[發明專利]一種數字波束天線GPS多徑抑制方法

有效

• 申請號: 201410538752.3
• 申請日: 2014-10-13
• 公開（公告）號: CN104316937B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 王黨衛;任小偉;孫旭升;呂超;馮澤
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十研究所
• 主分類號: G01S19/22
• 分類號: G01S19/22
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 顧潮琪

技術領域

本發明屬于衛星導航領域，是衛星導航局域增強系統中一種多徑抑制完好性算法。

背景技術

美國的全球定位系統GPS可以連續/全天候的工作，并能在全球范圍內向用戶提供精確、連續的三維位置、速度與時間信息。但由于GPS本身固有的特性，使得單純使用GPS不能夠滿足許多民用領域所需的精度要求，這就需要建立增強系統對GPS進行增強，局域增強系統LAAS即是這樣的增強系統。

局域增強系統LAAS是美國聯邦航空局FAA提出的地基增強系統。LAAS的地面站根據衛星測距信號和已知的基準接收機精確位置計算衛星的偽距校正量、載波相位校正量等差分數據，并將這些信息發送給機載子系統。機載子系統將地面站發送的差分數據等用于解算，以獲得高精度的導航參數。

衛星導航局域增強系統是一個地基差分系統，通過地面差分站發播衛星差分數據，用戶將差分數據用于解算來獲得高精度的導航參數，如速度、位置和時間。該系統采用的差分技術是利用多個參考接收機測量的位置信息或距離信息及其他導航信息的相關性能消除部分多徑，大大提高了導航定位精度。普遍認為，它可以滿足非精密進近以及Ⅰ、Ⅱ直至III類精密進近著陸要求。

多徑干擾是目前無線數字通訊中面臨的常見問題。隨著數字通訊技術的不斷發展，數據量越來越大，傳輸速率不斷提高，帶寬增大是當前無線通訊發展的趨勢。而多徑嚴重的信道中，高速的數字通訊，多徑效應的時延擴展將遠大于碼間間距，形成嚴重的符號間干擾，將會對信號的傳輸造成嚴重影響。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種數字波束天線GPS多徑抑制方法，應用雙頻平滑差分和數字多波束受控接受大幅改善固定增益天線的多徑誤差，從而提高改善整個系統的可用性。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

步驟一：為多徑信號建模，獲取直達信號和反射信號的多徑延遲τ_m＝(R_d+dr_m-R)/c和相對相位其中，R_d為導航衛星到反射點的距離，R為導航衛星到接收天線的直達距離，dr_m為反射點到接收天線的距離，為GPS的載頻，c為光速；

步驟二：為接收信號建模，得到天線端口N的輸出和天線響應矩陣其中，a_m＝[a_m1，...，a_mN]^T是第m個信號元素方向上的混合陣列響應，P_f(t)是接收機的偽隨機噪聲(PRN)碼，Δω＝2πΔf是多普勒誤差，n(t)是一個N*1的接收機噪聲建模為無關基帶限制的高斯白噪聲，b_i是第i個干擾上的混合陣列響應，G_k和ψ_k為第m個信號方向上第k個受控接收模式天線陣列元素；

步驟三：在時間T_A內整合接收信號確定干擾協方差得到接收機熱噪聲的方差歸一化預期值獲得電子天線模塊的輸出

步驟四：執行最終的基帶轉換和偽隨機噪聲碼的解擴，獲得權重陣列響應由天線增益替換為多徑干擾源的相關輸出和

步驟五：獲得平滑低通濾波器結果。

本發明的有益效果是：提高了衛星導航精確度，本發明考慮了差分GPS雙頻平滑(DFS)和數字多波束受控接收天線(DBF)兩種多徑抑制技術，用模擬散射平面多徑模型伴隨著詳細的抗干擾接收信號處理模型，模擬編碼和載波誤差被用于產生變角統計模型，對比固定增益天線混合DBF和DFS算法可以大幅改善多徑誤差，并相應的提高整個系統的可用性。

附圖說明

圖1是GPS抗干擾系統框圖；

圖2是多徑模型示意圖；

圖3是無散平滑過程示意圖；

圖4是雙頻平滑DGPS結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，本發明包括但不僅限于下述實施例。

本發明提供一種數字波束天線的多徑抑制算法，包括如下步驟：

步驟一：為多徑信號建模，獲取直達信號和反射信號的多徑延遲和相對相位。

步驟二：為接收信號建模，得到天線端口N的輸出和天線響應矩陣。

步驟三：數字天線處理：整合接收信號確定干擾協方差，得到接收機熱噪聲的方差歸一化預期值，獲得電子天線模塊的輸出。

步驟四：SAASM模塊執行最終的基帶轉換和偽隨機噪聲碼的解擴，獲得權重陣列響應由天線增益替換為多徑干擾源的相關輸出。