[發(fā)明專(zhuān)利]一種GPS接收機(jī)中的通道與觀測(cè)域聯(lián)合多徑抑制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310547248.5
• 申請(qǐng)日: 2013-11-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103558614A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙昀;寇艷紅;薛曉男;張婷菲;高米
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01S19/29
• 分類(lèi)號(hào): G01S19/29;G01S19/30
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專(zhuān)利事務(wù)所 11121
• 代理人: 祗志潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全球定位系統(tǒng)（GPS）信號(hào)接收機(jī)中的多徑效應(yīng)抑制方法。

背景技術(shù)

在存在多徑的應(yīng)用環(huán)境中，GPS接收機(jī)將接收到所處環(huán)境中反射體引起的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)的額外副本。由于GPS接收機(jī)普遍采用基于衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)時(shí)間（TOA）測(cè)量的定位方法，并假定接收到的衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)視線路徑（從衛(wèi)星到接收機(jī)天線段的直線路徑）傳播，多徑信號(hào)將在GPS接收機(jī)的碼時(shí)延鎖定環(huán)（DLL）引入額外的估計(jì)時(shí)延偏差，并在耦合作用下影響接收機(jī)的載波相位鎖定環(huán)（PLL），引起碼和載波跟蹤誤差，因而引起偽距和載波相位觀測(cè)量誤差，并最終導(dǎo)致接收機(jī)的定位誤差。

GPS接收機(jī)常用抗多徑天線進(jìn)行多徑抑制，通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的天線，使天線對(duì)于可能的反射體方位具有低增益，但由此增加了接收機(jī)復(fù)雜度。相比而言，基于接收機(jī)內(nèi)部處理的方法具有更大靈活性，這類(lèi)方法可細(xì)分為改進(jìn)跟蹤通道方法和多徑信號(hào)處理方法。

改進(jìn)跟蹤通道方法的優(yōu)勢(shì)在于處理便捷、實(shí)時(shí)性好，主要問(wèn)題是只能有限降低偽距測(cè)量誤差，但無(wú)法改善載波相位測(cè)量精度。而多徑信號(hào)處理方法一般通過(guò)估計(jì)多徑信號(hào)的參數(shù)來(lái)抑制多徑誤差，如美國(guó)NovAtel公司研制的MEDLL（即多徑消除DLL）接收機(jī)，以及此后改進(jìn)其實(shí)時(shí)性的MMT（即多徑抑制技術(shù)）接收機(jī)，MEDLL對(duì)多徑信號(hào)進(jìn)行最大似然估計(jì)，可以抑制碼和載波相位測(cè)量中的多徑，但只適用于多徑緩變的場(chǎng)景。針對(duì)動(dòng)態(tài)多徑抑制，德國(guó)宇航中心（DLR）采用貫序貝葉斯估計(jì)（即粒子濾波）技術(shù)實(shí)現(xiàn)多徑估計(jì)，但需要已知待估計(jì)多徑參數(shù)的先驗(yàn)概率密度，而這種先驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確度將影響多徑估計(jì)的效果。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有多徑抑制方法依賴有關(guān)待估計(jì)多徑參數(shù)的先驗(yàn)概率分布假設(shè)或不適合動(dòng)態(tài)多徑變換場(chǎng)景的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種用于GPS接收機(jī)的多徑抑制方法，具體是一種GPS接收機(jī)中的通道與觀測(cè)域聯(lián)合多徑抑制方法。

本發(fā)明提出的一種GPS接收機(jī)中的通道與觀測(cè)域聯(lián)合多徑抑制方法，包括如下步驟：

步驟一：擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)通道相關(guān)器支路。在標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)的每個(gè)通道上采用M對(duì)超前/滯后支路相關(guān)器，來(lái)提高時(shí)延分辨率0.1倍至0.01倍擴(kuò)頻碼碼片時(shí)延，并將時(shí)延范圍延伸至覆蓋±1.5倍擴(kuò)頻碼碼片，以此形成相關(guān)輸出。M取值范圍為15～150。

步驟二：構(gòu)建接收機(jī)通道中的多徑均衡器，多徑均衡器包括多徑參數(shù)估計(jì)和多徑分量重構(gòu)兩部分。首先，采用橫向自適應(yīng)濾波器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多徑參數(shù)估計(jì)，濾波器的階數(shù)與步驟一中的時(shí)延分辨率對(duì)應(yīng)，為2M+1；將理想（無(wú)多徑）信道對(duì)應(yīng)的相關(guān)輸出作為濾波器的輸入信號(hào)，將實(shí)際信道的相關(guān)輸出作為濾波器的期望響應(yīng)，采用遞歸最小二乘（RLS）算法使濾波器收斂，得到由濾波器權(quán)重系數(shù)表示的多徑信號(hào)分量的幅度與相位，而多徑時(shí)延由濾波器延遲單元對(duì)應(yīng)的時(shí)延表示，由此得到多徑信號(hào)分量參數(shù)的估計(jì)。其次，基于估計(jì)得到的多徑信號(hào)分量參數(shù)，重構(gòu)出多徑分量，并將重構(gòu)出的多徑分量以負(fù)分量形式疊加到接收機(jī)的數(shù)字中頻輸入信號(hào)上，補(bǔ)償實(shí)際接收信號(hào)中的多徑分量，進(jìn)而消除多徑跟蹤誤差。

步驟三：構(gòu)建接收機(jī)觀測(cè)域中的觀測(cè)量多徑濾波器。對(duì)于接收機(jī)中產(chǎn)生的偽距觀測(cè)量和載波相位觀測(cè)量，分別構(gòu)建小波多徑閾值濾波器。小波多徑閾值濾波器中，首先進(jìn)行多尺度小波變換，利用接收機(jī)中的載噪比估計(jì)，設(shè)定小波域閾值，進(jìn)行小波系數(shù)修正，實(shí)現(xiàn)小波閾值濾波，使觀測(cè)域中由多徑效應(yīng)導(dǎo)致的誤差與衛(wèi)星信號(hào)觀測(cè)量分離，基于修正的小波系數(shù)進(jìn)行小波逆變換，得到抑制多徑誤差后的偽距觀測(cè)量和載波相位觀測(cè)量。

本發(fā)明提供的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

（1）本發(fā)明的多徑抑制方法中的GPS接收機(jī)通道多徑均衡器，其構(gòu)建基于自適應(yīng)估計(jì)理論，不依賴有關(guān)待估計(jì)多徑參數(shù)先驗(yàn)概率分布的假設(shè)；所采用的RLS類(lèi)算法比最小均方（LMS）類(lèi)算法，能夠更好地適應(yīng)多徑環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。

（2）本發(fā)明的多徑抑制方法在GPS接收機(jī)中綜合運(yùn)用通道中的多徑均衡器與觀測(cè)域的多徑濾波器，分別處理跟蹤環(huán)路以及偽距和載波相位觀測(cè)量中的多徑誤差，聯(lián)合抑制接收機(jī)跟蹤與觀測(cè)量生成兩個(gè)處理階段的多徑誤差。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明多徑抑制方法在一個(gè)GPS接收機(jī)通道中實(shí)現(xiàn)的原理結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明多徑抑制方法中步驟一中擴(kuò)展支路相關(guān)器的原理結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明多徑抑制方法中步驟二中多徑參數(shù)估計(jì)的原理結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明多徑抑制方法中步驟三中觀測(cè)量多徑濾波的原理結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式