專利名稱：在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中抑制多徑信號(hào)的鑒相方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中抑制多徑信號(hào)的鑒相方法。
背景技術(shù)：
在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS,Global Navigation Satellite System)的應(yīng)用中，接收機(jī)性能的提高是推廣和應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的前提。為提高導(dǎo)航信號(hào)的接收性能，需要濾除經(jīng)由不同的反射面或經(jīng)多次反射而來(lái)的多徑信號(hào)。在測(cè)繪等領(lǐng)域中多采用扼流圏、窄相關(guān)等技術(shù)對(duì)多徑信號(hào)加以抑制；而在遙感等領(lǐng)域，采用專門(mén)接收反射信號(hào)的左旋天線對(duì)接收的反射信號(hào)進(jìn)行處理，進(jìn)而對(duì)海洋、陸地等進(jìn)行遙感探測(cè)。多徑是GNSS中的主要誤差來(lái)源之一，盡管已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種多徑減少和延遲估計(jì)技木，但短延遲多徑在高精度、室內(nèi)及密集的城市環(huán)境中的應(yīng)用依然嚴(yán)重。在這些區(qū)域，中等路徑的數(shù)量不僅比較多，而且具有由緊密排列的固定的和移動(dòng)反射的自然物體所引起的動(dòng)態(tài)性，例如接收天線周?chē)娜?、植物、建筑結(jié)構(gòu)和車(chē)輛。因此，需要ー種高精度的處理方法來(lái)有效抑制GNSS多徑信號(hào)，進(jìn)而達(dá)到提高GNSS接收機(jī)精度的效果。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中抑制多徑信號(hào)的鑒相方法，用于有效抑制GNSS多徑信號(hào)，達(dá)到提高GNSS接收機(jī)精度的效果。
本發(fā)明提供了一種在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中抑制多徑信號(hào)的鑒相方法，包括接收包含多徑信號(hào)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS信號(hào)，進(jìn)行下變頻生成低中頻信號(hào)后，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；將經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的GNSS信號(hào)進(jìn)行載波剝離，得到I路和Q路的信號(hào)，對(duì)所述I路和Q路信號(hào)進(jìn)行碼剝離。本發(fā)明提出了ー種在GNSS信號(hào)中抑制多徑信號(hào)的鑒相方法，在GNSS信號(hào)處理過(guò)程的碼跟蹤環(huán)路中，得到多徑信號(hào)的互相關(guān)功率后，采用基于精密TK采樣間隔的鑒相方法，能夠有效地抑制多徑信號(hào)，可以達(dá)到提高GNSS接收機(jī)精度的目的。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例中GNSS信號(hào)接收機(jī)的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的在GNSS中抑制多徑信號(hào)的鑒相方法流程圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中對(duì)I路和Q路信號(hào)進(jìn)行碼剝離的電路原理示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中使用TK-EML5鑒相器的碼跟蹤誤差包絡(luò)圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中使用EML鑒相器的碼跟蹤誤差包絡(luò)圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的詳細(xì)描述。本發(fā)明實(shí)施例提出了ー種在GNSS信號(hào)中抑制多徑信號(hào)的鑒相方法，在GNSS信號(hào)處理過(guò)程的碼跟蹤環(huán)路中，得到多徑信號(hào)的互相關(guān)功率后，采用基于精密TK采樣間隔的鑒相方法，能夠有效地抑制多徑信號(hào)，可以達(dá)到提高GNSS接收機(jī)精度的目的。如圖I所示，GNSS信號(hào)接收機(jī)主要由天線、射頻前端、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器、FPGA相關(guān)器、DSP數(shù)字信號(hào)處理器以及存儲(chǔ)器組成。圖2為本實(shí)施例提供的高精度GNSS信號(hào)的接收方法流程圖，包括步驟201、天線接收GNSS信號(hào)。GNSS接收機(jī)天線接收到的信號(hào)包括直射信號(hào)和多徑信號(hào)，直射信號(hào)是從衛(wèi)星直接傳到接收機(jī)的信號(hào)；多徑信號(hào)是天線除了接收到從GNSS衛(wèi)星發(fā)射后經(jīng)直線傳播的電磁波信號(hào)外，還可能接收到的一個(gè)或多個(gè)由該電磁波經(jīng)周?chē)匚锓瓷浜蟮男盘?hào)，而每個(gè)反射信號(hào)又可能是經(jīng)一次或者多次反射后到達(dá)天線的。步驟202、包含多徑信號(hào)的GNSS信號(hào)進(jìn)入射頻前端進(jìn)行下變頻，生成低中頻信號(hào)，并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。步驟203、經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的GNSS信號(hào)進(jìn)行載波剝離，得到I路和Q路的信號(hào)。因?yàn)镚NSS信號(hào)在生成過(guò)程中，首先是導(dǎo)航信息與C/A碼進(jìn)行調(diào)制(相乗)，生成的信息再與載波進(jìn)行調(diào)制，所以接收后要對(duì)載波進(jìn)行解調(diào)(載波的剝離其實(shí)就是對(duì)載波的解調(diào))，對(duì)載波的解調(diào)過(guò)程中因?yàn)橄辔魂P(guān)系就會(huì)得到I、Q路的信號(hào)。步驟204、對(duì)I路和Q路信號(hào)進(jìn)行碼剝離。參見(jiàn)圖3，碼剝離具體包括以下步驟步驟2041、通過(guò)C/A碼發(fā)生器復(fù)制ー個(gè)與I路和Q路信號(hào)具有相同相位的C/A碼信號(hào)，并通過(guò)延遲得到相鄰兩路C/A之間的距離為1/4碼片的5路C/A碼，分別是-.VeryEarly 路、Early 路、Prompt 路、Late 路、Very Late 路。步驟2042、將5路C/A碼與所述I路和Q路信號(hào)做相關(guān)運(yùn)算。具體包括由于GNSS接收機(jī)接收到的信號(hào)包括直射信號(hào)和多徑信號(hào)，忽略噪聲的情況下(s(t)是GNSS信號(hào)，sd(t)、sm(t)分別表示GNSS信號(hào)中的直射信號(hào)和多徑信號(hào))s(t) = sd(t)+sm(t)= Ag [ (1+ξ ) t_ Y ] exp {t [ ( ω d+ω c) t+Φ J } + α Ag [ { (1+ξ ) t_ Y - Δ τ m]exp { [(ω +ωε) +Φ1+β ]}
Cl)其中，ω。是載波頻率，！·==，其中0^為多普勒頻移，Ct1為載波相位。A是GNSS
直射信號(hào)的幅度，g(t)為±1，表不C/A碼的值，α為多徑信號(hào)幅度與直射信號(hào)幅度的比值，Δ Tni為多徑信號(hào)的相對(duì)直射信號(hào)的時(shí)間延遲。β = ( ω d+ ω c) Δ τ m+Δ Qnj為因?yàn)榉瓷湓斐傻亩鄰叫盘?hào)相位補(bǔ)償，Δ θπ為因?yàn)榉瓷湓斐傻南辔黄?，t是時(shí)間。j為虛數(shù)標(biāo)量，Y是原始信號(hào)的時(shí)間延遲，是由GNSS衛(wèi)星到接收機(jī)之間的距離引起的。在經(jīng)過(guò)射頻前端下變頻之后，上式變?yōu)镾db (t) = Ag[(l+ ξ ) t- Y ]exp(j ψ) + α Ag[(l+ ξ ) t- Y - Δ τ Jexp[j ( Ψ + β )](2)其中，.=φ1 一 #，是直射信號(hào)相位和多徑信號(hào)相位之間的相位差·4是多徑信號(hào)、的相位。公式(2)的結(jié)果經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換和載波剝離后，就會(huì)生成I路和Q路信號(hào)，與本地合成的等間距的5路C/A碼(分別是Very Early路,Early路,Prompt路,Late路,Very Late路)做相關(guān)運(yùn)算得到下式
權(quán)利要求
1.一種在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中抑制多徑信號(hào)的鑒相方法，其特征在于，包括 接收包含多徑信號(hào)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS信號(hào)，進(jìn)行下變頻生成低中頻信號(hào)后，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；將經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的GNSS信號(hào)進(jìn)行載波剝離，得到I路和Q路的信號(hào)，對(duì)所述I路和Q路信號(hào)進(jìn)行碼剝離。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中抑制多徑信號(hào)的鑒相方法，其特征在于，所述對(duì)I路和Q路信號(hào)進(jìn)行碼剝離的步驟具體包括 通過(guò)C/A碼發(fā)生器復(fù)制ー個(gè)與所述I路和Q路信號(hào)具有相同相位的C/A碼信號(hào)，并通過(guò)延遲得到相鄰兩路C/A之間的距離為1/4碼片的5路C/A碼，分別是Very Early路、Early 路、Prompt 路、Late 路、Very Late 路； 將所述5路C/A碼與所述I路和Q路信號(hào)做相關(guān)運(yùn)算； 所述相關(guān)運(yùn)算的值通過(guò)積分-清除器后進(jìn)入碼相位鑒別器檢測(cè)該值的幅值是否達(dá)到最大，并從中估算出所述復(fù)制C/A碼與接收C/A碼之間的相位差； 將所述相位差作為C/A碼數(shù)控振蕩器的輸入，調(diào)節(jié)所述復(fù)制C/A碼的頻率和相位，使所述復(fù)制C/A碼與接收C/A碼的時(shí)刻保持一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中抑制多徑信號(hào)的鑒相方法，其特征在于，對(duì)所述I路和Q路信號(hào)采用的采樣時(shí)鐘為T(mén)t = Λ/2，Λ為Early路與Late路之間的距離，Λ等于C/A碼的半個(gè)碼片長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中抑制多徑信號(hào)的鑒相方法，其特征在于，所述相關(guān)運(yùn)算的步驟具體包括 接收的GNSS信號(hào)包括直射信號(hào)和多徑信號(hào)
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中抑制多徑信號(hào)的鑒相方法，其特征在于，所述碼相位鑒別器采用TK-EML5的鑒相方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中抑制多徑信號(hào)的鑒相方法，其特征在于，所述估算出所述復(fù)制C/A碼與接收C/A碼之間的相位差異的步驟具體包括 對(duì)于任意的離散信號(hào)X (η)進(jìn)行如下運(yùn)算
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中抑制多徑信號(hào)的鑒相方法，屬于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括接收包含多徑信號(hào)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS信號(hào)，進(jìn)行下變頻生成低中頻信號(hào)后，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；將經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的GNSS信號(hào)進(jìn)行載波剝離，得到I路和Q路的信號(hào)，對(duì)所述I路和Q路信號(hào)進(jìn)行碼剝離。本發(fā)明在GNSS信號(hào)處理過(guò)程的碼跟蹤環(huán)路中，得到多徑信號(hào)的互相關(guān)功率后，采用基于精密TK采樣間隔的鑒相方法，能夠有效地抑制多徑信號(hào)，可以達(dá)到提高GNSS接收機(jī)精度的目的。
文檔編號(hào)G01S19/22GK102680985SQ20121016734
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者劉德榮, 張波, 李偉強(qiáng), 楊東凱 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)