專利名稱：一種抑制多徑的相關器方法
技術領域：
本發明涉及GPS系統中的相關器(correlator)，尤其是一種抑制多徑的相關器方 法，屬于GPS通信技術領域。
背景技術：
GPS衛星發射的信號為將偽碼(C/A碼)和導航數據碼調制在載波上所得到的信 號。現代通用的數字GPS接收機主要由GPS天線、變頻器、基帶信號通道和數據輸出 等組成，完成信號的接收、捕獲、跟蹤、解調和定位解算等功能。基本的工作流程為 GPS天線接收所有可見GPS衛星信號，并將微弱電磁波轉化為微弱電流，然后通過前置 低噪聲放大器對GPS信號電流進行放大，接著通過變頻轉換將高頻信號下變頻為中頻數 字信號后送入各個接收的數字基帶信道進行處理。這個處理過程為首先捕獲模塊通過 對所有不確定的C/A碼的時延和所有不確定的多普勒頻移完成二維搜索，從而找到可視 衛星、近似的C/A碼延遲和多普勒頻移，然后將結果輸入到跟蹤模塊，而跟蹤模塊主要 完成C/A碼、相位和多普勒頻移的跟蹤，從而獲得這些參數的精確估計值。采用相位和 多普勒頻移的估計來復制本地載波頻率與接收到的數字信號的載波頻率一致，從而去掉 載波，得到C/A碼和導航數據碼，此為載波跟蹤環路；利用估計的碼延遲通過相關器的 運算來得到超前碼E、即時碼P和滯后碼L，從而復制本地C/A碼和接收到的數字信號 中的C/A碼一致，進而去掉C/A碼，此為碼跟蹤環路，其和載波跟蹤環路統稱為跟蹤環 路。然后得到導航數據，導航數據中包含了衛星的位置以及衛星信號的發射時間，結合 本地時間我們可以得到衛星信號從衛星到接收機的傳播時間，乘以光速后得到偽距(這 個距離里面有諸如大氣時延、接收機時鐘誤差以及接收機的測量誤差等等所引起的距離 上的偏差，故稱其為偽距。)，至此我們得到了衛星位置和偽距，我們至少要4顆衛星的 數據，就可以聯立解方程組來得到接收機所在的位置，此為解算過程。
實際的GPS測量中，接收機天線接收的信號包括直接來自衛星方向的直達信號 和直達信號經過一次或多次在接收天線四周的反射面反射后得到的信號，即多徑信號， 多徑信號和直達信號的傳播路徑不同，因此有不同的幅度、相位和時延，從而導致合成 信號的波形發生扭曲，從而影響定位精度，產生定位誤差。對多徑抑制方法的研究通 常從空域、環路和數據后處理三個方面進行，空域抑制方法著眼于盡量減少接收機天線 對多徑信號的接收，如調整天線的擺放位置；環路抑制方法則是從環路內部的算法上考 慮，或者估計出各個多徑的參數并將其從合成信號中除去，或者由改進的相關器設置和 碼環相關器來直接獲得多徑被抑制后的結果；數據后處理方法則是通過一些濾波方法來 減少多徑的影響，如卡爾曼濾波、小波變換等等。它們各有利弊，一個完善的多徑抑制 策略往往是考慮設計目標后對這些方法的綜合運用。在接收機內部環路的數字信號處理 過程中采取多種措施來抑制多徑效應顯得相當現實和有效。
而跟蹤環路抑制方法中一種代表性的為Strobe相關器，這是一種軟件實現方 法。它是一種雙Δ相關器，它利用兩組早遲碼E2、E1, P、L1, “所構成的一種相關器，3它可以看成由一個早遲間隔為d的窄相關相關器和一個早遲間隔為2d的較寬相關器構 成，由碼環的相關器的輸出結果，我們可以得到1￡2、 、IP、Il^ ^2，代入Strobe
公式=2(、-^^-(、―、)，得到相關結果，此即Strobe相關器。Strobe相關器對于長多徑的抑制效果很好，但是在碼相位偏移較小時，誤差依然 較大，即現有的Strobe對于短多徑的抑制效果并不明顯。
發明內容
針對現有Strobe相關器對于遲延小于d的短多徑無能為力的缺點，提出一種抑制 多徑的相關器方法。這種方法細化對于同相情況下多徑的分類建模，在現有Strobe相關 器的基礎上增加了一個修正因子，使其在更加廣闊的延遲范圍內具有多徑抑制作用。本發明采取的技術方案是一種抑制多徑的相關器設計方法，以跟蹤環路 抑制方法的Strobe相關器為基礎，環路中的三個復制碼第一超前碼、即時碼、第 一滯后碼，即艮、P、L1,它們兩兩之間的間隔為1/2碼片(即l/2chip)，而第二超 前碼、即時碼、第二滯后碼，即E2、P、L2,它們兩兩之間的間隔為1碼片，經過 載波剝離的輸入信號I分別與它們相乘，相乘的結果經過累加和存儲器后得到輸出 值信號功率的第二超前分量、第一超前分量、即時分量、第一滯后分量和第二滯后 分量，即 42、1E1- 1P^ 1Lx- A2，將 7￡2、1E1- 1P^ iI1、A2 代入 Strobe 公式
Dstrobe ^ 2^1E1 -1L1X1E2 一&)獲得相關結果，其特征在于將/均、IEl、IP、/v /、輸入到模式鑒別器中，當(、+/們)-(/Α+/￡2)<0為
d (4,-、)-(/尸—、)
同相多徑，此時，增加一個修正因子+，相關公式表達為Dcorrpfjase 一 ^strobe ^δ-in-phase
O" r、“ τ、，d (1El-1E2Vd1E)式中表示本發明帶有修正因子的Strobe相關器表達式；Dstrob6表示現 有Strobe相關器表達式；D δ_m_pl_表示本發明的修正項。與現有Strobe相關器相比，帶有修正因子的Strobe相關器有如下優點1)帶有修正因子的Strobe相關器更加深入的發掘了多徑信號的特征，進一步對 同相多徑下的誤差進行修正，提供了相關器在短多徑下的抑制性能。2)同相多徑情況下，增加的修正 因子的Strobe相關器使得相關結果不依賴于對 噪聲的估計，提供更加精確的碼相位估計，從而得到更加精準的定位，這個性能對于城 市環境中的定位意義很大。3)本發明環路的多徑抑制方法，同樣利用了 5個相關器的輸出值，和現有Strobe 相關器相比，它在提高性能的同時，并沒有增加額外的硬件消耗。4)當Strobe相關器工作正常，即工作在延遲大于d(d為一個C/A碼碼片的長 度。)的長多徑下時，修正項δ為0，不對相關結果產生影響；而當其工作在延遲小于 d的短多徑下時，(、-八2)-(各-仏)*0，此時修正因子起到減少誤差的作用。
圖1是GPS系統中多徑信號產生的示意圖；圖2是同相多徑信號和反相多徑信號與直達信號疊加后的示意圖；圖3是Strobe相關器中相關三角的示意圖；圖4是現有Strobe相關器的實現過程，包括預處理過程和現有Strobe相關器；圖5是存在一條延遲為0.15chip的多徑信號的情況下，此時得到的直達信號、同 相多徑信號和合成信號的示意圖，圖中表明了合成后的信號分為五段；圖6是存在一條延遲為0.15chip的多徑信號的情況下，此時得到的相關三角形發
生畸變，“2、1Ei- 1P^ 1L1- ^12在相關三角形上的位置也發生變化；圖7是本發明相關器的實現過程，包括預處理過程和本發明相關器，這里只畫 出了同相之路I部分的操作，正交之路Q的操作是一樣的。
具體實施例方式參看圖1，衛星101發出信號，一部分為直達信號102，直接到達接收天線103 ； 而另一部分則經過地平面或者其他建筑物105反射后到達天線，此即多徑信號104，多徑 信號干擾了定位的精度。參看圖2，根據多徑信號的相位和直達信號的關系，可以將多徑信號分為同相信 號和反相信號兩種，圖中給出了兩種信號以及他們分別和直達合成后的信號的示意圖。參看圖3，相關器輸出的相關三角如圖，而不同的相關間隔可以得到不同的超前 分量和滯后分量，圖中dl = d，d2 = 2d，d為一個C/A碼碼片的間隔，理想情況下，分 別得到的E2、E1, P、L1, L2在相關三角上位置如圖；若存在多徑，他們的位置就會發 生變動，就不是兩邊對稱的位置。現有Strobe相關器，參看圖4，包括輸入信號401、本地振蕩器402、偽隨 機噪聲碼發生器403、乘法器404、累加&存儲器405、現有Strobe相關器406。其中 401 405為預處理部分，將得到的結果/￡2、IEl> 1P- 1L1- 7Z2輸入到現有Strobe相關 器406，從而得到相關結果。參看圖5，當多徑延遲ATm<d時，鎖定峰值P位于實際峰值的右邊，々、h2 受多徑干擾，不在同一條直線上，但是由于窄相關間隔d較小，&2始終處于同一條 直線上，此時就產生了鑒相誤差5~(h,-hj-ih-h)，因此只要能對該誤差進行正 確估計，并且作為修正項加到現有Strobe相關器表達式上，就能使其辨認出Δ τ m<d時 的誤差。同相多徑干擾下，為方便起見，設直達信號的幅值為a，多徑信號的幅值為b， 延遲為δ Tm,則可得到直達信號和多徑信號的表達式分別為
權利要求
1.一種抑制多徑的相關器方法，以跟蹤環路抑制方法的Strobe相關器為基礎，環路中 的三個復制碼第一超前碼、即時碼、第一滯后碼，即氏、P、L1,它們兩兩之間的間隔 為1/2個C/A碼碼片，第二超前碼、即時碼、第二滯后碼，即E2、P、L2,它們兩兩之間 的間隔為1個C/A碼碼片，經過載波剝離的輸入信號I分別與它們相乘，相乘的結果經過 累加和存儲器后得到輸出值信號功率的第二超前分量、第一超前分量、即時分量、第一 滯后分量和第二滯后分量，即
全文摘要
一種抑制多徑的相關器方法，以Strobe相關器為基礎，利用兩組早遲碼E2、E1、P、L1、L2構成相關器，由碼環部分經過累加存儲器后的輸出結果，得到代入Strobe相關公式得到相關結果。其特征是將輸入到模式鑒別器中，當則為同相多徑，此時，在相關公式中增加一個修正因子項來克服現有Strobe相關器對于短多徑無能為力的缺點，而且提高了定位精度，尤其對于在城市環境中的GPS定位存在嚴重的多徑干擾的情況有很大的意義。
文檔編號G01S19/22GK102023299SQ20101052990
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月3日 優先權日2010年11月3日
發明者丁榮榮, 劉新寧, 莊園, 時龍興, 李超, 楊軍 申請人:東南大學