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

論文地址：https://arxiv.org/abs/2212.05477

作者單位：香港理工大學(xué)

? ?GNSS和LiDAR里程計(jì)是互補(bǔ)的，因?yàn)樗鼈兎謩e提供絕對(duì)和相對(duì)定位。由于GNSS信號(hào)的反射，它們以松散耦合的方式進(jìn)行組合是簡單的，但在城市峽谷中受到挑戰(zhàn)。最近提出的3D激光雷達(dá)輔助(3DLA)GNSS方法利用點(diǎn)云地圖來識(shí)別GNSS信號(hào)的非視距(NLOS)接收。這有助于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器獲得改進(jìn)的城市定位，但不能達(dá)到亞米級(jí)。GNSS實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)(RTK)使用載波相位測量來獲得分米級(jí)定位。在城市地區(qū)，GNSS RTK不僅受到多路徑和NLOS影響的測量的挑戰(zhàn)，而且還受到建筑物的信號(hào)阻塞的影響。后者將給解決載波相位測量中的模糊性帶來挑戰(zhàn)。換言之，模糊度解算的模型可觀測性大大降低。?

? ?本文提出利用累積的三維點(diǎn)云圖(PCM)生成虛擬衛(wèi)星(VS)測量值。這些由LiDAR-PCM制造的VS測量與GNS偽距和載波相位測量緊密耦合。因此，VS測量可以提供互補(bǔ)的約束，意味著提供跨街道方向的低仰角測量。結(jié)果表明，AR模型的可觀性得到改善。在將模糊度送入Lambda之前，使用因子圖優(yōu)化來求解模糊度的精確浮點(diǎn)解。在我們最近開放的具有挑戰(zhàn)性的數(shù)據(jù)集UrbanNav上進(jìn)行的評(píng)估驗(yàn)證了該方法的有效性。結(jié)果表明，3DLA GNSS RTK的定位率約為30%，而常規(guī)GNSS-RTK的定位率僅為14%左右。此外，該方法在具有挑戰(zhàn)性的城市地區(qū)收集的大部分?jǐn)?shù)據(jù)中都達(dá)到了亞米級(jí)的定位精度。

本文貢獻(xiàn)如下：

1、本文提出了一種基于PCM的無漂移3D滑動(dòng)窗口GNSS NLOS抑制方法，以提高GNSS原始測量的質(zhì)量。利用改進(jìn)的GNSS-RTK定位對(duì)三維滑動(dòng)窗口PCM的漂移進(jìn)行了修正。

2、本文提出了一種基于LiDAR地標(biāo)的VS約束模型來改善城市峽谷中接收到的衛(wèi)星的幾何分布。改進(jìn)的浮點(diǎn)解估計(jì)可以通過將原始GNSS觀測值、IMU和精心選擇的VS觀測值緊密結(jié)合在一起，然后用于整周模糊度解算。此外，我們還從數(shù)學(xué)上推導(dǎo)了虛擬衛(wèi)星對(duì)幾何形狀的改善。

3、在香港的城市峽谷進(jìn)行了廣泛的評(píng)估：在香港收集了兩個(gè)具有挑戰(zhàn)性的都市化序列進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并仔細(xì)地進(jìn)行了全面的比較，以表明所提出的方法的有效性。

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