CN107817506A - 扩频无线电通信信号的基于倒谱的多径抑制 - Google Patents

Abstract

用于接收一个或多个RF信号的接收机以及方法，该RF信号包括与直接传播路径有关的分量、以及取决于传播环境而与反射传播路径有关的一个或多个附加分量，该接收机包括计算电路，该计算电路被配置为：‑计算接收到的信号与接收机处生成的RF信号的至少一个副本之间的至少第一相关函数(310)，并且至少针对所述第一相关函数的输出执行以下操作：○执行倒谱变换(410)，○从倒谱变换的输出中搜索一个或多个反射传播路径(411)，并且当检测到反射传播路径时，确定相关联的传播特性(412)，并且‑从接收到的信号或第一相关函数的输出中的一个中去除检测到的反射传播路径的贡献。

Description

扩频无线电通信信号的基于倒谱的多径抑制

技术领域

本发明适用于扩频无线电通信领域，特别是卫星无线电导航领域。具体而言，本发明描述了一种被配置为在多径传播环境中跟踪卫星定位信号的GNSS接收机。

背景技术

存在已经被完全部署了多年的两种全球导航卫星系统(GNSS)(美国全球定位系统和俄罗斯GLONASS)，以及正在部署的两种全球导航卫星系统(中国北斗导航卫星系统和欧洲伽利略系统)。这些系统依赖于相同的原理：从沿轨道飞行的多个卫星广播微波射频(RF)信号；该信号携带PRN(伪随机噪声)码，其与被配置为接收广播信号的接收机中的本地副本相关；当接收机能够从卫星获取信号并跟踪信号时，其处理能力使用相关过程来对编码信号进行解调，并且计算伪距，其为接收机与卫星之间的距离。这个伪距与从其它卫星(在不需要高度估计时通常为四个或三个)获取的伪距相结合，以确定位置、速度和时间(PVT)。

定位消息通常由导航消息构成，包括包含有卫星的位置、星历和消息传输时间的信息。导航消息由PRN(伪随机噪声)码进一步调制，其中，每个卫星使用不同的PRN码，以使得GNSS接收机可以隔离源自一个特定卫星的信号。取决于准确度和频谱占用考虑因素，这些信号通常使用BPSK(二进制移位键控)或BOC(二进制偏移载波)调制。

然而，取决于传播环境，GNSS接收机从一个卫星接收的信号可以由信号的视线(LOS)和非视线(NLOS)路径的组合产生，LOS路径是卫星和接收机之间的直接传播路径，而NLOS路径是发生反射的结果。NLOS信号是LOS信号的延迟副本，具有潜在不同的振幅和相位，该延迟是直接传播路径和反射传播路径之间的距离差的函数。当GNSS接收机在城市或室内环境中操作时，尤其会存在多径反射。

这种多径信号的NLOS分量在接收信号的复合相关函数中产生伪像(artifact)，其用于同步接收机并且确定与卫星的伪距。伪像降低了所确定的同步位置的质量，从而影响了整体估计的质量。因此，在城市环境中定位准确度往往会比乡村环境(不存在树木的情况下)中更差，而这是要求高准确度的地方。

此外，由GNSS接收机接收的信号同时包括视线内所有卫星发送的相关联的多径反射和该信号，这进一步使接收过程复杂化。

已知不同的技术来处理接收信号中多径反射的检测和校正的问题。在这些技术中有均衡技术(线性均衡、决策反馈均衡器、自适应滤波器、Viterbi均衡器、Rake接收机……)，目的在于将接收信号的NLOS分量与LOS分量进行组合。然而，这些技术不一定适于均衡以低SNR(信噪比的首字母缩略词)操作的扩频信号，并且可能需要有学习阶段以便表征传播信道，这增加了锁定位置所需的时间，因此可能无法与城市环境中移动的接收机兼容，因为在这种情况下传播信道快速地变化。此外，当基于传播信道的估计时，当接收到的信号是源自不同发射机的各个信号的组合时，这些技术不适于执行该估计。

美国专利6,031,882描述了用于估计传播通道的特性并抑制多个传播路径的各种方法。

这些方法中的第一种方法称为“斜率转换方法”，其通过分析接收到的信号与信号的本地副本之间的相关函数的输出的斜率来确定多径反射的延迟。然后在接收到的信号和重构的多径信号之间使用最小二乘法来估计每个多径的复增益。已知它们相应的延迟和复振幅，可以抑制接收到的信号的多径反射。当噪声水平高时，该方法经受缺乏斜率转换分析的精度的困扰，并且需要高处理能力来确定反射的传播路径的振幅。

在上述引用的美国专利中描述的第二种方法被称为“倒谱处理方法”，其中，对接收到的信号执行复倒谱变换来估计各个路径的延迟，该倒谱变换是对数幅度傅里叶谱的傅里叶逆变换。可以根据该变换的结果来直接确定路径延迟。然后在接收到的信号和重构的多径信号之间使用最小二乘法来估计各个路径的复增益，以便从接收到的信号中去除多径反射。该方法仍然需要高处理能力来确定多径反射的复增益，并且当接收到的信号是源自不同卫星的和信号(每个信号具有其自己的多个路径)时不适用，因为倒谱变换将会混淆发生在感兴趣的信号上的反射和发生在其它定位信号上的反射。

另一种多径估计技术被称为多径估计延迟锁定环(MEDLL)。在N.Delgado、F.Nunes,“Theoretical Performance of the MEDLL Algorithm for the NewNavigation Signals”,7^th conference on Telecommunications,2009中描述了该技术。MEDLL算法使用根据接收到的信号和信号的本地副本之间的相关函数的输出的最大似然准则来估计每个多径分量的幅度、延迟和相位。迭代地逐个估计接收到的信号的各个路径：根据相关结果的最大值估计直接路径，并且从相关的输出中减去其贡献。然后可以估计和减去具有最高功率电平的多径，依此类推。当检测到给定数量的多个路径时，从相关结果的输出中去除它们的贡献，以使得输出仅包括LOS路径。MEDLL算法显示出良好的理论结果，但是需要高处理能力并需要已知多个路径的总数或停止迭代多个路径检测的特定准则。

相应地，需要在相关步骤中以低处理计算估计和抑制多径信号。

发明内容

本发明的目的在于通过描述被配置为以有效的方式抑制多个路径的影响的GNSS接收机来提供相对于现有技术的改进。

为此，本发明公开了一种用于接收一个或多个RF信号的接收机。每个RF信号包括与直接传播路径有关的分量、以及取决于传播环境而与反射传播路径有关的一个或多个附加分量。

该接收机包括计算电路，该计算电路被配置为计算接收到的信号与接收机处生成的信号的至少一个副本之间的至少第一相关函数，并且至少针对所述第一相关函数的输出进行：

○执行倒谱变换，

○从倒谱变换的输出中搜索一个或多个反射传播路径，并且当检测到反射传播路径时，确定相关联的传播特性。

该接收机还被配置为从接收到的信号或第一相关函数的输出中的一个中去除检测到的反射传播路径的贡献。

将在涉及被配置为接收一个或多个定位信号的GNSS接收机的特别有利的应用的背景下描述本发明。射频通信领域的普通技术人员将使用扩频调制技术容易地将发明的用途转移到其它类型的RF接收机。

根据本发明的第一实施例，为接收机所得的每个反射传播路径确定的传播特性包括振幅和延迟。接收机的计算电路还被配置为：通过计算第一相关函数的输出和第二相关函数的输出之间的差，并且使用该差而不是最初计算的第一相关函数的输出进行进一步处理，基于每个检测到的反射传播路径的估计的传播特性来生成第二相关函数的输出。

根据本发明的另一实施例，为接收机所得的每个反射传播路径确定的传播特性包括振幅、相位和延迟。接收机的计算电路还被配置为：使用检测到的反射传播路径的估计的传播特性来计算有限脉冲响应滤波器，并且使用所述滤波器从接收到的信号中去除反射传播路径的贡献。一旦滤波后，则使用干净形式的接收信号，如在标准GNSS接收机中用于进一步的处理。

在本发明的每个实施例中，可以迭代地执行对反射传播路径的搜索。在这种情况下，迭代地执行倒谱变换、对反射传播路径的搜索以及多相关联的传播特性估计的确定。在从所述函数中去除先前检测到的反射传播路径之后，随后的迭代将第一相关函数的输出作为输入。

有利地，处理的倒谱变换包括哈特莱变换和哈特莱逆变换。

根据本发明的一个实施例，在频域中计算第一相关函数。

有利地，根据本发明的接收机还被配置为至少在信号的跟踪阶段期间执行倒谱变换、反射传播路径检测、相关联的传播特性检测和贡献去除。

本发明还涉及一种用于抑制接收机中的多个路径的方法，该接收机被配置为接收一个或多个信号，该信号包括与直接传播路径有关的分量、以及取决于传播环境而与反射传播路径有关的一个或多个附加分量。根据本发明的方法包括：

·计算接收到的信号与定位信号的至少一个本地副本之间的至少第一相关函数的步骤，以及针对所述第一相关函数中的至少一个进行：

○对所述相关函数的输出执行倒谱变换的步骤，

○从倒谱变换的输出中搜索一个或多个反射传播路径，并且当检测到反射传播路径时，确定相关联的传播特性的步骤，

·从接收到的信号或第一相关函数的输出中的一个中去除检测到的反射传播路径的贡献的步骤。

根据本发明的方法有利地适用于被配置为接收一个或多个定位信号的GNSS接收机。

附图说明

根据以下对多个示例性实施例及其附图的描述，将更好地理解本发明，并且其各个特征和优点将显而易见，在附图中：

-图1描述了根据现有技术的多径反射对于针对接收机中接收的GNSS信号所执行的相关的影响；

-图2示出了针对包括一个直接路径和一个附加的反射传播路径的接收信号，对相关函数的输出的倒谱变换的结果；

-图3表示在现有技术的GNSS接收机中执行的同步过程；

-图4示出了本发明的第一实施例，其中，使用倒谱变换来识别多径反射，并从相关函数的输出中去除多径反射；

-图5a和图5b示出了用于处理相关计算和倒谱变换的各个实施方式；

-图6示出了本发明的另一实施例，其中，使用倒谱变换来识别多径反射，并且对接收到的信号进行滤波；

-图7表示根据本发明的在接收机中获取的跟踪位置的示例；

-图8表示根据本发明的用于GNSS接收机中的多径抑制的方法的流程图。

在本说明书中公开的示例仅仅是对本发明的一些实施例的例示。在查阅附图和具体实施方式之后，本发明的其它优点对于本领域技术人员将变得清楚。旨在将任何其它优点并入本文中。

具体实施方式

图1描述了根据现有技术的多径反射对于针对接收机中接收的GNSS信号所执行的相关的影响。

在下文中，出于说明的目的，附图将参考使用BPSK调制发送的定位信号，但是本发明同样适用于使用BOC调制或使用扩频的任何其它相关调制发送的定位信号。

接收机将接收到的信号与定位信号的至少一个本地副本相关。考虑到源自一个卫星的信号和相关联的PRN码加上与该信号相关联的跟踪回路的本地时间参考，生成本地副本。该操作在接收到的信号的跟踪回路中执行，跟踪回路的目的在于：

-由于用于调制定位信号中包含的导航消息的PRN码，隔离来自一个特定GNSS发射机的信号，以及

-精确地确定接收到的定位信号的到达时间。

为此，对相关函数的输出的最大值的位置进行跟踪。

图1中的曲线101示出了当接收到的信号仅由LOS信号构成时，在跟踪回路中执行的归一化相关函数的模数值。相关函数的输出是对称的，并且在与完美同步瞬间对应的点处达到最大值。

相关乘积的结果是复数值。在下文中，除非另有说明，所考虑的相关乘积是相关乘积的模数，根据定义，它是实数值。

为了限制在跟踪相关函数的最大值的位置时所需的接收机的处理能力，仅在信号的预期到达时间附近的特定时刻计算接收到的信号与其本地副本之间的相关函数。因此，跟踪回路包括本地振荡器(NCO)，其目的在于对接收到的信号进行同步，并引导相关函数处理。为此，对于每个测量，跟踪回路估计必须补偿的时移。实际的GNSS接收机实施同步技术，例如早减晚(early minus late)技术，其中，相关函数计算不是在有限的时间段内连续地执行，而是仅在三个特定位置执行：提示(P1)位置，在基于时移估计预期接收到的PRN码的时刻计算的，早(E1)和晚(L1)位置，从提示相关器相等地时移，早相关器和晚相关器之间的间隔也称为E-L间隔，通常低于一个码片。这三个相关计算是定期执行的，例如在PRN码的每个周期。

例如，对于GPS L1CA信号，码片速率(即，一秒钟内的码片数量)为1.023MHz。因此，码片持续时间约为0.97752μs，其对应于293.05m。

根据提示相关器的值，可以确定跟踪回路是否被锁定在接收到的信号上。根据早、提示和晚相关值的相对值，可以估计是否必须偏移本地时间参考以及沿哪个方向偏移。出于这个目的，确定均衡点，即早相关值和提示相关值基本上相等的点。已知更复杂的技术，使用例如五个位置或相关值的更复杂的组合来估计时移的方向和值。这些技术显示出较好的结果，代价为稍高的实施成本。

相对于传播环境上的信号反射的相关值具有与由于直接路径的相关值相同的形状，但被延迟，并且可能被衰减。曲线102示出了反射的传播路径的归一化相关值。

包括直接路径和一个反射传播路径的信号的归一化相关值在103中示出。它是针对每个接收路径计算的相关函数的结果之和。

当对包括多个路径反射的接收到的信号进行操作时，基于早(E2)、提示(P2)和晚(L2)相关值的同步方法的结果可以有所偏倚，因为相关函数的输出的均衡点发生变化。实际上，所得到的相关曲线不再是对称的，这在估计同步位置时导致测量偏倚104。这种偏倚直接影响了估计的伪距，因而影响定位的准确度。

被称为倒谱变换的数学函数是现有技术中已知的。这个函数是为了表征地震和炸弹爆炸造成的地震回波而开发的。它也已被用于确定人类语言的基频并分析雷达信号返回。

在被反射一次之后接收的信号y(n)可以表示为：

y(n)＝x(n)*(δ(n)+α₁δ(n-τ₁)) (1)

其中：

·x(n)是接收到的信号的直接路径，

·δ(n)是狄拉克分布，

·*是卷积，

·α₁是接收到的信号的反射传播路径的复增益，

·τ₁是接收到的信号的反射路径的延迟。

计算y(n)的傅里叶变换的对数的傅里叶逆变换，获得y(n)的复倒谱：

Φ(y(n))＝FT^-1(log(FT(y(n)))) (2)

并且可以如KEMERAIT,CHILDERS，“Signal Detection and Extraction byCepstrum Techniques”,Nov 1972,IEEE-TIT中表示为：

因此，信号的复倒谱包括与接收到的信号的反射路径的延迟、振幅和相位有关的信息。

图2示出了对包括一个直接路径和一个附加的反射传播路径的信号执行的倒谱变换的结果。

直接路径是位于倒谱变换的输出开始处的最大振幅201的峰值，而反射路径的贡献可以被观察为以相对于传播延迟的距离(相对距离＝真空速度*相对传播延迟)均匀地间隔开的减小的振幅的峰值202和203。从该倒谱变换，可以根据增益α的复数值来测量反射信号相对于LOS路径的延迟以及其振幅和相位。

当对实信号(如图2中的相关函数的输出的模数)执行时，可以处理具有较低实施成本的实倒谱变换。然而，作为与反射路径相关联的增益的所得系数α是实数值。因此，实倒谱变换的输出仅包括关于反射信号的延迟和振幅的信息，而不包括相位信息。

使用倒谱变换，可以取得相对于每个反射传播路径的延迟和振幅。如果倒谱变换是复倒谱，则还可以取得反射传播路径的相位。

图3表示在现有技术GNSS接收机中执行的同步过程。

在现有技术GNSS接收机中使用的基于标准相关的跟踪结构基于反馈延迟估计器，并且通过被称为跟踪回路的反馈回路来实施。每个跟踪回路专用于通过考虑特定PRN码来跟踪一颗卫星。GNSS接收机包括多个跟踪回路(301、302、303)，取决于实施的同步方法，每个跟踪回路实施在接收到的信号x(n)和定位信号的本地副本之间计算的一个或多个相关函数。接收机根据与被跟踪的卫星相关联的PRN序列和与所述卫星相关联的跟踪回路所传送的本地时间信息来生成定位信号的副本。

为了执行完整的位置、速度和时间估计(PVT)，需要跟踪不同定位信号的最少四个跟踪回路。额外的跟踪回路可以有助于提高测量的准确度，而当变量已知时(例如，当接收机的(x，y，z)位置之一是固定的或已知的时，或者当GNSS接收机仅用于同步设备时)可以使用较少数量的跟踪回路。

在反馈回路中处理相关函数的结果以驱动本地振荡器。为此，根据相关函数的输出计算(311)鉴别器(discriminator)，并用于驱动锁相环(PLL)和延迟锁定环(DLL)。然后使用接收到的导航消息和DLL的相位来构建伪距。已知用于确定DLL鉴别器值的一种技术是先前描述的早减晚技术，其中，在接收机中使用彼此以特定间隔定位的三个相关器，但是还已知其它技术，如双估计技术或双鉴别器技术。计算的伪距与使用其它跟踪回路计算的伪距结合使用以确定PVT。

图4示出了本发明的第一实施例，其中，多径反射使用倒谱变换来识别，并从相关函数的输出中去除该多径反射。接收到的信号是源自不同卫星或被配置为发送GNSS定位信号的任何其它设备(例如，GNSS中继器)的多个定位信号的组合。

根据本发明的接收机使用与包括多个跟踪回路401、402和403的标准GNSS接收机相同的架构，其中，跟踪回路的数量是实施方式选择。

针对每个跟踪回路，计算接收到的信号和定位信号的本地副本之间的第一相关函数310。然而，为了符合进一步的处理，相关函数必须针对连续点的集合(即，比通常的三个点更多)执行。

被考虑用于执行相关的点数和采样率影响多径估计的精度和最大延迟。当考虑大量的点和高采样率时，算法的性能将得到改善，代价为增加所需的处理能力。基于有关硬件平台和传播环境的考虑，处理能力和性能之间的折衷必须在具体问题具体分析的基础上进行。作为示例，对于GPS L1C/A信号，良好的折衷可以是针对50个连续点执行相关，这使得能够估计高达1μs的多径。

与标准接收机中所进行的不同，本发明提出对被计算以识别和表征多径反射的相关函数的输出计算基于倒谱的变换410。这种倒谱变换可以是实数的或复数的。接收到的信号是LOS信号和一个或多个NLOS信号的和。由于相关函数是线性函数，相关函数的输出是对LOS信号执行的相关函数的输出加上对每个NLOS信号执行的相关函数的输出之和。于是，在相关函数级别上估计回波的参数在数学上等同于根据接收到的信号来估计它们。然而，接收到的信号包括由考虑中的每个卫星发送的定位信号，而由于相关过程，相关信号仅包括感兴趣的信号。因此，由于与其它定位信号的干涉引起的噪声水平要低得多，并且可以更容易且更准确地执行多径反射检测和表征。

在实现方面，倒谱变换包括傅里叶变换和傅里叶逆变换，可以选择其大小以便匹配作为相关函数的输出的连续值集合的大小。相反，可以有利地选择相关值集合的大小，以使得可以实施快速傅里叶变换(FFT)和快速傅里叶逆变换(IFFT)以执行倒谱变换。

当针对相关函数的输出的模数进行操作时，实施的倒谱变换可以是实倒谱变换，其需要比复变换更少的处理能力。有利的是，可以代替傅里叶变换(和傅里叶逆变换)而实施哈特莱变换(和哈特莱逆变换)，因为哈特莱变换在实数值上提供类似于傅里叶变换的结果，即使它比快速傅里叶变换需要更少的处理能力

在以下文献中详细描述了使用哈特莱变换执行倒谱分析的方法：MICHAELC.STECKNER，DICK J.DROST，Fast Cepstrum Analysis using the Hartley Transform,IEEE Transaction on acoustics,speech and signal processing,vol.37,N°8,August1989。

在本发明的第一实施例中，多径反射的振幅和延迟是所需的唯一参数。因此，该实施例可以使用相关结果的模数的实倒谱变换，并仅对相关级的同相信道执行。这提供了降低处理复杂性并因此减少占用空间并更快地计算的优点。

必须分析相关的倒谱变换的结果以便检测峰值(411)。实际上，就公式(3)而言，峰值与定位信号的多径反射有关。

倒谱分析的分辨率是分离两个连续回波的能力。根据方程(3)，多径作为狄拉克函数的总和在倒谱变换中出现。按照瑞利准则，倒谱分析分辨率为1/f_s。因此，考虑例如20MHz的采样频率，倒谱变换给出了检测相对延迟15m的两个回波的可能性。

为了检测倒谱变换的峰值，可以设置阈值，并且高于所述阈值的所有峰值被识别为多径反射。然后可以对检测到的峰值进行分类，以使得被距离分离并具有与方程(3)一致的振幅的峰值被分组在一起。在检测理论中，阈值的定义通常用高斯噪声假设来定义。尽管为对数函数，但在倒谱应用中仍然可以考虑这个假设。因此，用于计算阈值的检测和虚警概率可以以常规方式定义(例如，似然比检验)。

可以利用峰值的周期性以便改进检测，例如通过执行以各个间隔选择的倒谱变换的值的和。这样，对应于反射路径的峰值被放大，而对应于噪声的寄生峰值保持在低水平。

也可以进行对倒谱变换的结果的平滑或者对连续的倒谱变换中测量到的值的平滑，以进一步改进检测。实际上，如果在给定时间区分多个传播路径可能是困难的，则传播环境的变化可以简化用于后续测量的该操作。

可以代替这一方法使用检测倒频谱变换中的峰值并将这些峰值与反射传播路径相关联的任何其它适当的方法。

下一操作412在于处理倒谱变换的结果以估计与检测到的峰值相关联的每个多径反射的传播特性。在这种情况下，传播特性是每个反射传播路径的延迟和振幅。

例如，考虑与该反射相关联的倒谱变换的第一峰值，可以测量每个多径反射的延迟和振幅。这个峰值的值是α₁δ(τ-rτ₁)。当倒谱变换是实倒谱变换时，α₁是实数值，并表示反射路径的相对振幅。当倒谱变换是复数的时，α₁是复数值，其模数表示反射传播路径的振幅。替代方法可以包括针对与该路径相关联的多个峰值测量这些参数，并且执行加权平均。

一旦已经估计出每个重要多径反射的延迟和振幅，就可以生成估计的仅多径的相关结果(413)。为此，可以执行通过将接收到的信号的本地副本与仅包括反射传播路径的复合形式的信号相关而获得的相关函数的计算。通过为多个路径中的每个添加加权和延迟形式的信号的副本来构造该复合形式的信号。可替换地，可以利用以下事实：反射传播路径与信号的本地副本之间的相关的结果是接收到的信号的LOS部分与本地副本之间的相关的衰减和延迟形式。由于相对于单个路径的相关函数的结果是已知的(例如，参见图1中的101)，所估计的多径相关结果可以被生成为与每个多径反射相关联的相关结果的和。与单个信号多径相关联的相关结果是相对于多个路径延迟偏移一距离，并且根据多径振幅|α₁|的值被放大或衰减的理论相关结果101。

执行第一相关310的输出与该第二估计的多径相关413的输出之间的差值414，以便生成其中已经去除估计的多个路径的贡献的相关函数的输出。

在次优的选择中，可以一个一个地去除估计的反射传播路径的贡献。

因此，由于原始相关函数是LOS相关函数和NLOS相关函数的和，所计算的相关函数输出在理论上等于LOS相关函数输出，并且可以用于如在标准GNSS接收机中的进一步处理。由于它是接收到的信号与接收机处生成的信号的本地副本之间的相关的无多径形式，所以使用诸如在前面的示例中介绍的早减晚技术之类的技术来计算驱动跟踪回路的本地振荡器的鉴别器是可能的，并且不再有偏倚。

在本发明的第一实施例的替代实施方式中，迭代地执行以下步骤：执行倒谱变换、检测峰值、估计相关联的延迟和振幅、生成相对于多径反射的估计的相关结果、以及从原始相关输出中减去该相关结果(420)。

因此，在连续迭代期间执行的倒谱变换基于其中已经删除主多径反射的相关信号。结果，现在可以检测先前隐藏在高振幅多径反射下的低振幅多径反射。

可以选择限制迭代次数，或者当特定事件发生时停止迭代，如特定数量的检测到的峰值，或当检测到的峰值的振幅低于阈值时。必须注意的是，在每次迭代期间可以检测到一个或多个峰值。

图5a和图5b示出了可以考虑用于处理相关函数计算和倒谱变换的各个实施方式。

在图5a中，顺序地计算了相关函数计算和倒谱变换。接收到的信号在510中与使用本地振荡器构建的定位信号的副本的共轭相关。对相关函数的结果执行傅里叶变换511，其可以是傅里叶变换、快速傅里叶变换或当考虑实信号时的哈特莱变换。然后将对数运算512应用于傅里叶变换的输出，以及傅里叶逆变换(快速傅里叶或哈特莱)513。傅里叶逆变换的输出是相关信号的复或实倒谱变换。

傅里叶变换和傅里叶逆变换的位置可以颠倒，而对结果没有任何影响。

在图5b中，在倒谱相关变换中联合执行相关函数计算和倒谱变换。

实际上，时域中的相关等于频域中的相乘，也就是说：

其中，为相关乘积，X和Y为向量，

并且

FT^-1(log(FT(X).conj(FT(Y))))＝FT^-1(log(FT(FT^-1((FT(X).conj(FT(Y))))＝FT^-1(log(FT(R_corr)))。 (5)

因此，将傅里叶变换(520、521)单独地应用于接收到的信号并应用于使用本地振荡器构建的定位信号的副本的共轭。在将对数函数523和逆傅里叶函数524应用于520和521的乘积之前，将结果相乘。

当考虑复倒谱变换或不是基于哈特莱变换的实倒谱变换时，图5a和图5b的输出是一些相当的。然而，当基于哈特莱变换而不是傅里叶变换实施实倒谱变换时，相关函数和倒谱变换的联合处理是不可能的。

联合处理(即，同时进行相关和倒频谱分析(图5b))的主要优点是直接使用基带信号而不是相关函数。实际上，这种方法避免了需要两个傅里叶变换块(经典傅里叶变换和傅里叶逆变换)。

如图5a所示，傅里叶变换和傅里叶逆变换的位置可以颠倒，而对最终结果没有任何影响。

因此，如果实施策略是并行地执行大量相关函数，则图5a的方法更相关，而当处理能力更受限制时，图5b的方法更合适。

图6示出了本发明的另一实施例，其中，多径反射使用倒谱变换来识别，并且用于设计有限脉冲响应滤波器(FIR)。然后对接收到的信号进行滤波，以抑制多径反射的影响。

如在第一实施例中，必须对第一相关函数执行倒谱变换410，并且分析倒谱变换的峰值(411)以搜索对应于反射传播路径的峰值。

然而，在该实施例中，每个反射传播路径的估计传播特性还包括相关联的信号的相位估计。为了获取该相位信息，必须对根据接收到的信号所计算的相关函数执行复倒谱变换。然后，考虑反射路径的复增益α的相位信息而确定相位信息。相关过程和倒谱变换可以在联合倒谱相关变换中进行，如图5b所示。

类似于第一实施例，可以通过以下操作来迭代地执行对反射传播路径的特性的估计：抑制相关函数的输出中每个估计的反射传播路径的贡献(602)，通过构建无先前计算的反射传播路径贡献的估计的相关函数，为此而使用反射传播路径的振幅和延迟。

然后利用有限脉冲响应滤波器(FIR)使用反射传播路径的估计特性来对接收到的信号进行滤波。为此，考虑LOS传播路径和估计的反射传播路径，构建传播信道的估计。然后，对估计的传播信道求逆(invert)，FIR的抽头是求逆后的传播信道的值。

通过用计算的滤波器对接收到的信号x(n)进行滤波(603)，排除了包含在接收到的信号中的多径反射。所得到的信号包括LOS信号的贡献，以及太小不能被检测(因为被淹没在白噪声中)的低振幅反射信号的贡献。

然后如在经典GNSS接收机中那样通过执行相关(604)函数来计算(311)该信号，该相关函数可以实施早减晚算法或任何其它现有技术来驱动跟踪回路。

考虑到本发明的实施成本，与经典GNSS接收机相比，使用对相关函数的输出的倒谱变换来估计反射传播路径需要在跟踪回路中实现更多的相关器，因为必须对连续点集合执行相关函数，该集合的大小至少为三。然而，这种处理能力在经典GNSS接收机、实施MEDLL算法的接收机(其执行类似的相关测量)中可获得。

由于GNSS信号的相关函数的峰值具有以LOS路径为中心的约2/f_c的大小，f_c是码片频率，所以可以忽略延迟多于一个码片的多径反射。因此，相关器集合涉及的时间段不必超过一个码片。例如在L1CA GPS信号的情况下，码片频率为1.023MHz。不必跟踪和表征延迟超过一个码片(对应于约1ms的延迟)的多径反射。

为了降低所需的计算能力，在一个实施例中，如本发明所述的多径抑制技术的使用可以限于需要高准确度的阶段，即在多径传播影响定位的质量时的跟踪阶段期间。实际上，在初始化阶段期间，即使在多径传播环境中也可以使用早减晚方法或任何其它适当的方法来确定粗略的同步位置估计，因为不一定需要高准确度。

在跟踪阶段期间，当传播环境不包括反射传播路径时，可能并非总是必须使用根据本发明的方法。但是当传播环境包括反射传播路径时，本发明中描述的多径抑制技术有利地提高了定位的准确度。

在初始化阶段中，一旦获得了粗略的同步位置，由于接收机和卫星之间相对运动的影响而引起的同步位置移位在PRN周期的级别上相对较小。因此，计算相关值集合以执行倒谱变换可以限于粗略同步位置周围的小区间。

图7表示在根据本发明的接收机中获取的跟踪位置的示例。它示出了相对于不实施任何多径反射抑制技术的GNSS接收机，通过使用根据本发明的GNSS接收机所达到的增益。

在该示例中，使用计算机仿真来进行，考虑实施本发明的第一实施例并接收GPSL1C/A信号的GNSS接收机。该信号包括两个传播路径：直接(LOS)路径和反射(NLOS)路径，不同路径的振幅相等(最坏的情况)，并且反射传播路径的延迟大约为0.2个码片。在这个示例中，考虑到早位置和晚位置之间的码片间隔为0.2个码片，应用了早减晚同步方法。

曲线701是相关的输出。类似于图1，可以观察到每个传播路径的贡献。在该结果上应用早减晚同步方法导致从预期的同步位置710延迟约0.1个码片的同步位置711。

对曲线701执行倒谱变换，并检测反射传播路径的振幅和延迟，使得可以仅相对于反射传播路径生成相关函数702的估计的输出。

曲线703表示从所获取的相关结果701中减去估计的相关结果702的结果。所得到的信号仅包括LOS信号路径贡献，并且导致与预期位置710非常靠近的同步位置712。

因此，即使在最差情况的多径场景下，本发明也能够针对由于多径传播环境引起的估计误差带来明确、一致的改进。剩余的估计误差是由于无法估计的反射路径相关函数的噪声分量所引起的。

此外，根据本发明的多径抑制技术进一步带来了防止欺骗的保护。

根据本发明的GNSS接收机独立于考虑的信号和星座而运行，因为它不是处理接收到的信号，而是处理相关函数的输出。由于在相关级别上执行这些处理，所以多径检测和抑制变得较为容易，来自其它卫星的信号通过解扩过程而被排除。基本上，本发明符合实际的GNSS接收机，并且不需要新的硬件开发，因为它在于向经典处理工作流程添加一组处理。它可以通过现有GNSS接收机上的软件更新来实施。

需要一些额外的处理来实施本发明，特别是针对连续点集合的接收到的信号的相关。在一个实施例中仅在接收过程的特定时段期间使用本发明，例如同步的粗略位置已知的跟踪阶段，使得该计算更有效率。

本发明可以实时执行，并且遵从传播环境的变化，当接收机发展于城市环境中时，该变化易于快速发生。独立地针对每个卫星特别计算和应用校正，这带来额外的灵活性。

本发明基于倒谱计算，其可以是例如基于快速傅里叶变换或哈特莱变换。这些操作是公知的并且在技术上是有效率的。倒谱计算可以与相关计算联合执行。主要的相关联的优势在于，该解决方案允许使用经典GNSS接收机设备中存在的现有且高效的硬件功能。因此，并非像在其它多径抑制技术中那样增加复杂度和资源消耗，例如在实施许多多相关器方法时。

本发明的各个实施例，特别是相关函数的输出的倒谱变换，可以在任何适当的架构上的GNSS接收机中实施。它适用于在RF链的输出处获取的GNSS定位信号，优选地但不限于基带频率或中频。各个跟踪回路和计算电路可以在诸如软件可重编程计算机器(例如，微处理器、微控制器或数字信号处理器(DSP))或专用计算机器(例如，现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC))之类的计算机器上实施。模拟和数字部件的任何中间组合都是可能的。

图8表示根据本发明的用于GNSS接收机中的多径抑制的方法的流程图。

该方法包括第一步骤801，该步骤为计算接收到的信号与定位信号的至少一个本地副本之间的至少一个第一相关函数。

一般模式在于对不同的定位信号计算至少四个相关函数来执行PVT计算。

该方法包括第二步骤802，该步骤为针对第一相关函数的至少一些输出执行倒谱变换。实际上，根据本发明的多径抑制技术可以应用于计算的相关函数中的每一个或这些相关函数的子集。

所计算的相关函数输出必须是在接收到的信号与所述信号的本地副本之间执行的相关乘积计算的结果，其针对至少三个位置的集合在接收机级别生成，该相关函数的大小对多径抑制技术的准确度有直接的影响。正确的同步位置必须包含在该点集合中。为此，当同步位置的位置的不确定性高时，该点集合必须足够宽，否则可以减小。

倒谱变换可以基于傅里叶变换、快速傅里叶变换(FFT)或哈特莱变换，并且其可以是实数的或复数的，取决于本发明的实施例。

该方法还包括第三步骤803，该步骤为基于倒谱变换的输出的峰值搜索反射传播路径，并且当检测到反射传播路径时，确定与这些路径相关联的传播特性。

传播特性至少包括每个反射传播路径的振幅和延迟。根据本发明的实施例，还可能需要反射传播路径的相位。

最后，该方法包括第四步骤804，该步骤为去除检测到的反射传播路径的贡献。

在图4所示的实施例中，通过基于检测到的反射传播路径的估计的振幅和相位生成有关NLOS信号的估计的第二相关函数结果来执行该步骤。然后从第一计算的相关函数结果中去除所述估计的相关函数结果。当然，可以通过针对每个检测到的反射传播路径生成一个估计的相关函数结果，并从所计算的相关函数结果中逐个地去除这些路径的贡献，来执行多传播路径贡献的去除。

在图6所示的实施例中，通过以下操作来执行该步骤：生成有限响应滤波器(FIR)，对使用反射传播路径的估计的振幅、相位和延迟生成的复合传播信道的系数求逆，以及通过所述滤波器对接收到的信号进行滤波。

如前所述，可以迭代地执行对反射传播路径的传播特性的估计。

尽管已经在GNSS系统用于接收定位信号的情况下详细说明了本发明的各个实施例，但是应当注意，本发明也可以应用于必须排除多径反射的所有CDMA接入技术中。当相关步骤的分辨率不足以将视线信号与副本分离以及当多径信号未带来更多信息时，本发明作为低成本解决方案是特别适当的。本发明在使用CDMA接入技术的通信系统中的应用可以基于本申请中提供的设备和过程的一般化。此外，本发明不限于卫星通信，并且可以集成在各种传输系统中，例如无人机、汽车行业应用、市场、航空航天和航空电子部门中、感测应用等。

虽然已经通过各个示例的描述说明了本发明的实施例，并且虽然已经相当详细地描述了这些实施例，但是申请人的意图并非将所附权利要求的范围限制或以任何方式限定到这些细节。本领域技术人员将容易想到另外的优点和修改。因此，本发明更宽泛的方面不限于所示出和描述的具体细节、代表性方法和说明性示例。

Claims (10)

1.一种用于接收一个或多个RF信号的接收机，所述RF信号包括与直接传播路径有关的分量、以及取决于传播环境而与反射传播路径有关的一个或多个附加分量，所述接收机包括计算电路，所述计算电路被配置为：

-计算所接收到的信号与所述接收机处生成的RF信号的至少一个副本之间的至少第一相关函数(310)，并且至少针对所述第一相关函数的输出进行：

○执行倒谱变换(410)，

○从所述倒谱变换的输出中搜索一个或多个反射传播路径(411)，并且当检测到反射传播路径时，确定相关联的传播特性(412)，并且

-从所接收到的信号或所述第一相关函数的输出中的一个中去除所检测到的反射传播路径的贡献。

2.根据权利要求1所述的接收机，其中，所述接收机是GNSS接收机，并且所述RF信号是定位信号。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的接收机，其中，为所述反射传播路径中的每个反射传播路径确定的所述传播特性包括振幅和延迟，所述计算电路还被配置为：通过计算所述第一相关函数(310)的输出和第二相关函数(413)的输出之间的差(414)、基于所检测到的反射传播路径中的每个检测到的反射传播路径的所述传播特性来生成所述第二相关函数的输出。

4.根据权利要求1和2中任一项所述的接收机，其中，为所述反射传播路径中的每个反射传播路径确定的所述传播特性包括振幅、相位和延迟，所述计算电路还被配置为：使用所检测到的反射传播路径的所述传播特性来计算有限脉冲响应滤波器(603)，并且使用所述滤波器从所接收到的信号中去除所述反射传播路径的贡献。

5.根据权利要求3和4中任一项所述的接收机，其中，通过迭代地进行(420、602)所述倒谱变换(410)、对反射传播路径的搜索(411)以及对相关联的传播特性估计的确定(412)来执行对所述反射传播路径的搜索；随后的迭代将已经从其中去除先前检测到的反射传播路径的贡献的所述第一相关函数的输出作为输入。

6.根据权利要求1所述的接收机，其中，所述倒谱变换(410)包括哈特莱变换和哈特莱逆变换。

7.根据权利要求1所述的接收机，其中，在频域中计算所述第一相关函数(310)(522)。

8.根据权利要求1所述的接收机，还被配置为至少在所述信号的跟踪阶段期间执行所述倒谱变换、反射传播路径检测、相关联的传播特性检测和贡献去除。

9.一种用于抑制接收机中的多个路径的方法，所述接收机被配置为接收一个或多个RF信号，所述RF信号包括与直接传播路径有关的分量、以及取决于传播环境而与反射传播路径有关的一个或多个附加分量，所述方法包括：

·步骤(801)：计算所接收到的信号与所述接收机处生成的RF信号的至少一个副本之间的至少第一相关函数，以及至少针对所述第一相关函数的输出进行：

○步骤(802)：执行倒谱，

○步骤(803)：从所述倒谱变换的输出中搜索一个或多个反射传播路径，并且当检测到反射传播路径时，确定相关联的传播特性，

·步骤(804)：从所接收到的信号或所述第一相关函数的输出中的一个中去除所检测到的反射传播路径的贡献。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述接收机是GNSS接收机，并且所述RF信号是定位信号。