專利名稱：相位多徑緩和的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)，特別地涉及用于緩和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中的多徑導(dǎo)致的誤差的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
目全球?qū)Ш较到y(tǒng)、例如全球定位系統(tǒng)中的接收器，使用基于來自衛(wèi)星的視線信號(hào)的范圍測定。該接收器測量一個(gè)或多個(gè)廣播信號(hào)的到達(dá)時(shí)間。這種到達(dá)時(shí)間測量包括基于信號(hào)的粗采集編碼部分的時(shí)間測定，該部分稱為偽范圍，以及基于包括1.57542GHz的L1和1.22760GHz的L2的L波段載波信號(hào)的相位測定，并將很快包括1.17645GHz的L5。理想情況下，這些測量僅根據(jù)直接視線信號(hào)。然而，由接收器接收的實(shí)際信號(hào)是直接視線信號(hào)和一個(gè)或更多二次反射信號(hào)的組合。這些已知為多徑信號(hào)的二次信號(hào)，由包括建筑、設(shè)備和地面的任意數(shù)量的結(jié)構(gòu)反射。
圖1示出了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)100中的復(fù)合信號(hào)。裝置110接收直接路徑信號(hào)114和單個(gè)由物體112反射的多徑信號(hào)116。多徑信號(hào)116的路徑長度比直接路徑信號(hào)114的路徑長度要長。結(jié)果是，多徑信號(hào)116是直接路徑信號(hào)114的遲延仿形，其具有一般更低的幅度。圖2示出了由(圖1的)裝置110接收的信號(hào)的相位復(fù)數(shù)矢量圖200，包括(相對(duì)于圖1中裝置110中的內(nèi)部參照的)同相I 212和正交Q 210成分。正交Q 210成分具有相對(duì)于同相I 212的90°的相位關(guān)系。直接路徑信號(hào)114(圖1)具有幅度Ad214和相位θd218。多徑信號(hào)116(圖1)具有幅度Am216和相位θm220。鑒于多徑信號(hào)116(圖1)與直接路徑信號(hào)114(圖1)到達(dá)的時(shí)間不同，所以相位θd218和相位θm220不同。多徑信號(hào)，例如多徑信號(hào)116(圖1)導(dǎo)致L波段載波信號(hào)中的失真，也稱為相位多徑。圖3示出相位多徑失真300中的信號(hào)的幅度310，其作為時(shí)間312的函數(shù)。由裝置110接收的復(fù)合信號(hào)314是正弦直接路徑信號(hào)316和一般低幅度的、延遲的多徑信號(hào)318的總和。該直接路徑信號(hào)316和多徑信號(hào)318被編碼使得每個(gè)經(jīng)受了一個(gè)在碼片邊緣的180°反相。注意，該反相也稱為碼跳變。碼跳變率(也稱為碼片邊緣率)是L波段載波頻率的等分(sub-multiple)。例如，在GPS中對(duì)于L1和L2上的P代碼，等分分別是154和120。對(duì)于粗采集代碼(或CA代碼)，碼片率是1.023MHz。在許多全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中，通過使用雙相位調(diào)制代碼利用碼跳變對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼，其中載波信號(hào)相位提前或延遲90°。多徑信號(hào)318的不同相位導(dǎo)致在時(shí)間間隔320期間復(fù)合信號(hào)314中的顯著的失真。然而在其它時(shí)間也有影響。例如，在這個(gè)視圖中復(fù)合信號(hào)314的零穿越324被延遲，即相對(duì)于直接路徑信號(hào)316的零穿越322向右移動(dòng)?？偟膩碚f，多徑信號(hào)可導(dǎo)致復(fù)合信號(hào)314的零穿越遲延或提前。這種顯然的相位提前或遲延導(dǎo)致相位誤差。
需要一種技術(shù)來緩和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中這樣的多徑導(dǎo)致的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
描述了一種用于緩和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中的多徑導(dǎo)致的誤差的系統(tǒng)和方法。在該方法的一個(gè)實(shí)施例中，接收一復(fù)合信號(hào)。該復(fù)合信號(hào)包括波段受限的直接路徑信號(hào)和至少一個(gè)波段受限的多徑信號(hào)，該兩種信號(hào)每個(gè)被用周期性的反相調(diào)制。在具有至少一個(gè)周期性反相的時(shí)間間隔期間，該復(fù)合信號(hào)以時(shí)間為函數(shù)被測定。復(fù)合信號(hào)和直接路徑信號(hào)之間的由于多徑信號(hào)而產(chǎn)生的相位誤差φε，根據(jù)作為時(shí)間函數(shù)的測定復(fù)合信號(hào)和對(duì)應(yīng)于濾波器的預(yù)定濾波特性來確定，該濾波器用于波段限制該直接路徑信號(hào)和該多徑信號(hào)。修正了導(dǎo)航計(jì)算中的相位誤差φε。
在方法的一些實(shí)施例中，該濾波特性是濾波階躍響應(yīng)、濾波脈沖響應(yīng)或?yàn)V波復(fù)傳遞函數(shù)。
在方法的一些實(shí)施例中，多徑信號(hào)相對(duì)于直接路徑信號(hào)的時(shí)間延遲δ顯著地小于對(duì)應(yīng)于用于波段限制直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)的濾波器的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間。
在方法的一些實(shí)施例中，確定了對(duì)應(yīng)于在包括多徑信號(hào)的效應(yīng)的實(shí)際反相時(shí)間和沒有多徑信號(hào)的效應(yīng)的反相時(shí)間之間的差值的時(shí)間誤差Δt，并且修正了偽范圍一個(gè)對(duì)應(yīng)于該時(shí)間誤差Δt的誤差。
在該系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，一種緩和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中多徑導(dǎo)致的誤差效應(yīng)的裝置，包括接收復(fù)合信號(hào)的接收器。該復(fù)合信號(hào)包括波段受限的直接路徑信號(hào)和至少一個(gè)波段受限的多徑信號(hào)，該兩種信號(hào)每個(gè)被用周期性的反相調(diào)制。該裝置進(jìn)一步包括測定結(jié)構(gòu)、處理器和存儲(chǔ)器，其中該測定結(jié)構(gòu)在具有至少一個(gè)周期性反相的時(shí)間間隔期間，將該復(fù)合信號(hào)以時(shí)間為函數(shù)采樣。該存儲(chǔ)器包括至少一個(gè)由處理器執(zhí)行的程序模塊，該至少一個(gè)程序模塊包括指令，該指令用于根據(jù)作為時(shí)間函數(shù)的測定復(fù)合信號(hào)和預(yù)定濾波特性來確定復(fù)合信號(hào)和直接路徑信號(hào)之間由于多徑信號(hào)而產(chǎn)生的相位誤差φε，其中濾波特性用于波段限制該直接路徑信號(hào)和該多徑信號(hào)。將該裝置配置來修正導(dǎo)航計(jì)算中的相位誤差φε。
在系統(tǒng)的一些實(shí)施例中，該濾波特性是濾波階躍響應(yīng)、濾波脈沖響應(yīng)或?yàn)V波復(fù)傳遞函數(shù)。
在系統(tǒng)的一些實(shí)施例中，多徑信號(hào)相對(duì)于直接路徑信號(hào)的時(shí)間延遲δ顯著地小于對(duì)應(yīng)于用于波段限制直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)的濾波器的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間。
在系統(tǒng)的一些實(shí)施例中，該至少一個(gè)程序模塊進(jìn)一步包含用于確定時(shí)間誤差Δt和修正對(duì)應(yīng)于時(shí)間誤差Δt的偽范圍(pseudo-range)中的誤差的指令，該時(shí)間誤差Δt對(duì)應(yīng)于包括多徑信號(hào)的效應(yīng)的實(shí)際反相時(shí)間和沒有多徑信號(hào)的效應(yīng)的反相時(shí)間之間的差值。
提供了方法和系統(tǒng)實(shí)施例的附加變化。


從下面結(jié)合附圖的說明和所附權(quán)利要求中，本發(fā)明的其它目的和特征將變得更加顯而易見。
圖1示出具有直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的圖示。
圖2示出直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)的同相及正交成分的相位矢量圖。
圖3示出復(fù)合信號(hào)的相位多徑失真。
圖4A示出全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中的裝置的追蹤矢量。
圖4B示出在直接路徑信號(hào)經(jīng)受一個(gè)反相后該裝置中的追蹤矢量。
圖4C示出在直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)經(jīng)受反相后該裝置中的追蹤矢量。
圖5示出濾波階躍響應(yīng)和由多徑導(dǎo)致的接收器跟蹤誤差。
圖6示出直接路徑信號(hào)、多徑信號(hào)和復(fù)合信號(hào)的濾波階躍響應(yīng)。
圖7示出波段受限直接路徑信號(hào)和波段受限多徑信號(hào)的反相期間的追蹤矢量。
圖8示出用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中的典型裝置的前端電子部件的框圖。
圖9示出用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中的典型裝置的信號(hào)處理的框圖。
圖10示出對(duì)濾波階躍響應(yīng)采樣的累加器。
圖11為示出用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中的典型裝置的部件的框圖。
圖12為示出用于確定多徑導(dǎo)致的誤差的技術(shù)中的第一程序的框圖。
圖13為示出用于確定多徑導(dǎo)致的誤差的技術(shù)中的第二程序的框圖。
在附圖的全部幾個(gè)視圖中，相同的數(shù)字指對(duì)應(yīng)的部件。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D3，在直接路徑信號(hào)316的碼片邊緣和多徑信號(hào)318的碼片邊緣之間的時(shí)間間隔320期間，復(fù)合信號(hào)314具有復(fù)雜但可預(yù)期的形狀。在該系統(tǒng)和方法中，使用時(shí)間間隔320期間的接收的復(fù)合信號(hào)314的顯著特征來確定和緩和一個(gè)或多個(gè)多徑導(dǎo)致的誤差。
GPS用于說明該系統(tǒng)和方法。但該系統(tǒng)和方法不限于GPS。它們可用于其它的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)，該系統(tǒng)包括但不限于全球環(huán)繞導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)、伽利略(GALILEO)定位系統(tǒng)、歐洲地球同步導(dǎo)航覆蓋系統(tǒng)(EGNOS)、廣域增加系統(tǒng)(WAAS)、基于多功能傳送衛(wèi)星的增加系統(tǒng)(MSAS)和準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)(QZSS)。
在GPS中，使用具有雙相位調(diào)制的擴(kuò)展頻譜偽隨機(jī)噪聲對(duì)L波段載波信號(hào)進(jìn)行編碼。由裝置110(圖1)對(duì)復(fù)合信號(hào)314進(jìn)行的基本信號(hào)處理是一個(gè)跟蹤環(huán)過程，其用從至少一個(gè)衛(wèi)星接收的復(fù)合信號(hào)的相位匹配由該裝置110(圖1)產(chǎn)生的仿形信號(hào)的相位。用于產(chǎn)生仿形信號(hào)的同步提供由該裝置110(圖1)進(jìn)行的基本代碼偽范圍測定和載波相位測定。該裝置110(圖1)的跟蹤過程不能容易地區(qū)分直接路徑信號(hào)316和多徑信號(hào)318，所以它跟蹤復(fù)合信號(hào)314。圖4A是跟蹤環(huán)過程的400_1的說明圖，其中追蹤矢量，該復(fù)合信號(hào)幅度Ad+m410，是直接路徑信號(hào)幅度214和多徑信號(hào)幅度216的矢量和。該復(fù)合信號(hào)幅度Ad+m410，以及因此用于相位測定中的信號(hào)仿形，具有相對(duì)于直接路徑信號(hào)幅度214的相位誤差φε412_1。圖4A還說明了直接路徑信號(hào)幅度214和多徑信號(hào)幅度216之間的相位差φm414_1，以及相位φ3rd416_1，其等于180度(或等同地，π弧度)減去φε412_1和φm414_1的和。圖4A對(duì)應(yīng)于時(shí)間間隔320(圖3)之前的時(shí)間。
參照?qǐng)D3，當(dāng)碼片邊緣在直接路徑信號(hào)316中開始并在多徑信號(hào)318中結(jié)束時(shí)，在時(shí)間間隔320期間的復(fù)合載波信號(hào)314的表現(xiàn)可由該裝置110(圖1)觀測到。鑒于多徑信號(hào)318相對(duì)于直接路徑信號(hào)316遲延，所以對(duì)應(yīng)于芯片邊緣的載波信號(hào)的碼跳變發(fā)生在多徑信號(hào)318中的較后時(shí)間。在圖4B、4C中說明了一種其使用這種特征的第一方法，用于緩和多徑導(dǎo)致的誤差。
參照?qǐng)D4B，由于多徑信號(hào)116(圖1)相對(duì)于直接路徑信號(hào)114(圖1)的時(shí)間延遲δ，裝置110(圖1)的直接路徑信號(hào)316(圖3)的反相發(fā)生在多徑信號(hào)318(圖3)之前。這導(dǎo)致復(fù)合信號(hào)314(圖3)具有不同的相位(未示出)，跟蹤過程400_2中的相位誤差φε412_2和相位差φm414_2具有新值。圖4B對(duì)應(yīng)于時(shí)間間隔320期間(圖3)的時(shí)間。
參照?qǐng)D4C，在多徑信號(hào)318(圖3)發(fā)生反相之后，復(fù)合信號(hào)314(圖3)具有原始的相位(未示出)，跟蹤過程400_3中的相位誤差φε412_1和相位差φm414_1將返回到跟蹤過程400_1中的值。圖4C對(duì)應(yīng)于時(shí)間間隔320(圖3)之后的時(shí)間。
通過在圖4B中測定復(fù)合信號(hào)314(圖3)的相位，在直接路徑信號(hào)316(圖3)的碼跳變之后但在多徑信號(hào)318(圖3)的碼跳變之前，可計(jì)算跟蹤過程400_1中的相位誤差φε412_1。參照?qǐng)D3，然而，第一技術(shù)假定直接路徑信號(hào)316和多徑信號(hào)318的碼跳變同時(shí)發(fā)生。這種假設(shè)是不正確的，因?yàn)樵谘b置110(圖1)和/或一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星中存在對(duì)直接路徑信號(hào)316和多徑信號(hào)318進(jìn)行波段限制的濾波。因此，如果時(shí)間延遲δ足夠大以允許直接路徑信號(hào)316的濾波的碼跳變，從而實(shí)現(xiàn)在多徑信號(hào)318的碼跳變開始跳變之前的穩(wěn)態(tài)，則第一技術(shù)僅適用于修正多徑導(dǎo)致的誤差。這限制第一技術(shù)至更長多徑信號(hào)延遲。不幸的是，在例如跟蹤過程400_1(圖4A)的跟蹤過程中產(chǎn)生最長期相位誤差的多徑信號(hào)，其依次導(dǎo)致相位測量偏差，且通常具有比裝置110(圖1)和/或一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星中的一個(gè)或多個(gè)濾波器的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間更短得多的延遲。
通過比較帶通濾波器的濾波階躍響應(yīng)和例如在現(xiàn)有技術(shù)中假定的即時(shí)濾波階躍響應(yīng)，其中該帶通濾波器代表了高精度全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)，可進(jìn)一步理解該第一技術(shù)的限制。圖5示出6極Butterworth濾波器的即時(shí)濾波階躍響應(yīng)514和濾波階躍響應(yīng)516的與時(shí)間512相對(duì)的幅度510，該6極Butterworth濾波器具有30MHz的中間頻率等效帶寬。注意在對(duì)應(yīng)于濾波階躍響應(yīng)516中的零穿越的時(shí)間t1522和對(duì)應(yīng)于理想即時(shí)階躍響應(yīng)514的時(shí)間518之間的時(shí)間誤差Δt520。通過從圖刪除的任何濾波響應(yīng)中所內(nèi)含的時(shí)間延遲，時(shí)間誤差Δt 520表示由代碼多徑引起的代碼跟蹤誤差。一些很復(fù)雜的相關(guān)器設(shè)計(jì)，例如使用雙Δ修正的這些設(shè)計(jì)，減少這種誤差但并不能消除它。
30MHz的帶寬對(duì)于目前高精度全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中的接收器較寬，但這種幅度的帶寬正隨著信號(hào)處理速度增加而變得更加普遍，部分地使得實(shí)現(xiàn)多徑信號(hào)的更大可觀測性。另外，這個(gè)帶寬代表了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中的現(xiàn)代衛(wèi)星支持的信號(hào)帶寬。具有30MHz帶寬的一些典型濾波器具有跳變?cè)摲聪嗟拇蠹s50ns的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間，并且大約150ns不能獲得穩(wěn)態(tài)。其它濾波器具有跳變?cè)摲聪嗟拇蠹s40ns的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間并且大約200ns不能獲得穩(wěn)態(tài)(即對(duì)應(yīng)于該濾波器的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間在40-200ns之間，并更一般地為小于或等于200ns)。其它濾波器具有10MHz的帶寬和小于1μs的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)時(shí)間延遲δ大于約50ns時(shí)，圖4A-4C中的跟蹤過程400僅僅是一個(gè)合理的模型，其需要直接路徑信號(hào)114(圖1)和多徑信號(hào)116(圖1)的路徑長度差為至少50英尺(feet)。
在圖6中示出了直接路徑信號(hào)、多徑信號(hào)和復(fù)合信號(hào)的濾波階躍響應(yīng)結(jié)果，包括直接路徑即時(shí)濾波響應(yīng)610、多徑即時(shí)濾波響應(yīng)612、直接路徑濾波階躍響應(yīng)614、多徑濾波階躍響應(yīng)616和復(fù)合濾波階躍響應(yīng)618。注意，除了例如濾波階躍響應(yīng)516(圖5)的濾波階躍響應(yīng)外，例如在裝置110(圖1)中和/或一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星中的接收器中，濾波器的濾波特性也可根據(jù)濾波脈沖響應(yīng)或復(fù)濾波傳遞函數(shù)來表征。
圖7示出了用于跟蹤多徑信號(hào)116的跟蹤過程700，多徑信號(hào)116在直接路徑信號(hào)316(圖3)和多徑信號(hào)318(圖3)的碼片跳變過程中具有小于50英尺的路徑長度差。在這個(gè)說明中，直接路徑信號(hào)316(圖3)和多徑信號(hào)318(圖3)被使用具有例如濾波階躍響應(yīng)516(圖5)的濾波階躍響應(yīng)的濾波器來限制波段。在碼片跳變期間跟蹤過程700的I 212和Q 210成分沿著軌跡710，而不是在圖4A-4C中示出的即時(shí)跳變。注意，軌跡710表示了，代表多徑信號(hào)216(圖2)的矢量在代表直接路徑信號(hào)214(圖2)結(jié)束它的碼跳變之前開始碼跳變。如下面所述，通過根據(jù)至少一個(gè)預(yù)定濾波器特性，例如濾波階躍響應(yīng)516(圖5)，在直接路徑信號(hào)114(圖1)和多徑信號(hào)116(圖1)的碼跳變期間擬合測定軌跡710，可確定并緩和一個(gè)或多個(gè)多徑導(dǎo)致的誤差。
在圖8中，示出了一個(gè)接收器的典型前端800的框圖，該接收器在例如裝置110(圖1)的裝置中。天線810接收來自一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。在一些實(shí)施例中，該天線810具有內(nèi)置放大器。該信號(hào)通過寬帶寬的濾波器820來排除波段之外的干擾。濾波之后，該信號(hào)由L波段的載波信號(hào)構(gòu)成，該L波段的載波信號(hào)通過一個(gè)嵌入的擴(kuò)展頻譜偽隨機(jī)噪聲碼而在10MHz或更寬的帶寬上擴(kuò)展。通過衛(wèi)星的帶寬確定該信號(hào)的總信息容量。在一個(gè)實(shí)施例中，該帶寬稍微小于30MHz。
接下來，通過在混頻器814中混合由基于參考振蕩器818的產(chǎn)生結(jié)構(gòu)816產(chǎn)生的信號(hào)，可將該L波段信號(hào)下變頻成中頻帶或基帶頻率，并通過帶通濾波器820濾波。一般可包括但不要求該下變頻步驟，因?yàn)閷?duì)幾百兆赫或較低的頻率的信號(hào)進(jìn)行采樣和濾波比對(duì)在1-2GHz L波段傳輸?shù)妮d波信號(hào)頻率的信號(hào)進(jìn)行處理要容易的多。最終濾波器820的帶寬必須至少是衛(wèi)星信號(hào)(例如30MHz)的帶寬，否則將丟失一部分該衛(wèi)星信號(hào)的信息內(nèi)容。特別是，如果濾波器820的帶寬小于衛(wèi)星的帶寬，該衛(wèi)星的帶寬對(duì)于新GPS衛(wèi)星而言是大概30MHz，則碼跳變的細(xì)節(jié)降低。
正交發(fā)生器826和混頻器822_1與822_2產(chǎn)生被濾波信號(hào)的同相I和正交Q成分。在一些實(shí)施例中，該正交發(fā)生器826和混頻器822還提供信號(hào)到基帶的最終下變頻。該同相I和正交Q信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器828和830從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字形式。在一些實(shí)施例中，該同相I和正交Q信號(hào)是強(qiáng)度受限的或限幅的。該數(shù)字采樣由信號(hào)處理器832處理。
注意，在一些實(shí)施例中，使用多位A/D轉(zhuǎn)換來限制信號(hào)處理損失。另外，A/D轉(zhuǎn)換器828和830可具有非常窄的采樣孔徑，所以精確地知道采樣的定時(shí)。寬孔徑的轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的采樣是孔徑期間的模擬信號(hào)的平均值，這等同于削弱了采樣信號(hào)的高頻部分。另外，A/D轉(zhuǎn)換器828和830的采樣率必須超出基于信號(hào)的信息帶寬的尼奎斯特條件。鑒于衛(wèi)星信號(hào)具有30MHz數(shù)量級(jí)的信息帶寬，接收器必須以等于或大于30MHz的速率進(jìn)行復(fù)(同相I和正交Q)測定或者以至少兩倍信息帶寬的速率(用單個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器)進(jìn)行實(shí)際測定。在裝置110(圖1)的一個(gè)示例性實(shí)施例中，以40MHz的速率進(jìn)行復(fù)測定。
圖9為適用作圖8中信號(hào)處理器832的信號(hào)處理器900的框圖。圖9描述了單個(gè)接收器信道。在一些接收器中，有10-50個(gè)基本相同的信道來從不同的衛(wèi)星接收信號(hào)。注意，為了執(zhí)行下面描述的信號(hào)處理功能，接收器必須已經(jīng)具有對(duì)來自一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)的相干跟蹤。特別是，必須有載波鎖，其中接收器中載波跟蹤回路(未示出)中的參照信號(hào)的多普勒效應(yīng)匹配載波信號(hào)的多普勒效應(yīng)，代碼鎖基于接收器中的代碼跟蹤回路(未示出)，這允許恢復(fù)擴(kuò)展頻譜偽隨機(jī)噪聲碼中的信號(hào)功率的最大值。
該信號(hào)處理器900從接收器的前端800接收同相I和正交Q采樣910。該采樣910在混頻器920和932中與載波信號(hào)和代碼信號(hào)的仿形相混頻。在一些實(shí)施例中，在混頻器920和932中的混頻可以相反次序?qū)嵤蚩梢院喜⒃谠趩蝹€(gè)混頻步驟中。在混頻器920中的混頻由以一個(gè)角度使同相I和正交Q復(fù)旋轉(zhuǎn)，該角度對(duì)應(yīng)于載波信號(hào)的仿形的相位。該角度是通過來自載波跟蹤回路的輸出912產(chǎn)生，該載波跟蹤回路驅(qū)動(dòng)載波頻率產(chǎn)生結(jié)構(gòu)914。一個(gè)加法器916和載波相位求和918產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于該相位的連續(xù)數(shù)字求和。可以以碼片率對(duì)采樣910進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)從采樣910中去除了任何多普勒和任何剩余的中頻相位旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)足夠快以滿足地，即用可測量的儀器損失，從采樣910中去除了任何多普勒和任何剩余的中頻相位旋轉(zhuǎn)。該載波跟蹤回路-其通過反饋控制載波信號(hào)的仿形的相位和頻率-可以以軟件或ASIC和軟件組合的方式實(shí)施在專用集成電路(ASIC)中。如果載波信號(hào)的仿形的相位和頻率是正確的，則旋轉(zhuǎn)的結(jié)果為真正基帶、零多普勒的采樣。
在混頻器932中的混頻從采樣去除了擴(kuò)展頻譜的偽隨機(jī)噪聲碼。該代碼的相位和定時(shí)通過來自代碼跟蹤回路的反饋控制，該代碼跟蹤回路可實(shí)施在ASIC中，以軟件或ASIC與軟件相結(jié)合的方式。代碼跟蹤回路的輸出922驅(qū)動(dòng)碼頻產(chǎn)生結(jié)構(gòu)924。加法器926和代碼相位求和928產(chǎn)生連續(xù)的數(shù)字和值。來自代碼相位求和928的輸出驅(qū)動(dòng)代碼產(chǎn)生結(jié)構(gòu)930。對(duì)于雙相位調(diào)制，來自代碼產(chǎn)生結(jié)構(gòu)930的輸出，是對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制移相鍵控的±1。代碼產(chǎn)生結(jié)構(gòu)930的輸出可僅僅以碼片邊緣速率改變符號(hào)。
如果，代碼信號(hào)的仿形的相位和頻率是正確的，那么代碼從采樣中去除，且可以說該采樣是相關(guān)的。所產(chǎn)生的解擴(kuò)頻采樣代表恒定的、零多普勒采樣(DC項(xiàng))，其可以隨著時(shí)間被積分。對(duì)于擴(kuò)展的間隔，可將成功相關(guān)的采樣求和，從而提高測量的信噪比。如果代碼信號(hào)的仿形的定時(shí)在誤差上小于一個(gè)碼片周期(例如對(duì)于粗收集代碼，該碼片周期大約是1毫秒，碼片率的倒數(shù))，那么連續(xù)的采樣是不相關(guān)的，且隨時(shí)間的積分產(chǎn)生比成功相關(guān)的采樣小的結(jié)果。如果代碼信號(hào)的仿形的定時(shí)在誤差上大于一個(gè)碼片周期，那么連續(xù)采樣是不相關(guān)的，隨時(shí)間的積分產(chǎn)生接近零平均值的結(jié)果。
衛(wèi)星信號(hào)的采樣可根據(jù)載波頻率產(chǎn)生結(jié)構(gòu)914和碼頻產(chǎn)生結(jié)構(gòu)924的相位分類。一般地，載波跟蹤回路使用全部采樣，因?yàn)檫@樣提供最佳信噪比。另一方面，根據(jù)使用的誤差鑒別器，例如雙Δ、選通相關(guān)器或脈沖幅度相關(guān)器，代碼跟蹤回路一般地使用采樣的子集。在一些實(shí)施例中，為了取得最好的多徑抑制，僅使用測量的采樣的部分，該測量的采樣對(duì)應(yīng)于接近碼片邊緣的碼跳變。例如，可將代碼跟蹤回路配置來僅僅對(duì)那些具有0.75-0.25P碼片周期(0.75-1.0和0.0-0.25)之間的碼相位分?jǐn)?shù)的采樣求和。在這個(gè)實(shí)施例中，具有0.25-0.75之間(大于0.25并小于0.75)相位的采樣被代碼跟蹤回路丟棄。
衛(wèi)星信號(hào)采樣(除丟棄之外的那些)被傳送至一系列的累加器。塊936和942檢查代碼相位求和928的相位，并啟動(dòng)該對(duì)應(yīng)的積分電路(例如具有輸出938和944的積分電路934和940之一)，用于對(duì)特定的采樣積分。盡管在圖9中示出了兩個(gè)累加器，仍然可有額外的累加器。一般地，對(duì)于給定的接收器信道，有8-32個(gè)累加器，其中的每一個(gè)用于累積對(duì)應(yīng)于該累加器的相位范圍的衛(wèi)星信號(hào)采樣。在一個(gè)示例的實(shí)施例中，有16個(gè)累加器。每個(gè)信道使用多個(gè)累加器實(shí)現(xiàn)跳變軌跡的跟蹤，例如軌跡710(圖7)。另外，在信號(hào)收集期間，可使用更多數(shù)量的累加器來增加代碼查找速率。
圖10提供了對(duì)應(yīng)于16個(gè)累積器的積分采樣1020相對(duì)于濾波階躍響應(yīng)1010的示圖。該積分采樣1020是通過選擇性地積分具有相對(duì)于碼片邊緣的適當(dāng)相位的同相I和正交Q采樣而產(chǎn)生的。
接收器可根據(jù)由接收器使用來積分采樣的積分電路的數(shù)量來分類，該采樣根據(jù)它們相對(duì)于碼片邊緣的位置來分類。該接收器一般地在每個(gè)碼片周期采取基本上恰為整數(shù)的采樣。每個(gè)采樣指定一個(gè)采樣號(hào)，且在多個(gè)跳變上該接收器分別地對(duì)每個(gè)采樣號(hào)而積分各個(gè)采樣。例如，如果接收器每個(gè)碼片周期具有4個(gè)同相I和正交Q采樣對(duì)，則它通過相對(duì)于碼片邊緣對(duì)采樣1-4進(jìn)行編號(hào)以及通過對(duì)該采樣的兩個(gè)子集求和，來實(shí)現(xiàn)一種加或減四分之一碼片的相關(guān)性。第一子集僅僅包括采樣4，其恰發(fā)生在碼片邊緣之前。第二子集僅僅包括采樣1，其恰發(fā)生在碼片邊緣之后。
在積分采樣1020之間的間隔可以是5ns或更小。如果上述的采樣技術(shù)用于產(chǎn)生這樣窄的采樣子集，那么需要復(fù)合采樣和至少200MHz的數(shù)據(jù)處理速率。根據(jù)能量消耗、部件成本和實(shí)施難度，這樣高的采樣率實(shí)施起來非常昂貴。然而，因?yàn)閷?duì)于來自每個(gè)碼跳變的每個(gè)累加器有至少一個(gè)采樣，所以它提供了高的信噪比。
在一些實(shí)施例中，一種可替換的技術(shù)可用于用更低采樣率取得同樣的結(jié)果。在這些實(shí)施例中，采樣率可低至30MHz，Nyquist限制所允許的最低速度。這種技術(shù)使用不是碼片率整數(shù)倍的采樣率。因此，關(guān)于碼跳變的采樣定時(shí)隨每個(gè)碼跳變改變。參照?qǐng)D8，在這些實(shí)施例中，相對(duì)于來自一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星的載波信號(hào)頻率，該參照振蕩器818被有意地偏移一般40-100ppm(最大地取決于參照振蕩器818的溫度)。對(duì)于L1，這對(duì)應(yīng)于60-150KHz(在L1時(shí)，1ppm等于1.57542KHz)，并模擬來自A/D轉(zhuǎn)換器828和830的采樣中的剩余多普勒偏移效應(yīng)。這種偏移確保了碼跳變的定時(shí)將相對(duì)于采樣時(shí)間慢慢地改變。這確保了在一段時(shí)間周期上，碼跳變的采樣均勻地分布在信道中的多個(gè)累加器上。
參照?qǐng)D9，對(duì)于代碼信號(hào)的仿形，代碼相位求和928的相位用于確定哪個(gè)積分器，例如積分器934，接收給定碼跳變的采樣。提供精確間隔的采樣所要求的全部是，相應(yīng)細(xì)地測試代碼信號(hào)的仿形的相位。鑒于采樣的暫時(shí)間隔大于每個(gè)累加器之間的時(shí)間間隔，所以只有一部分累加器被分配了每個(gè)碼跳變的采樣。實(shí)際上，在一些實(shí)施例中，對(duì)于每個(gè)碼跳變，只有一個(gè)累加器被分配一個(gè)采樣。然而，在很多個(gè)碼片周期的范圍中每個(gè)累加器接收很多采樣。因?yàn)閷?duì)于每個(gè)碼跳變只有一部分累加器接收采樣，所以這種技術(shù)確實(shí)具有關(guān)于信噪比的相對(duì)缺陷。但是，鑒于具有小于50ft的路徑長度差的多徑信號(hào)的相關(guān)時(shí)間非常長，積分可以繼續(xù)更長的時(shí)間以取得需要的信噪比。100ms到幾秒的積分時(shí)間是充分的，并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于具有小于50ft的路徑長度差的多徑信號(hào)的相關(guān)時(shí)間。
如果可觀測軌跡710(圖7)的確切形狀，那么可以確定和消除多徑導(dǎo)致的誤差效應(yīng)。如圖6所示，多徑干涉對(duì)復(fù)合濾波階躍響應(yīng)618具有幾個(gè)顯著的效應(yīng)，包括幅度增加、濾波特性階躍響應(yīng)的時(shí)間上的增加，例如階躍響應(yīng)的持續(xù)時(shí)間和反相的起始與零穿越之間的時(shí)間誤差Δt 520(圖5)。
該系統(tǒng)和方法的基本構(gòu)想是，通過使用預(yù)定濾波特性觀測在觀測的復(fù)合信號(hào)和計(jì)算的直接信號(hào)之間的偏差，可模擬跳變軌跡710(圖7)和一個(gè)或多個(gè)多徑導(dǎo)致的誤差，其中該觀測的復(fù)合信號(hào)例如是復(fù)合信號(hào)314(圖3)，該預(yù)定濾波特性例如是濾波階躍響應(yīng)516(圖5)。在一些實(shí)施例中，在校準(zhǔn)過程中確定該預(yù)定濾波特性。在其它實(shí)施例中，例如如果工作溫度有改變，那么可重復(fù)校準(zhǔn)程序。在一些實(shí)施例中，該預(yù)定濾波特性可基于衛(wèi)星或接收器的假定濾波器。該預(yù)定濾波特性不需要是實(shí)際濾波特性的完美仿形。而是，它需要足夠近似以使得顯著地緩和一個(gè)或多個(gè)多徑導(dǎo)致的誤差。
通過圖10中的積分采樣1020，示出所需要的觀測。盡管圖10代表作為一維(真實(shí))采樣的觀測，碼跳變的采樣也可以采取作為二維(復(fù))采樣，以提供幅度-例如復(fù)合信號(hào)幅度Ad+m410(圖4A)-和復(fù)合信號(hào)的相位(未示出)。如果可以計(jì)算誤差曲線的形狀，那么可以確定和基本修正幅度Am216(圖2)、相位θm220(圖2)和對(duì)應(yīng)于路徑長度差的多徑信號(hào)116(圖1)的時(shí)間延遲δ。這樣做，能可靠地估計(jì)由多徑信號(hào)116(圖1)導(dǎo)致的相位誤差Φε412_1(圖4A)，且可緩和多徑導(dǎo)致的相位誤差。下面描述根據(jù)跳變軌跡710的模型(圖7)估計(jì)相位誤差Φε412_1(圖4A)的信號(hào)分析方法(有時(shí)在本文稱為算法)。
這種信號(hào)分析方法估計(jì)限定軌跡710(圖7)的參數(shù)，從而模擬該軌跡710(圖7)。在后面算法的描述中，使用兩個(gè)時(shí)間指數(shù)。一個(gè)j指數(shù)表示一組數(shù)據(jù)的實(shí)際時(shí)間或者重復(fù)時(shí)間。(在經(jīng)過多個(gè)碼跳變周期積分之后)，每次進(jìn)行完整并獨(dú)立的測量組，重復(fù)該信號(hào)分析。選擇重復(fù)時(shí)間，使得它足夠的長以提供用于可靠估計(jì)的充分信噪比，以及足夠的短以至可觀測多徑信號(hào)116(圖1)中的變化。如前面所提到的，鑒于具有短路徑長度差-即小于50ft-的多徑干涉隨著時(shí)間緩慢改變，產(chǎn)生幾百秒數(shù)量級(jí)的多徑相關(guān)時(shí)間，從100ms到幾秒的重復(fù)速率是典型的。一個(gè)k指數(shù)表示相對(duì)于對(duì)應(yīng)于理想碼跳變的即時(shí)階躍響應(yīng)時(shí)間t0518(圖5)的、數(shù)據(jù)組內(nèi)特定數(shù)據(jù)采樣的時(shí)間延遲。參照?qǐng)D10，當(dāng)k＝0，便參考在積分采樣1020的最左邊采樣的數(shù)據(jù)，且其對(duì)應(yīng)于碼跳變的開始。當(dāng)k＝1，數(shù)據(jù)采樣便對(duì)應(yīng)于向右的下一個(gè)點(diǎn)，如此在濾波階躍響應(yīng)1010上繼續(xù)。
該信號(hào)分析方法估計(jì)下面的參數(shù)直接路徑信號(hào)的幅度Ad214(圖2)；多徑信號(hào)的幅度Am216(圖2)；相位誤差Φε412_1(圖4A)；相位差Φm414_1(圖4A)；和時(shí)間延遲δ。
該信號(hào)分析方法使用下面的輸入預(yù)定濾波階躍響應(yīng)SR(t)，其中t是時(shí)間；復(fù)合信號(hào)幅度Ad+m419(圖4A)，其使用穩(wěn)態(tài)的信號(hào)跟蹤回路(未示出)測定；和在碼跳變期間的多個(gè)時(shí)間上進(jìn)行的同相I(t)和正交Q(t)基帶測量。
對(duì)于一個(gè)給定的碼跳變，I(t)和Q(t)可表示為
I(t)＝Ad·SR(t)·cos(φε)+Am·SR(t-δ)·cos(φ3rd) (1)Q(t)＝Ad·SR(t)·sin(φε)-Am·SR(t-δ)·sin(φ3rd)，其中Φ3rd為由下式給出的相位Φ3rd416_1φ3rd＝π-(φε+φm).
由于該信號(hào)分析方法估計(jì)多個(gè)相關(guān)的量，所以它具有兩個(gè)程序。第一個(gè)程序估計(jì)相位Φ3rd416_1(圖4A)和時(shí)間誤差Δt 520(圖5)。注意，時(shí)間誤差Δt 520(圖5)還對(duì)應(yīng)于接收器中重構(gòu)代碼定時(shí)中的誤差。該信號(hào)分許方法確定碼跳變的適當(dāng)時(shí)間對(duì)準(zhǔn)和跳變的測量時(shí)間，其由I(t)和Q(t)采樣的定時(shí)代表。由于第二程序敏感地取決于對(duì)應(yīng)于該理想的即時(shí)階躍響應(yīng)514(圖5)的時(shí)間t0518(圖5)和軌跡710的起始(圖7)，所以適當(dāng)?shù)臅r(shí)間對(duì)準(zhǔn)是重要的。第二程序估計(jì)其它的參數(shù)。下面首先描述該算法中的第一程序。
跳變軌跡710(圖7)是直接路徑信號(hào)114(圖1)上的碼跳變時(shí)的I(t)對(duì)于Q(t)的圖，在時(shí)間上后面緊跟著延遲的多徑信號(hào)116(圖1)的相同碼跳變。接收器或衛(wèi)星中的濾波器的濾波階躍響應(yīng)，例如濾波階躍響應(yīng)1010(圖10)，限定了這些碼跳變的形狀。如圖5所示，碼跳變是時(shí)間的函數(shù)。然而，如前面所提到的，該預(yù)定濾波階躍響應(yīng)不必是實(shí)際濾波器特性的完美仿形。也需注意，對(duì)應(yīng)于理想即時(shí)濾波階躍響應(yīng)的時(shí)間t0518的初始估計(jì)值是通過代碼跟蹤回路(未示出)提供的。在該信號(hào)分析方法的第一程序中確定的時(shí)間誤差Δt 520的估計(jì)值是一個(gè)在時(shí)間t0518的初始估計(jì)中的任何剩余的多徑導(dǎo)致的代碼跟蹤誤差的準(zhǔn)確估計(jì)值，以及因此是偽范圍測量。因此，在這個(gè)技術(shù)中確定的參數(shù)可用于修正這種偽范圍導(dǎo)航計(jì)算中的剩余的多徑導(dǎo)致的誤差以及相位誤差Φε412_1(圖4A)。
通過修正等式1，可生成允許確定時(shí)間誤差Δt 520的等式。定義x＝Ad+m·SR(t0)-I(t1)和y＝Q(t1)，其中該時(shí)間t0518是通過該代碼跟蹤回路提供的初始估計(jì)值，時(shí)間t1522是包括多徑信號(hào)116(圖1)的效應(yīng)的碼跳變的實(shí)際時(shí)間。使用來自等式1的I(t)和Q(t)產(chǎn)生x(t1)＝Ad+m·SR(t0)-[Ad·SR(t1)·cos(φε)+Am·SR(t1-δ)·cos(φ3rd)] (2)y(t1)＝Ad·SR(t1)·sin(φε)-Am·SR(t1-δ)·sin(φ3rd).
基于(來自圖4A)的三角關(guān)系替代Ad+m＝Ad·cos(ε)+Am·cos(3rd)得到x(t1)＝Ad·[SR(t0)-SR(t1)]·cos(φε)+Am·[SR(t0)-SR(t1-δ)]·cos(φ3rd)y(t1)＝Ad·SR(t1)·sin(ε)-Am·SR(t1-δ)·sin(φ3rd).
用下式乘以x(t1)tan(φ3rd)=sin(φ3rd)cos(φ3rd)]]>得到x(t1)·tan(φ3rd)＝Ad·[SR(t0)-SR(t1)]·cos(φε)·tan(φ3rd)+Am·[SR(t0)-SR(t1-δ)]·sin(φ3rd)y(t1)＝Ad·SR(t1)·sin(φε)-Am·SR(t1-δ)·sin(φ3rd).
從第二等式和再排列結(jié)果中減去第一等式得到y(tǒng)(t1)＝x(t1)·tan(φ3rd)-Ad·[SR(t0)-SR(t1)]·cos(φε)·tan(φ3rd)+[Ad·SR(t1)·sin(φε)-Am·SR(t0)·sin(φ3rd)].
參照?qǐng)D4A，注意Ad·sin(φε)＝Am·sin(φ3rd).
將這個(gè)關(guān)系式替換到前面的等式中，得到y(tǒng)(t1)＝x(t1)·tan(φ3rd)-Ad·[SR(t0)-SR(t1)]·cos(φε)·tan(φ3rd)+[Am·SR(t1)·sin(φ3rd)-Am·SR(t0)·sin(φ3rd)].
簡化這個(gè)等式得到y(tǒng)(t1)＝x(t1)·tan(φ3rd)-[SR(t0)-SR(t1)]·[Ad·cos(φε)·tan(φ3rd)+Am·sin(φ3rd)].
進(jìn)一步簡化得到y(tǒng)(t1)＝x(t1)·tan(φ3rd)-[SR(t0)-SR(t1)]·[Ad·cos(φε)+Am·cos(φ3rd)]·tan(φ3rd).
這個(gè)表達(dá)式可重新表示為y(t1)＝x(t1)·tan(φ3rd)-[SR(t0)-SR(t1)]·[Ad+m]·tan(φ3rd).
對(duì)于小值的時(shí)間誤差Δt 520(等于時(shí)間t1522減去時(shí)間t0518)，y(t)=x(t)·tan(φ3rd)-[Ad+m·∂∂t(SR(t))·[Δt·tan(φ3rd)]].]]>對(duì)于在對(duì)應(yīng)于接收器中全部n個(gè)累加器的每個(gè)數(shù)據(jù)組中的n個(gè)輸入I和Q采樣，后面的y(t)的等式可以矩陣形式重寫
x(tk1)-[Ad+m·∂∂t(SR(tk1))]x(tk2)-[Ad+m·∂∂t(SR(tk2))]......x(tkn)-[Ad+m·∂∂t(SR(tkn))]·tan(φ3rd)[Δt·tan(φ3rd)]=y(tk1)y(tk2)...y(tkn).---(3)]]>矩陣等式(3)可以多種方式解答，但最簡單的是最小平方擬合方法。這種最小平方計(jì)算的結(jié)果是具有斜率tan(Φ3rd)和與時(shí)間誤差Δt 520成比例的截距的直線的參數(shù)。第一程序中，等式2和3用于形成時(shí)間誤差Δt 520的估計(jì)量，其用于重復(fù)地更新時(shí)間t0518直到時(shí)間t0518等于時(shí)間t1522且基本Δt＝0，即直線的y截距等于等于0。斜率的估計(jì)用于形成相位Φ3rd416_1(圖4A)的估計(jì)值。特別地，斜率的第j估計(jì)值根據(jù)下式更新slo^pej=slo^pej-1+κ·(tan(φ3rd)-slo^pej-1),]]>其中k為回路增益的倒數(shù)。回路增益的典型值為10-1000之間。該回路增益可隨該第一程序收斂到一個(gè)解而變化。一個(gè)適當(dāng)?shù)氖諗啃耘袆e標(biāo)準(zhǔn)為在重復(fù)期間所估計(jì)的斜率變化小于10-4。時(shí)間t0518(圖5)的第j估計(jì)值是t^0j=t^0(j-1)+[Δt·tan(φ3rd)]j-1slo^pej.]]>該相位Φ3rd416_1(圖4A)的估計(jì)值是由下式給出φ^3rd=tan-1(slo^pej).]]>起初，斜率估計(jì)獨(dú)立地進(jìn)行以允許斜率的估計(jì)值在更新時(shí)間t0518之前收斂。當(dāng)時(shí)間t0518等于時(shí)間t1522，等式3簡化成y(t)＝x(t)·tan(φ3rd). (4)因此，當(dāng)矩陣等式3的解產(chǎn)生等于0的截距，等式2的輸入x和y數(shù)據(jù)擬合一條具有斜率tan(Φ3rd)的直線，因?yàn)樵摂?shù)據(jù)組通過等式4的直線限定。
圖12為信號(hào)分析方法中的第一程序1200的流程圖。I(t)和Q(t)為在步驟1210的輸入。在步驟1212計(jì)算x(t)和y(t)，并在1214確定時(shí)間誤差Δt 520和tan(Φ3rd)的估計(jì)值。如果斜率沒有收斂1216，則重復(fù)這些步驟。如果斜率收斂1216，在步驟1218更新時(shí)間t0518的估計(jì)值，在1220輸出相位Φ3rd416_1(圖4A)并重復(fù)這些步驟?，F(xiàn)在描述該信號(hào)分析方法中的第二程序。
在建立正確的定時(shí)以及產(chǎn)生相位Φ3rd416_1(圖4A)的初始估計(jì)值后，估計(jì)描述跳變軌跡710(圖5)的參數(shù)的其余參數(shù)。該信號(hào)分析方法首先估計(jì)參數(shù)的I成分，然后估計(jì)參數(shù)的Q成分。在可選擇的實(shí)施例中，該信號(hào)分析方法首先估計(jì)Q成分參數(shù)，然后估計(jì)I成分參數(shù)。在又另一個(gè)實(shí)施例中，可同時(shí)地估計(jì)Q成分參數(shù)和I成分參數(shù)。從兩個(gè)成分Adcos(Φε)和Adsin(Φε)估計(jì)直接路徑信號(hào)的幅度Ad214(圖2)。使用來自第一程序的相位Φ3rd416_1(圖4A)的估計(jì)值，從兩個(gè)成分Amcos(Φ3d)和Amsin(Φ3d)估計(jì)多徑信號(hào)的幅度Am216(圖2)。使用泰勒展開分別地估計(jì)時(shí)間延遲δ，這產(chǎn)生δ中的一個(gè)線性項(xiàng)。
在第二程序中估計(jì)的量為Adcos(φϵ)≡AI^]]>Adsin(φϵ)≡AQ^]]>Am≡Am^]]>δ≡δ^.]]>根據(jù)估計(jì)的量重寫等式1，得到I^(tjk)=AI^(tj)·SR(tk)+Am^(tj)·SR(tk-δ^(tj))·cos(φ3rd)]]>Q^(tjk)=AQ^(tj)·SR(tk)-Am^(tj)·SR(tk-δ^(tj))·sin(φ3rd),]]>其中下標(biāo)jk表示在重復(fù)j的第k數(shù)據(jù)采樣。然后通過取估計(jì)的I(t)和Q(t)之間的差值以及來自接收器的I和Q數(shù)據(jù)采樣，形成測定等式x(k)＝tjkyI(k)=I(tjk)-I^(tjk)]]>=(AI-AI^(tj))·SR(tk)+(Am·SR(tk-δ^(tj))-Am^(tj)·SR(tk-δ^(tj)))·cos(φ3rd)]]>yQ(k)=Q(tjk)-Q^(tjk)]]>=(AQ-AQ^(tj))·SR(tk)-(Am·SR(tk-δ^(tj))-Am^(tj)·SR(tk-δ^(tj)))·sin(φ3rd)]]>
圍繞時(shí)間延遲δ的估計(jì)值的泰勒展開用于線性化這些等式。定義ΔA^I(j)=AI-AI(j)^]]>ΔA^Q(j)=AQ-AQ^(j)]]>Δδ^(j)=δ-δ^(j)]]>并僅使用時(shí)間的下標(biāo)(數(shù)據(jù)組的重復(fù)是j，數(shù)據(jù)組的重復(fù)內(nèi)的采樣是k)以及丟棄符號(hào)t，得到x(k)＝kyI(k)=ΔA^I(j)·SR(k)+ΔA^m(j)·SR(k-δ^(j))·cos(φ3rd)+Δδ^(j)·∂∂t(SR(k-δ^(j)))·Am^(j)·cos(φ3rd)]]>yQ(k)=ΔA^Q(j)·SR(k)-ΔA^m(j)·SR(k-δ^(j))·sin(φ3rd)+Δδ^(j)·∂∂t(SR(k-δ^(j)))·Am^(j)·sin(φ3rd).]]>對(duì)于輸入I和Q采樣數(shù)據(jù)組，泰勒展開可以矩陣方式重新寫為SR(x(k))SR(x(k)-δ^(j-1))∂∂t(SR(x(k)-δ^(j-1)))......·ΔA^I(j)ΔA^m(j)·cos(φ3rd)Δδ^(j)·Am^(j)·cos(φ3rd)=yI(k)---(5a)]]>和SR(x(k))SR(x(k)-δ^(j-1))∂∂t(SR(x(k)-δ^(j-1)))......·ΔA^Q(j)ΔA^m(j)·sin(φ3rd)Δδ^(j)·Am^(j)·sin(φ3rd)=yQ(k)---(5b)]]>然后分別地解等式5a和5b。這些矩陣等式可以多種方法求解，但最簡單的是使用最小平方擬合方法。如果該矩陣是過確定的，則該最小平方擬合方法確定一個(gè)偽倒數(shù)矩陣。等式5a和5b的解為以下兩個(gè)誤差矢量的估計(jì)值ϵdIϵmIϵδI=ΔA^I(j)ΔA^m(j)·cos(φ3rd)Δδ^(j)·Am^(j)·cos(φ3rd)]]>
和ϵdQϵmQϵδQ=ΔA^Q(j)ΔA^m(j)·sin(φ3rd)Δδ^(j)·Am^(j)·sin(φ3rd).]]>使用這些誤差估計(jì)值根據(jù)下式更新跳變軌跡成分的估計(jì)值A(chǔ)I^(j)=AI^(j-1)+(κ·ϵdI)]]>AQ^(j)=AQ^(j-1)+(κ·ϵdQ)]]>Am^(j)=Am^(j-1)+κ·(ϵmIcos(φ3rd)+ϵmQsin(φ3rd))]]>δ^(j)=δ^(j-1)+κ·(ϵδIAm^(j)·cos(φ3rd)+ϵδQAm^(j)·sin(φ3rd)),]]>其中，k為回路增益的倒數(shù)。回路增益的典型值為10-1000之間。該回路增益可隨該第二程序收斂到一個(gè)解而變化。注意在一些實(shí)施例中，前面等式中的一個(gè)或多個(gè)中的k值可不同于其它等式中的k值。
圖13為信號(hào)分析方法中的第二程序1300的流程圖。在步驟1310中，初始化AI和AQ的估計(jì)值、多徑信號(hào)幅度Am216(圖2)和時(shí)間延遲δ。在1312，確定I(t)和Q(t)的估計(jì)值。在1314，測量的I(t)和Q(t)被輸入。在1316，計(jì)算對(duì)于I采樣的x和y以及對(duì)于Q采樣的y。在1318，計(jì)算ΔAI、ΔAm和Δδ。在1320，計(jì)算ΔAQ、ΔAm和Δδ。在1322，更新ΔAI、ΔAQ的估計(jì)值、多徑信號(hào)幅度Am216(圖2)和時(shí)間延遲δ。然后重復(fù)這些步驟，直到第二程序收斂1300。適當(dāng)?shù)氖諗啃詷?biāo)準(zhǔn)是，重復(fù)期間所估計(jì)的參數(shù)的變化小于10-4。在1324，然后估計(jì)其余的參數(shù)。
從由第一和第二程序計(jì)算的量，可確定對(duì)于全部描述跳變軌710(圖7)的參數(shù)的估計(jì)值。該第一程序提供時(shí)間誤差Δt 520和相位Φ3rd416_1(圖4A)。在第二程序中，確定對(duì)于時(shí)間延遲δ和多徑信號(hào)幅度Am216(圖2)的估計(jì)值。從這些參數(shù)，可確定對(duì)于其余參數(shù)的估計(jì)值。具體地
Ad^=(AI^)2+(AQ^)2]]>φϵ=tan-1(AQ^AI^)]]>φm＝π-(φε+φ3rd).
相位誤差Φε412_1(圖4A)的估計(jì)值允許與這個(gè)參數(shù)相關(guān)的多徑導(dǎo)致的誤差在導(dǎo)航計(jì)算中被修正。該導(dǎo)航計(jì)算可包括確定位置、任何位置導(dǎo)數(shù)和/或位置與一個(gè)或多個(gè)位置導(dǎo)數(shù)的組合。信號(hào)分析方法的實(shí)施例的仿真示出，對(duì)于小至1m的路徑長度差，其可有效地消除大至95％的多徑導(dǎo)致的誤差。
用于緩和一個(gè)或更多多徑導(dǎo)致的誤差的系統(tǒng)和方法的說明及示例實(shí)施例可用于一個(gè)或多個(gè)多徑信號(hào)。如果有超過一個(gè)的多徑信號(hào)存在，則估計(jì)的參數(shù)將對(duì)應(yīng)于多徑信號(hào)的矢量和。如果這些濾波器的濾波特性是已知的，該系統(tǒng)和方法可還用于多個(gè)接收器或衛(wèi)星。如果濾波器具有足夠相似的濾波特性，則在一些實(shí)施例中，平均濾波特性可用于實(shí)施該系統(tǒng)和方法。
盡管上述的系統(tǒng)和方法對(duì)于緩和大于50英尺的路徑長度差的一個(gè)或多個(gè)多徑導(dǎo)致的誤差也是有用的，但是有一些與這樣的多徑信號(hào)相關(guān)的額外挑戰(zhàn)。特別是，這樣的多徑信號(hào)具有較短的相關(guān)時(shí)間。在這些使用較低的采樣率并經(jīng)過時(shí)間積分以取得足夠的信噪比的實(shí)施例中，這可能是有問題的。在這些實(shí)施例中，該系統(tǒng)和方法可結(jié)合其它多徑導(dǎo)致的誤差緩和技術(shù)使用，該技術(shù)例如是雙Δ修正、選通相關(guān)器和脈沖孔徑相關(guān)器。雙Δ修正技術(shù)和其它的多徑導(dǎo)致的誤差緩和技術(shù)，良好地適于結(jié)合這種系統(tǒng)和方法使用。特別是，上面描述的系統(tǒng)和方法緩和與多徑信號(hào)有關(guān)的相位誤差以及還估計(jì)剩余的多徑導(dǎo)致的偽范圍誤差，其中該相位誤差未由這些其它的多徑導(dǎo)致的誤差緩和技術(shù)消除。另外，這些其它的多徑導(dǎo)致的誤差緩和技術(shù)和上述的系統(tǒng)及方法相互之間不影響。
該系統(tǒng)和方法可用于在CA代碼的接收器重構(gòu)的定時(shí)中緩和多徑導(dǎo)致的誤差，例如偽范圍誤差。具體地，在沒有確定相位誤差Φε412_1(圖4A)的情況下，通過僅實(shí)施信號(hào)分析方法中的第一程序，可確定時(shí)間誤差Δt 520(圖5)。在這樣的實(shí)施例中，適當(dāng)?shù)臑V波帶寬是大概10MHz，濾波階躍響應(yīng)時(shí)間應(yīng)該基本上小于1μs，即CA代碼的周期。
該用于緩和與近程多徑信號(hào)有關(guān)的相位誤差的系統(tǒng)和方法可實(shí)施在多個(gè)結(jié)構(gòu)中。模擬處理、數(shù)字硬件和軟件信號(hào)處理之間的劃分線是任意的，并在接收器之間變化很大。常常地，接收器中信號(hào)處理的一大部分實(shí)施在ASIC中。其它結(jié)構(gòu)使用ASIC和由一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行的軟件的組合。趨勢已經(jīng)變成以軟件來實(shí)施一個(gè)或更多的接收器。一些接收器，包括非實(shí)時(shí)的那些，已經(jīng)完全地以軟件實(shí)現(xiàn)。另外，一些接收器已經(jīng)用模擬電路實(shí)現(xiàn)全部信號(hào)處理。
在一些系統(tǒng)的實(shí)施例中，在33ns(30MHz)或更小的時(shí)間尺度上執(zhí)行的步驟使用模擬電路來實(shí)現(xiàn)。在33ns-1ms之間的時(shí)間尺度上執(zhí)行的步驟使用ASIC來實(shí)現(xiàn)。在較長的時(shí)間尺度上的其余步驟，例如累加器中的積分，使用由例如微處理器的一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行的軟件來實(shí)現(xiàn)。
圖11示出了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中用于緩和一個(gè)或多個(gè)多徑導(dǎo)致的誤差的裝置1110的一個(gè)實(shí)施例。該裝置1110包括●前端電路1112，例如前端電路800(圖8)；●信號(hào)處理器1114，例如信號(hào)處理器900(圖9)；●處理器1116；●存儲(chǔ)器1118，其可包括高速隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器并可還包括非易失存儲(chǔ)器，例如一個(gè)或多個(gè)磁盤存儲(chǔ)裝置，EEPROM和/或閃存EEPROM，該存儲(chǔ)器進(jìn)一步包括操作系統(tǒng)1120；一個(gè)或多個(gè)濾波特性1122；和至少一個(gè)程序模塊1124，其由處理器1116執(zhí)行，該至少一個(gè)程序模塊1124包括指令用于載波和代碼鎖1126、可選的其它多徑修正1128(例如雙Δ修正、選通相關(guān)器和脈沖孔徑相關(guān)器)、包括前面描述的第一程序和第二程序的多徑計(jì)算1130、以及相位誤差Φε412_1(圖4A)或偽范圍的多徑修正1132。
在一些實(shí)施例中，可以有超過一個(gè)的處理器1116。如前所提到的，在其它的實(shí)施例中，該裝置1110可包括ASIC并且該至少一個(gè)由處理器1116執(zhí)行的程序模塊1124的功能的一些或全部可實(shí)施在ASIC中。
出于解釋的目的，前面的描述使用特別的術(shù)語來提供本發(fā)明的詳細(xì)理解。但是，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，該特定的細(xì)節(jié)并非實(shí)施本發(fā)明所要求的。選擇和描述的實(shí)施例用于最佳地解釋本發(fā)明的原理和它的實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域技術(shù)人員最佳地利用本發(fā)明以及具有各種變化的各種實(shí)施例，其適用于所考慮的特別應(yīng)用。因此，前面的公開內(nèi)容目的不在于窮竭或限制本發(fā)明成公開的準(zhǔn)確形式。關(guān)于上面的教導(dǎo)，可能有很多修正或變化。
本發(fā)明的范圍由后面的權(quán)利要求和它們的等同來限定。
權(quán)利要求
1.一種緩和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中多徑導(dǎo)致的誤差效應(yīng)的方法，包括接收包括波段限制的直接路徑信號(hào)和至少一個(gè)波段限制的多徑信號(hào)的復(fù)合信號(hào)，其中該直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)用周期性的反相調(diào)制；在具有至少一個(gè)周期性反相的時(shí)間間隔期間測量作為時(shí)間函數(shù)的復(fù)合信號(hào)；根據(jù)作為時(shí)間函數(shù)的測定復(fù)合信號(hào)和對(duì)應(yīng)于用于波段限制該直接路徑信號(hào)與多徑信號(hào)的濾波器的預(yù)定濾波特性，確定復(fù)合信號(hào)和直接路徑信號(hào)之間由于多徑信號(hào)而產(chǎn)生的相位誤差ε；以及修正該相位誤差ε。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括確定時(shí)間誤差Δt，該時(shí)間誤差Δt對(duì)應(yīng)于在包括多徑信號(hào)的效應(yīng)的實(shí)際反相時(shí)間和不包括多徑信號(hào)的效應(yīng)的反相時(shí)間之間的差值，修正對(duì)應(yīng)于時(shí)間誤差Δt的偽范圍中的誤差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中測量復(fù)合信號(hào)進(jìn)一步包括測量該復(fù)合信號(hào)的同相I和正交Q成分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該濾波特性選自由濾波階躍響應(yīng)、濾波脈沖響應(yīng)和濾波復(fù)傳遞函數(shù)構(gòu)成的組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)包括全球定位系統(tǒng)L波段載波信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中使用擴(kuò)展頻譜偽隨機(jī)噪聲碼對(duì)該直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)編碼。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)選自一個(gè)由全球定位系統(tǒng)(GPS)、全球環(huán)繞導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)、GALILEO定位系統(tǒng)、歐洲地球同步導(dǎo)航覆蓋系統(tǒng)(EGNOS)、廣域增加系統(tǒng)(WAAS)、基于多功能傳送衛(wèi)星的增加系統(tǒng)(MSAS)和準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)(QZSS)組成的組。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中多徑信號(hào)相對(duì)于直接路徑信號(hào)的時(shí)間延遲δ基本上小于對(duì)應(yīng)于用于波段限制該直接路徑信號(hào)與多徑信號(hào)的濾波器的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中對(duì)應(yīng)于濾波器的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間小于或等于200ns。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中對(duì)應(yīng)于濾波器的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間小于或等于1μs。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中對(duì)應(yīng)于濾波器的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間在40-200ns之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括使用選自由雙Δ修正、選通相關(guān)器和脈沖孔徑相關(guān)器組成的組中的技術(shù)來緩和多徑導(dǎo)致的誤差。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)濾波階躍響應(yīng)、復(fù)合信號(hào)的測定幅度和作為時(shí)間函數(shù)的測定復(fù)合信號(hào)來確定直接路徑信號(hào)的幅度、多徑信號(hào)的幅度、直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)之間的相位差m、以及多徑信號(hào)相對(duì)于直接路徑信號(hào)的時(shí)間延遲δ。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)濾波階躍響應(yīng)、復(fù)合信號(hào)的測定幅度和作為時(shí)間函數(shù)的測定復(fù)合信號(hào)，確定直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)之間的相位差m。
15.根根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一程序確定第一組參數(shù)，該第一組參數(shù)包括時(shí)間誤差Δt和相位3rd，其中該時(shí)間誤差Δt對(duì)應(yīng)于在包括多徑信號(hào)的效應(yīng)的實(shí)際反相時(shí)間和不包括多徑信號(hào)的效應(yīng)的反相時(shí)間之間的差值，該相位3rd等于180°減去相位誤差ε和直接路徑信號(hào)與多徑信號(hào)之間的相位差m的和。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中使用最小平方擬合方法確定第一組參數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中第二程序確定第二組參數(shù)，該第二組參數(shù)包括直接路徑信號(hào)的幅度、多徑信號(hào)的幅度和相位誤差ε，從該相位誤差ε使用相位3rd可確定相位差m。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中使用最小平方擬合方法確定第二組參數(shù)。
19.一種緩和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中多徑導(dǎo)致的誤差效應(yīng)的裝置，包括接收器，接收包括波段限制的直接路徑信號(hào)和至少一個(gè)波段限制的多徑信號(hào)的復(fù)合信號(hào)，其中該直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)用周期性的反相調(diào)制；測量結(jié)構(gòu)，在具有至少一個(gè)周期性反相的時(shí)間間隔期間對(duì)作為時(shí)間函數(shù)的復(fù)合信號(hào)采樣；處理器；和存儲(chǔ)器，包括至少一個(gè)程序模塊，其由處理器執(zhí)行，該至少一個(gè)程序模塊包括用于根據(jù)作為時(shí)間函數(shù)的測定復(fù)合信號(hào)和用于波段限制該直接路徑信號(hào)與多徑信號(hào)的預(yù)定濾波特性，來確定復(fù)合信號(hào)和直接路徑信號(hào)之間由于多徑信號(hào)而產(chǎn)生的相位誤差ε的指令；其中該裝置被配置來修正相位誤差ε。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，其中在該裝置與載波信號(hào)和代碼信號(hào)同步時(shí)，該測量結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合信號(hào)采樣。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，該至少一個(gè)程序模塊包括用于確定時(shí)間誤差Δt和修正對(duì)應(yīng)于該時(shí)間誤差Δt的偽范圍中的誤差的指令，其中該時(shí)間誤差Δt對(duì)應(yīng)于在包括多徑信號(hào)的效應(yīng)的實(shí)際反相時(shí)間和不包括多徑信號(hào)的效應(yīng)的反相時(shí)間之間的差值。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，其中該測量結(jié)構(gòu)測量該復(fù)合信號(hào)的同相I和正交Q成分。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，其中該濾波特性選自一個(gè)由濾波階躍響應(yīng)、濾波脈沖響應(yīng)和濾波復(fù)傳遞函數(shù)構(gòu)成的組。
24.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，其中該直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)包括全球定位系統(tǒng)L波段載波信號(hào)。
25.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，其中該代碼包括擴(kuò)展頻譜偽隨機(jī)噪聲碼。
26.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，其中該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)選自一個(gè)由全球定位系統(tǒng)(GPS)、全球環(huán)繞導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)、GALILEO定位系統(tǒng)、歐洲地球同步導(dǎo)航覆蓋系統(tǒng)(EGNOS)、廣域增加系統(tǒng)(WAAS)、基于多功能傳送衛(wèi)星的增加系統(tǒng)(MSAS)和準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)(QZSS)組成的組。
27.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，其中多徑信號(hào)相對(duì)于直接路徑信號(hào)的時(shí)間延遲δ基本上小于對(duì)應(yīng)于用于波段限制該直接路徑信號(hào)與多徑信號(hào)的濾波器的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的裝置，其中對(duì)應(yīng)于濾波器的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間小于或等于200ns。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的裝置，其中對(duì)應(yīng)于濾波器的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間小于或等于1μs。
30.根據(jù)權(quán)利要求27的裝置，其中對(duì)應(yīng)于濾波器的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間在40-200ns之間。
31.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，該至少一個(gè)程序模塊進(jìn)一步包括用于使用選自由雙Δ修正、選通相關(guān)器和脈沖孔徑相關(guān)器組成的組中的技術(shù)來緩和多徑導(dǎo)致的誤差的指令。
32.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，該至少一個(gè)程序模塊進(jìn)一步包括用于根據(jù)對(duì)應(yīng)于濾波器的濾波階躍響應(yīng)、復(fù)合信號(hào)的測定幅度和作為時(shí)間函數(shù)的測定復(fù)合信號(hào)，來確定直接信號(hào)的幅度、多徑信號(hào)的幅度、直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)之間的相位差m、多徑信號(hào)相對(duì)于直接路徑信號(hào)的時(shí)間延遲δ的指令。
33.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，該至少一個(gè)程序模塊進(jìn)一步包括根據(jù)濾波階躍響應(yīng)、復(fù)合信號(hào)的測定幅度和作為時(shí)間函數(shù)的測定復(fù)合信號(hào)，確定直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)之間的相位差m的指令。
34.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，其中該至少一個(gè)程序模塊進(jìn)一步包括用于第一程序的指令，該第一程序確定第一組參數(shù)，該第一組參數(shù)包括時(shí)間誤差Δt和相位3rd，其中該時(shí)間誤差Δt對(duì)應(yīng)于在包括多徑信號(hào)的效應(yīng)的實(shí)際反相時(shí)間和不包括多徑信號(hào)的效應(yīng)的反相時(shí)間之間的差值，該相位3rd等于180°減去相位誤差ε和直接路徑信號(hào)與多徑信號(hào)之間的相位差m的和。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的裝置，其中使用最小平方擬合方法確定第一組參數(shù)。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的裝置，其中該至少一個(gè)程序模塊進(jìn)一步包括用于第二程序的指令，該第二程序確定第二組參數(shù)，該第二組參數(shù)包括直接信號(hào)的幅度、多徑信號(hào)的幅度和相位誤差ε，從該相位誤差ε使用相位3rd可確定相位差m。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的裝置，其中從最小平方擬合方法確定第二組參數(shù)。
38.一種緩和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中多徑導(dǎo)致的誤差效應(yīng)的裝置，包括接收裝置，接收包括波段限制的直接路徑信號(hào)和至少一個(gè)波段限制的多徑信號(hào)的復(fù)合信號(hào)，其中該直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)用周期性的反相調(diào)制；測量裝置，在具有至少一個(gè)周期性反相的時(shí)間間隔期間對(duì)作為時(shí)間函數(shù)的復(fù)合信號(hào)的同相I和正交Q成分采樣；處理器裝置；和存儲(chǔ)裝置，包括至少一個(gè)程序模塊，其由處理器執(zhí)行，該至少一個(gè)程序模塊包括的指令用于確定直接路徑信號(hào)的幅度；確定多徑信號(hào)的幅度；確定多徑信號(hào)和直接路徑信號(hào)之間相位差m；確定直接路徑信號(hào)相對(duì)于多徑信號(hào)的時(shí)間延遲δ；和確定復(fù)合信號(hào)和直接路徑信號(hào)之間由于多徑信號(hào)而產(chǎn)生的相位誤差ε；其中確定操作是根據(jù)對(duì)應(yīng)于用于波段限制直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)的濾波器的預(yù)定濾波階躍響應(yīng)、復(fù)合信號(hào)的測定幅度和作為時(shí)間函數(shù)的復(fù)合信號(hào)的測定同相I與正交Q成分，其中多徑信號(hào)相對(duì)于直接路徑信號(hào)的時(shí)間延遲δ基本上小于對(duì)應(yīng)于該濾波器的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間，以及其中該裝置被配置來修正相位誤差ε。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的裝置，其中該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)選自一個(gè)由全球定位系統(tǒng)(GPS)、全球環(huán)繞導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)、GALILEO定位系統(tǒng)、歐洲地球同步導(dǎo)航覆蓋系統(tǒng)(EGNOS)、廣域增加系統(tǒng)(WAAS)、基于多功能傳送衛(wèi)星的增加系統(tǒng)(MSAS)和準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)(QZSS)組成的組。
40.一種緩和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中多徑導(dǎo)致的誤差效應(yīng)的方法，包括接收包括波段限制的直接路徑信號(hào)和至少一個(gè)波段限制的多徑信號(hào)的復(fù)合信號(hào)，其中該直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)用周期性的反相調(diào)制；在具有至少一個(gè)周期性反相的時(shí)間間隔期間測量作為時(shí)間函數(shù)的復(fù)合信號(hào)；根據(jù)作為時(shí)間函數(shù)的測定復(fù)合信號(hào)和對(duì)應(yīng)于用于波段限制該直接路徑信號(hào)與多徑信號(hào)的濾波器的預(yù)定濾波特性，來確定時(shí)間誤差Δt，該時(shí)間誤差Δt對(duì)應(yīng)于在包括多徑信號(hào)的效應(yīng)的實(shí)際反相時(shí)間和不包括多徑信號(hào)的效應(yīng)的反相時(shí)間之間的差值；和修正對(duì)應(yīng)于時(shí)間誤差Δt的偽范圍中的誤差。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中測量復(fù)合信號(hào)進(jìn)一步包括測量該復(fù)合信號(hào)的同相I和正交Q成分。
42.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中該濾波特性選自由階躍響應(yīng)、濾波脈沖響應(yīng)和濾波復(fù)傳遞函數(shù)的組。
43.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中該直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)包括全球定位系統(tǒng)L波段載波信號(hào)。
44.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中多徑信號(hào)相對(duì)于直接路徑信號(hào)的時(shí)間延遲δ基本上小于對(duì)應(yīng)于用于波段限制該直接路徑信號(hào)與多徑信號(hào)的濾波器的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間。
45.根根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中第一程序確定第一組參數(shù)，該第一組參數(shù)包括時(shí)間誤差Δt和相位3rd，其中該相位3rd等于180°減去在復(fù)合信號(hào)和直接路徑信號(hào)之間由于多徑信號(hào)而產(chǎn)生的相位誤差ε和在直接路徑信號(hào)與多徑信號(hào)之間的相位差m的和。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中使用最小平方擬合方法確定第一組參數(shù)。
47.一種緩和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中多徑導(dǎo)致的誤差效應(yīng)的裝置，包括接收器，接收包括波段限制的直接路徑信號(hào)和至少一個(gè)波段限制的多徑信號(hào)的復(fù)合信號(hào)，其中該直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)用周期性的反相調(diào)制；測量結(jié)構(gòu)，在具有至少一個(gè)周期性反相的時(shí)間間隔期間對(duì)作為時(shí)間函數(shù)的復(fù)合信號(hào)采樣；處理器；和存儲(chǔ)器，包括至少一個(gè)程序模塊，其由處理器執(zhí)行，該至少一個(gè)程序模塊包括用于根據(jù)作為時(shí)間函數(shù)的測定復(fù)合信號(hào)和用于波段限制該直接路徑信號(hào)與多徑信號(hào)的預(yù)定濾波特性來確定時(shí)間誤差Δt的指令，該時(shí)間誤差Δt對(duì)應(yīng)于在包括多徑信號(hào)的效應(yīng)的實(shí)際反相時(shí)間和不包括多徑信號(hào)的效應(yīng)的反相時(shí)間之間的差值；其中該裝置被配置來修正對(duì)應(yīng)于偽范圍中時(shí)間誤差Δt的誤差。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的裝置，其中在該裝置與載波信號(hào)和代碼信號(hào)同步時(shí)，該測量結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合信號(hào)采樣。
49.根據(jù)權(quán)利要求47的裝置，其中測量結(jié)構(gòu)測量復(fù)合信號(hào)的同相I和正交Q成分。
50.根據(jù)權(quán)利要求47的裝置，其中該濾波特性選自一個(gè)由濾波階躍響應(yīng)、濾波脈沖響應(yīng)和濾波復(fù)傳遞函數(shù)構(gòu)成的組。
51.根據(jù)權(quán)利要求47的裝置，其中該直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)包括全球定位系統(tǒng)L波段載波信號(hào)。
52.根據(jù)權(quán)利要求47的裝置，其中多徑信號(hào)相對(duì)于直接路徑信號(hào)的時(shí)間延遲δ基本上小于對(duì)應(yīng)于用于波段限制該直接路徑信號(hào)與多徑信號(hào)的濾波器的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間。
53.根據(jù)權(quán)利要求47的裝置，該至少一個(gè)程序模塊進(jìn)一步包括用于第一程序的指令，該第一程序確定第一組參數(shù)，該第一組參數(shù)包括時(shí)間誤差Δt和相位3rd，該相位3rd等于180°減去在復(fù)合信號(hào)和直接路徑信號(hào)之間由于多徑信號(hào)而產(chǎn)生的相位誤差ε和在直接路徑信號(hào)與多徑信號(hào)之間的相位差m的和。
54.根據(jù)權(quán)利要求53的裝置，其中使用最小平方擬合方法確定第一組參數(shù)。
55.一種緩和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中多徑導(dǎo)致的誤差效應(yīng)的裝置，包括接收裝置，接收包括波段限制的直接路徑信號(hào)和至少一個(gè)波段限制的多徑信號(hào)的復(fù)合信號(hào)，其中該直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)用周期性的反相調(diào)制；測量裝置，在具有至少一個(gè)周期性反相的時(shí)間間隔期間對(duì)作為時(shí)間函數(shù)的復(fù)合信號(hào)的同相I和正交Q成分采樣；處理器裝置；和存儲(chǔ)裝置，包括至少一個(gè)程序模塊，其由處理器執(zhí)行，該至少一個(gè)程序模塊包括的指令用于確定時(shí)間誤差Δt，該時(shí)間誤差Δt對(duì)應(yīng)于在包括多徑信號(hào)的效應(yīng)的實(shí)際反相時(shí)間和不包括多徑信號(hào)的效應(yīng)的反相時(shí)間之間的差值；其中確定操作是根據(jù)對(duì)應(yīng)于用于波段限制直接路徑信號(hào)和多徑信號(hào)的濾波器的預(yù)定濾波階躍響應(yīng)、復(fù)合信號(hào)的測定幅度和作為時(shí)間函數(shù)的復(fù)合信號(hào)的測定同相I與正交Q成分，其中多徑信號(hào)相對(duì)于直接路徑信號(hào)的時(shí)間延遲δ基本上小于對(duì)應(yīng)于該濾波器的濾波階躍響應(yīng)時(shí)間，以及其中該裝置被配置來修正對(duì)應(yīng)于偽范圍中時(shí)間誤差Δt的誤差。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的裝置，其中該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)選自一個(gè)由全球定位系統(tǒng)(GPS)、全球環(huán)繞導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)、GALILEO定位系統(tǒng)、歐洲地球同步導(dǎo)航覆蓋系統(tǒng)(EGNOS)、廣域增加系統(tǒng)(WAAS)、基于多功能傳送衛(wèi)星的增加系統(tǒng)(MSAS)和準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)(QZSS)組成的組。
全文摘要
描述了一種用于緩和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中的多徑導(dǎo)致的誤差的系統(tǒng)和方法。在該方法的一個(gè)實(shí)施例中，接收一復(fù)合信號(hào)。該復(fù)合信號(hào)包括波段受限的直接路徑信號(hào)和至少一個(gè)波段受限的多徑信號(hào)，兩者均被用周期性反相調(diào)制。在具有至少一個(gè)周期性反相的時(shí)間間隔期間，該復(fù)合信號(hào)以時(shí)間為函數(shù)被測定。復(fù)合信號(hào)和直接路徑信號(hào)之間由于多徑信號(hào)而產(chǎn)生的相位誤差φ
文檔編號(hào)G01S1/00GK101044414SQ200580035643
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2005年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月18日
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