值，则判断第一菲涅尔区被完全遮挡。 步骤3：若信号的第一菲涅尔区没有完全被遮挡，利用下述公式(d)可计算衍射角的大小，根据公式(e)，(f)可计算出建筑边界上能够发生衍射的最小和最大衍射角，当βmin＜β0＜βmax，则判断存在衍射点，则可用公式(g)计算改正值。 β0＝acos(sin(Az)*cos(El)) (d)。 其中，β0是卫星信号衍射传播时的衍射角，Az为卫星所在的方位角，El为卫星所在的高度角。 其中，βmin和βmax分别是建筑边界上能够发生衍射的最小和最大衍射角，xmin是在遮挡信号侧建筑物边界上最小的坐标值，xmax是在遮挡信号侧建筑物边界上最大的坐标值，h是遮挡信号侧建筑物的高度，w是距离遮挡信号侧建筑物的距离。 其中，Δd是衍射计算改正值，xQe是衍射点在遮挡信号侧建筑物边界上的坐标值，h是遮挡信号侧建筑物的高度，w是距离遮挡信号侧建筑物的距离，El是卫星的高度角，Az是卫星的方位角。 步骤4：判断建筑物是否存在信号反射点，若公式(h)成立，则可判定建筑物上存在信号反射点，可依据公式(i)计算改正值。 其中，h为建筑物高度，w为观测点与建筑物的距离，Az为卫星方位角，El为卫星高度角。 Δb＝2*w*cos(Az)*cos(El) (i)。 其中，Δb是反射计算改正值，w为观测点与建筑物的距离，Az为卫星方位角，El为卫星高度角。 步骤5：根据前述步骤中公式(g)和公式(i)计算后得到的信号改正值去补偿原始观测，修正由于环境造成的信号延迟，最后利用修正后的观测值进行定位解算。 以下通过某校区内一处实验环境的具体实施例对本发明作进一步说明。 实施例1 在步骤1中，使用站地式激光雷达获取某校园内城市峡谷环境周围建筑物的点云数据，利用观测点坐标与建筑物关键角点的坐标关系求得距离两边建筑物的距离w＝18.476m、w′＝15.715m和两边建筑物各自的高度h＝22.075m和h′＝20.572m，比较卫星的高度角和对应方位角处建筑物的高度角得到是否为NLOS信号的判断结果。 参阅图2，观测C28号卫星在历元10961至13544的整个观测周期中为NLOS信号。 参阅图3，观测G31号卫星在历元6735至10287的整个观测周期中为NLOS信号。 在步骤2中，若检测为NLOS信号，则结合卫星方位角、高度角和第一菲涅尔区半径利用几何关系计算出第一菲涅尔区边界的高度角信息，即按照方位角1°的分辨率进行划分，计算对应方位角处第一菲涅尔区边界的高度角值，若第一菲涅尔区边界的高度角值均小于对应方位角的建筑物高度角值，则判断第一菲涅尔区被完全遮挡。 在步骤3中，若信号的第一菲涅尔区没有完全被遮挡，利用公式(c)可计算衍射角的大小，根据公式(d)和(e)可计算出建筑边界上能够发生衍射的最小和最大衍射角，当βmin＜β0＜βmax，则判断存在衍射点，则可用公式(h)计算改正值。 参阅图4，观测C28号卫星在历元12338至13544的整个观测周期中被判定为NLOS衍射信号，在此同时该卫星的伪距残差的变化规律也符合衍射信号的误差特点。 参阅图5观测G31号卫星在历元6735至7646的整个观测周期中被判定为NLOS衍射信号，在此同时该卫星的伪距残差的变化规律也符合衍射信号的误差特点。 在步骤4中，判断建筑物是否存在信号反射点，若公式(g)成立，则可判定建筑物上存在信号反射点，可依据公式(h)计算改正值。 参阅图6，观测C28号卫星在历元10961至12338的整个观测周期中被判定为NLOS反射信号，此期间，卫星的伪距误差呈现较大的正向误差，符合信号反射时额外光程的特点。 参阅图7，观测G31号卫星在历元7647至10287被判定为NLOS反射信号，此期间，卫星的伪距误差呈现较大的正向误差，符合信号反射时额外光程的特点。 在步骤5中，根据前述步骤中公式(f)和公式(h)计算后得到的信号改正值去补偿原始观测，修正由于环境造成的信号延迟，最后利用修正后的观测值进行定位解算。 参阅图8，G31号卫星的改正值和伪距残差的变化规律基本符合，说明综合改正方法能够一定程度上较为准确的消除额外的信号延迟部分。 参阅图9，通过比较截取的观测历元区间内两者的误差分布图可以看出，顾及衍射NLOS信号的改正方法比原始改正方法更好，东方向的RMSE由13.539m提升至7.801m，北方向的RMSE由15.421m提升至13.181m，天方向的RMSE由30.631m提升至22.510m。 以上只是对本发明作进一步的说明，并非用以限制本专利，凡为本发明等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。 背景技术 城市地区使用GNSS进行定位依然具有较多的挑战，附近的障碍物可能会阻挡信号的直线传播，降低信号的可用性，甚至直接致使信号的不可用。多路径干涉和NLOS信号是城市环境中定位的主要误差源，而其中NLOS信号带来的误差影响更甚，由之引起的定位误差甚至可以超过50米。有效处理NLOS信号是城市环境中定位亟待解决的问题。 对信号类型进行正确的分类识别是有效处理信号的前提。目前的信号分类方法中考虑将城市环境的GNSS信号分为视距信号，NLOS信号和多路径干涉信号三类，对NLOS信号中的不同类型信号并不做更为细致的划分，统一当作反射NLOS信号处理。但反射和衍射过程对GNSS信号的影响机制和量级差别很大，如NLOS反射信号对伪距可以造成几十米的信号延迟，而衍射信号造成的误差仅有亚米级，如果采用统一的处理方式会在定位结果中引入新的误差。 现有技术将NLOS信号视作信号反射，这样会错误地估计其中信号衍射部分的信号延迟，进而错误地改正观测值，从而影响定位精度。将NLOS信号区分成反射和衍射两种不同类型的信号，并在GNSS定位中采用不同的模型进行改正的相关技术，至今尚未见有公开报道。 发明内容 本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种顾及衍射非视距信号的GNSS定位改正方法，采用将NLOS信号区分成反射和衍射两种不同类型的信号，并在GNSS定位中采用不同的模型进行改正，有效提升了城市环境中的定位精度，方法简便，该方法全面的考虑到了不同类型信号的传播特性，通过对不同的NLOS信号进行区分，改正效果更好，定位精度更高，进一步提升了城市峡谷环境中定位的鲁棒能力，具有较好的应用场景。 实现本发明目的的具体技术方案是：一种顾及衍射非视距信号的GNSS定位改正方法，其特点是考虑到反射和衍射两种方式传播的NLOS信号呈现出不同的误差特点，将NLOS信号区分成反射和衍射两种不同类型的信号，并在GNSS定位中采用不同的模型进行改正，具体包括下述步骤： 步骤1：利用三维城市环境模型获取观测点到两边建筑物的距离w和w′，两边建筑物的高度h和h′，并对比卫星高度角和相同方位角处建筑物高度角的大小，得到卫星信号是否为NLOS信号的判断结果。 步骤2：若检测为NLOS信号，则结合卫星的方位角、高度角和第一菲涅尔区的半径，利用几何关系计算出第一菲涅尔区边界的高度角信息，若第一菲涅尔区边界的高度角值小于对应方位角的建筑物高度角值，则判断第一菲涅尔区被完全遮挡。 步骤3：若信号的第一菲涅尔区没有完全被遮挡，则判断是否存在衍射点，如果存在衍射点，则判定该信号为衍射信号，并利用UTD理论计算衍射改正值。 步骤4：若信号的第一菲涅尔区完全被遮挡，则判断是否存在反射点，如果存在反射点，则判定该信号为反射信号，并计算反射改正值。 步骤5：根据步骤3和步骤4计算得到的衍射改正值Δd和反射改正值Δb去补偿原始观测，修正由于环境造成的信号延迟，最后利用修正后的观测值进行定位解算。 所述步骤1中，可利用观测点坐标与建筑物关键角点的坐标关系求得观测点与两边建筑物的距离和两边建筑物各自的高度，最后对比卫星高度角和相同方位角处建筑物高度角的大小。 所述步骤2中，第一菲涅尔区的半径计算由下述(a)式求得： 其中，RF为信号传播过程中某指定点处的第一菲涅尔区半径；λ为载波波长；ds为某指定点与卫星的距离；dA为某指定点与观测点距离；d为卫星与观测点之间的距离。 所述步骤2中，第一菲涅尔区边界的高度角由下述(b)式求得： 其中，elj为第一菲涅尔区半径上边界点对应的高度角；el为卫星高度角；Az为卫星的方位角；azj为第一菲涅尔区半径上边界点对应的方位角。 所述第一菲涅尔区半径上边界点对应的方位角azj表示的是第一菲涅尔区所在方位角范围中包含的整数方位角值，其中第一菲涅尔区方位角集合由下述(c)式计算： 其中，[]为取整符号，azj为集合az中的整数取值。 所述步骤3中的衍射信号判定是根据卫星信号衍射传播时的衍射角β0，以及建筑边界上能够发生衍射的最小衍射角βmin和最大衍射角βmax进行判断，当βmin＜β0＜βmax，则判断存在衍射点，则利用UTD理论计算衍射改正值Δd。 所述衍射角β0由下述(d)式计算： β0＝acos(sin(Az)*cos(El)) (d)。 其中，Az为卫星所在的方位角；El为卫星所在的高度角。 所述最小衍射角βmin由下述(e)式计算： 其中，xmin是在遮挡信号侧建筑物边界上最小的坐标值；h为遮挡信号侧建筑物的高度；w为距离遮挡信号侧建筑物的距离。 所述最大衍射角βmax由下述(f)式计算： 其中，xmax是在遮挡信号侧建筑物边界上最大的坐标值。 所述衍射改正值Δd由下述(g)式求得： 其中，xQe为衍射点在遮挡信号侧建筑物边界上的坐标值；El为卫星的高度角；Az为卫星的方位角。 所述步骤4中的反射点由下述(h)式进行判断： 若上述(g)式成立，则可判定建筑物上存在信号反射点，并由下述(i)式计算反射改正值Δb： Δb＝2*w*cos(Az)*cos(El) (i)。 本发明与现有技术相比具有改正效果更好，定位精度更高，将NLOS信号区分成反射和衍射两种不同类型的信号，并在GNSS定位中采用不同模型进行改正可以有效的确保信号延迟修正的准确性，能够有效的提升定位精度，这将更进一步地提升城市环境中定位的鲁棒能力，具有较好的应用场景。 The invention discloses a GNSS (Global Navigation Satellite System) positioning correction method considering diffraction non-line-of-sight signals, which is characterized in that NLOS (Non-line-of-sight) signals are divided into two different types, namely reflection and diffraction, and correction is carried out by adopting different models in GNSS positioning, and the method specifically comprises the following steps of: carrying out signal reflection and diffraction detection on the NLOS signals, and if the NLOS signals are judged to be reflection signals, calculating reflection signal delay; if the NLOS signals are determined to be the diffraction signals, the diffraction signal delay is calculated, and the positioning precision in the urban environment can be effectively improved by distinguishing and correcting different NLOS signals. Compared with the prior art, the method has the advantages that the NLOS signals are divided into the reflection signals and the diffraction signals to be corrected respectively, the positioning precision is improved, the NLOS signal correction method is further optimized, the robustness of positioning in the urban canyon environment is further improved, and the method has a good application scene. 1.一种顾及衍射非视距信号的GNSS定位改正方法，其特征在于，将NLOS信号区分成反射和衍射两种不同类型，并在GNSS定位中采用不同的模型进行改正，具体包括以下步骤： 步骤1：利用三维城市环境模型获取观测点到两边建筑物的距离w和w′，以及两边建筑物的高度h和h′，并对比卫星高度角el与相同方位角处建筑物高度角的大小，得到卫星信号是否为NLOS信号的判断结果； 步骤2：若检测为NLOS信号，则结合卫星方位角Az、卫星高度角el和信号传播过程中某指定点处的第一菲涅尔区半径RF，得到第一菲涅尔区半径上边界对应的高度角azj，若高度角值azj小于对应方位角的建筑物高度角值，则判断第一菲涅尔区被完全遮挡； 步骤3：若信号的第一菲涅尔区没有完全被遮挡，则判断是否存在衍射点，若存在衍射点，则判定该信号为衍射信号，并计算衍射改正值Δd； 步骤4：若信号的第一菲涅尔区完全被遮挡，则判断是否存在反射点，若存在反射点，则判定该信号为反射信号，并计算反射改正值Δb； 步骤5：根据计算得到的衍射改正值Δd和反射改正值Δ补偿原始观测，修正环境造成的信号延迟，并利用修正后的观测值进行定位解算。 2.根据权利要求1所述的一种顾及衍射非视距信号的GNSS定位改正方法，其特征在于，所述步骤2中的第一菲涅尔区半径RF由下述(a)式计算： 其中，λ为载波波长；ds为某指定点与卫星的距离；dA为某指定点与观测点距离；d为卫星与观测点之间的距离； 所述第一菲涅尔区半径上边界对应的高度角elj由下述(b)式计算： 其中，el为卫星高度角；Az为卫星方位角；azj为第一菲涅尔区半径上边界点对应的方位角，表示的是第一菲涅尔区所在方位角范围中包含的整数方位角值，其中第一菲涅尔区方位角集合由下述(c)式计算： 其中，[]为取整符号；azj为集合az中的整数取值。 3.根据权利要求1所述的一种顾及衍射非视距信号的GNSS定位改正方法，其特征在于，所述步骤3根据卫星信号衍射传播时的衍射角β0，以及建筑边界上能够发生衍射的最小衍射角βmin和最大衍射角βmax进行衍射点判定，当βmin<β0<βmax，则判定存在衍射点，并利用UTD理论计算衍射改正值Δd； 所述衍射角β0由下述(d)式计算： β0＝acos(sin(Az)*cos(El)) (d)； 其中，Az为卫星所在的方位角；El为卫星所在的高度角； 所述最小衍射角βmin由下述(e)式计算： 其中，xmin为遮挡信号侧建筑物边界上最小的坐标值；h为遮挡信号侧建筑物的高度；w为距离遮挡信号侧建筑物的距离； 所述最大衍射角βmax由下述(f)式计算： 其中，xmax为遮挡信号侧建筑物边界上最大的坐标值； 所述衍射改正值Δd由下述(g)式计算： 其中，xQe为衍射点在遮挡信号侧建筑物边界上的坐标值；El为卫星的高度角；Az为卫星的方位角。 4.根据权利要求1所述的一种顾及衍射非视距信号的GNSS定位改正方法，其特征在于，所述步骤4中的反射点由下述(h)式进行判定： 若上述(g)式成立，则可判定建筑物上存在信号反射点，并由下述(i)式计算反射改正值Δb： Δb＝2*w*cos(Az)*cos(El) (i)。