香港理工提出3D激光雷达辅助GNSS定位，提高峡谷中定位精度！

发布于 2023-4-12 14:26

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#论文# 3D LiDAR Aided GNSS NLOS Mitigation for Reliable GNSS-RTK Positioning in Urban Canyons

作者单位：香港理工大学

GNSS和LiDAR里程计是互补的，因为它们分别提供绝对和相对定位。由于GNSS信号的反射，它们以松散耦合的方式进行组合是简单的，但在城市峡谷中受到挑战。最近提出的3D激光雷达辅助(3DLA)GNSS方法利用点云地图来识别GNSS信号的非视距(NLOS)接收。这有助于全球导航卫星系统接收器获得改进的城市定位，但不能达到亚米级。GNSS实时运动学(RTK)使用载波相位测量来获得分米级定位。在城市地区，GNSS RTK不仅受到多路径和NLOS影响的测量的挑战，而且还受到建筑物的信号阻塞的影响。后者将给解决载波相位测量中的模糊性带来挑战。换言之，模糊度解算的模型可观测性大大降低。

本文提出利用累积的三维点云图(PCM)生成虚拟卫星(VS)测量值。这些由LiDAR-PCM制造的VS测量与GNS伪距和载波相位测量紧密耦合。因此，VS测量可以提供互补的约束，意味着提供跨街道方向的低仰角测量。结果表明，AR模型的可观性得到改善。在将模糊度送入Lambda之前，使用因子图优化来求解模糊度的精确浮点解。在我们最近开放的具有挑战性的数据集UrbanNav上进行的评估验证了该方法的有效性。结果表明，3DLA GNSS RTK的定位率约为30%，而常规GNSS-RTK的定位率仅为14%左右。此外，该方法在具有挑战性的城市地区收集的大部分数据中都达到了亚米级的定位精度。

本文贡献如下：

1、本文提出了一种基于PCM的无漂移3D滑动窗口GNSS NLOS抑制方法，以提高GNSS原始测量的质量。利用改进的GNSS-RTK定位对三维滑动窗口PCM的漂移进行了修正。

2、本文提出了一种基于LiDAR地标的VS约束模型来改善城市峡谷中接收到的卫星的几何分布。改进的浮点解估计可以通过将原始GNSS观测值、IMU和精心选择的VS观测值紧密结合在一起，然后用于整周模糊度解算。此外，我们还从数学上推导了虚拟卫星对几何形状的改善。

3、在香港的城市峡谷进行了广泛的评估：在香港收集了两个具有挑战性的都市化序列进行了实验，并仔细地进行了全面的比较，以表明所提出的方法的有效性。

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