专利名称：一种抑制多径的相关器方法
技术领域：
本发明涉及GPS系统中的相关器(correlator)，尤其是一种抑制多径的相关器方 法，属于GPS通信技术领域。
背景技术：
GPS卫星发射的信号为将伪码(C/A码)和导航数据码调制在载波上所得到的信 号。现代通用的数字GPS接收机主要由GPS天线、变频器、基带信号通道和数据输出 等组成，完成信号的接收、捕获、跟踪、解调和定位解算等功能。基本的工作流程为 GPS天线接收所有可见GPS卫星信号，并将微弱电磁波转化为微弱电流，然后通过前置 低噪声放大器对GPS信号电流进行放大，接着通过变频转换将高频信号下变频为中频数 字信号后送入各个接收的数字基带信道进行处理。这个处理过程为首先捕获模块通过 对所有不确定的C/A码的时延和所有不确定的多普勒频移完成二维搜索，从而找到可视 卫星、近似的C/A码延迟和多普勒频移，然后将结果输入到跟踪模块，而跟踪模块主要 完成C/A码、相位和多普勒频移的跟踪，从而获得这些参数的精确估计值。采用相位和 多普勒频移的估计来复制本地载波频率与接收到的数字信号的载波频率一致，从而去掉 载波，得到C/A码和导航数据码，此为载波跟踪环路；利用估计的码延迟通过相关器的 运算来得到超前码E、即时码P和滞后码L，从而复制本地C/A码和接收到的数字信号 中的C/A码一致，进而去掉C/A码，此为码跟踪环路，其和载波跟踪环路统称为跟踪环 路。然后得到导航数据，导航数据中包含了卫星的位置以及卫星信号的发射时间，结合 本地时间我们可以得到卫星信号从卫星到接收机的传播时间，乘以光速后得到伪距(这 个距离里面有诸如大气时延、接收机时钟误差以及接收机的测量误差等等所引起的距离 上的偏差，故称其为伪距。)，至此我们得到了卫星位置和伪距，我们至少要4颗卫星的 数据，就可以联立解方程组来得到接收机所在的位置，此为解算过程。
实际的GPS测量中，接收机天线接收的信号包括直接来自卫星方向的直达信号 和直达信号经过一次或多次在接收天线四周的反射面反射后得到的信号，即多径信号， 多径信号和直达信号的传播路径不同，因此有不同的幅度、相位和时延，从而导致合成 信号的波形发生扭曲，从而影响定位精度，产生定位误差。对多径抑制方法的研究通 常从空域、环路和数据后处理三个方面进行，空域抑制方法着眼于尽量减少接收机天线 对多径信号的接收，如调整天线的摆放位置；环路抑制方法则是从环路内部的算法上考 虑，或者估计出各个多径的参数并将其从合成信号中除去，或者由改进的相关器设置和 码环相关器来直接获得多径被抑制后的结果；数据后处理方法则是通过一些滤波方法来 减少多径的影响，如卡尔曼滤波、小波变换等等。它们各有利弊，一个完善的多径抑制 策略往往是考虑设计目标后对这些方法的综合运用。在接收机内部环路的数字信号处理 过程中采取多种措施来抑制多径效应显得相当现实和有效。
而跟踪环路抑制方法中一种代表性的为Strobe相关器，这是一种软件实现方 法。它是一种双Δ相关器，它利用两组早迟码E2、E1, P、L1, “所构成的一种相关器，3它可以看成由一个早迟间隔为d的窄相关相关器和一个早迟间隔为2d的较宽相关器构 成，由码环的相关器的输出结果，我们可以得到1￡2、 、IP、Il^ ^2，代入Strobe
公式=2(、-^^-(、―、)，得到相关结果，此即Strobe相关器。Strobe相关器对于长多径的抑制效果很好，但是在码相位偏移较小时，误差依然 较大，即现有的Strobe对于短多径的抑制效果并不明显。

发明内容
针对现有Strobe相关器对于迟延小于d的短多径无能为力的缺点，提出一种抑制 多径的相关器方法。这种方法细化对于同相情况下多径的分类建模，在现有Strobe相关 器的基础上增加了一个修正因子，使其在更加广阔的延迟范围内具有多径抑制作用。本发明采取的技术方案是一种抑制多径的相关器设计方法，以跟踪环路 抑制方法的Strobe相关器为基础，环路中的三个复制码第一超前码、即时码、第 一滞后码，即艮、P、L1,它们两两之间的间隔为1/2码片(即l/2chip)，而第二超 前码、即时码、第二滞后码，即E2、P、L2,它们两两之间的间隔为1码片，经过 载波剥离的输入信号I分别与它们相乘，相乘的结果经过累加和存储器后得到输出 值信号功率的第二超前分量、第一超前分量、即时分量、第一滞后分量和第二滞后 分量，即 42、1E1- 1P^ 1Lx- A2，将 7￡2、1E1- 1P^ iI1、A2 代入 Strobe 公式
Dstrobe ^ 2^1E1 -1L1X1E2 一&)获得相关结果，其特征在于将/均、IEl、IP、/v /、输入到模式鉴别器中，当(、+/们)-(/Α+/￡2)<0为
d (4,-、)-(/尸—、)
同相多径，此时，增加一个修正因子+，相关公式表达为Dcorrpfjase 一 ^strobe ^δ-in-phase
O" r、“ τ、，d (1El-1E2Vd1E)式中表示本发明带有修正因子的Strobe相关器表达式；Dstrob6表示现 有Strobe相关器表达式；D δ_m_pl_表示本发明的修正项。与现有Strobe相关器相比，带有修正因子的Strobe相关器有如下优点1)带有修正因子的Strobe相关器更加深入的发掘了多径信号的特征，进一步对 同相多径下的误差进行修正，提供了相关器在短多径下的抑制性能。2)同相多径情况下，增加的修正 因子的Strobe相关器使得相关结果不依赖于对 噪声的估计，提供更加精确的码相位估计，从而得到更加精准的定位，这个性能对于城 市环境中的定位意义很大。3)本发明环路的多径抑制方法，同样利用了 5个相关器的输出值，和现有Strobe 相关器相比，它在提高性能的同时，并没有增加额外的硬件消耗。4)当Strobe相关器工作正常，即工作在延迟大于d(d为一个C/A码码片的长 度。)的长多径下时，修正项δ为0，不对相关结果产生影响；而当其工作在延迟小于 d的短多径下时，(、-八2)-(各-仏)*0，此时修正因子起到减少误差的作用。


图1是GPS系统中多径信号产生的示意图；图2是同相多径信号和反相多径信号与直达信号叠加后的示意图；图3是Strobe相关器中相关三角的示意图；图4是现有Strobe相关器的实现过程，包括预处理过程和现有Strobe相关器；图5是存在一条延迟为0.15chip的多径信号的情况下，此时得到的直达信号、同 相多径信号和合成信号的示意图，图中表明了合成后的信号分为五段；图6是存在一条延迟为0.15chip的多径信号的情况下，此时得到的相关三角形发
生畸变，“2、1Ei- 1P^ 1L1- ^12在相关三角形上的位置也发生变化；图7是本发明相关器的实现过程，包括预处理过程和本发明相关器，这里只画 出了同相之路I部分的操作，正交之路Q的操作是一样的。
具体实施例方式参看图1，卫星101发出信号，一部分为直达信号102，直接到达接收天线103 ； 而另一部分则经过地平面或者其他建筑物105反射后到达天线，此即多径信号104，多径 信号干扰了定位的精度。参看图2，根据多径信号的相位和直达信号的关系，可以将多径信号分为同相信 号和反相信号两种，图中给出了两种信号以及他们分别和直达合成后的信号的示意图。参看图3，相关器输出的相关三角如图，而不同的相关间隔可以得到不同的超前 分量和滞后分量，图中dl = d，d2 = 2d，d为一个C/A码码片的间隔，理想情况下，分 别得到的E2、E1, P、L1, L2在相关三角上位置如图；若存在多径，他们的位置就会发 生变动，就不是两边对称的位置。现有Strobe相关器，参看图4，包括输入信号401、本地振荡器402、伪随 机噪声码发生器403、乘法器404、累加&存储器405、现有Strobe相关器406。其中 401 405为预处理部分，将得到的结果/￡2、IEl> 1P- 1L1- 7Z2输入到现有Strobe相关 器406，从而得到相关结果。参看图5，当多径延迟ATm<d时，锁定峰值P位于实际峰值的右边，々、h2 受多径干扰，不在同一条直线上，但是由于窄相关间隔d较小，&2始终处于同一条 直线上，此时就产生了鉴相误差5~(h,-hj-ih-h)，因此只要能对该误差进行正 确估计，并且作为修正项加到现有Strobe相关器表达式上，就能使其辨认出Δ τ m<d时 的误差。同相多径干扰下，为方便起见，设直达信号的幅值为a，多径信号的幅值为b， 延迟为δ Tm,则可得到直达信号和多径信号的表达式分别为
权利要求
1.一种抑制多径的相关器方法，以跟踪环路抑制方法的Strobe相关器为基础，环路中 的三个复制码第一超前码、即时码、第一滞后码，即氏、P、L1,它们两两之间的间隔 为1/2个C/A码码片，第二超前码、即时码、第二滞后码，即E2、P、L2,它们两两之间 的间隔为1个C/A码码片，经过载波剥离的输入信号I分别与它们相乘，相乘的结果经过 累加和存储器后得到输出值信号功率的第二超前分量、第一超前分量、即时分量、第一 滞后分量和第二滞后分量，即
全文摘要
一种抑制多径的相关器方法，以Strobe相关器为基础，利用两组早迟码E2、E1、P、L1、L2构成相关器，由码环部分经过累加存储器后的输出结果，得到代入Strobe相关公式得到相关结果。其特征是将输入到模式鉴别器中，当则为同相多径，此时，在相关公式中增加一个修正因子项来克服现有Strobe相关器对于短多径无能为力的缺点，而且提高了定位精度，尤其对于在城市环境中的GPS定位存在严重的多径干扰的情况有很大的意义。
文档编号G01S19/22GK102023299SQ20101052990
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者丁荣荣, 刘新宁, 庄园, 时龙兴, 李超, 杨军 申请人:东南大学