CN108226962B - Gnss无线接收机中的多径抑制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于根据由多个GNSS发射机发射的定位信号来计算位置的GNSS接收机和相关联的方法，所述接收机包括具有不同极化的第一和第二信号采集元件(301)，接收机被配置为处理在所述第一信号采集元件上接收到的信号以计算第一伪距测量(203)，并且处理在所述第二信号采集元件上接收的信号以计算第二伪距测量(303)和相关联的质量指示符(304)，所述接收机包括计算电路(306)，其被配置为：‑取决于质量指示符来选择第二伪距测量中的至少一个，并将其与相对应的第一伪距测量进行比较，并且‑基于比较结果来选择至少三个第一伪距测量以计算位置(204)。

Description

GNSS无线接收机中的多径抑制

技术领域

本发明适用于多径传播环境中的全球导航卫星系统(GNSS)接收机领域。更具体地说，本发明描述了用于多径抑制的接收机体系结构和相关的信号处理技术。

背景技术

有两个GNSS已经全面部署了多年(美国全球定位系统和俄罗斯GLONASS)，另外两个正在部署中(中国北斗导航卫星系统和欧洲伽利略系统)。这些系统依靠相同的原理提供准确的定位测量：微波射频(RF)信号在同一载波频率上从沿轨道运行的多个卫星广播；该信号携带导航消息，该导航消息使用PRN(伪随机噪声)来传播，PRN序列特定于每个发射机。在接收机侧，接收到的信号在跟踪环中与本地生成的PRN码的副本相关，以确定信号的来源并获取跟踪位置。接收机的处理能力使用包含在导航消息中的信息以及消息的接收时间来计算伪距，该伪距是接收机与卫星之间的距离的测量。当从不同的卫星计算四个或更多的伪距测量时，接收机可以使用三角测量法或更高级的技术(例如RAIM技术(接收机自主完整性监测))来计算位置、速度和时间(PVT)。

在影响精度的各种现象中，GNSS系统中的定位是多径反射的问题。事实上，在GNSS定位系统中，定位信号经由通常在接收机的视线(LOS)中的卫星发射。因此，在接收机侧，信号包括直接传播路径。然而，取决于传播环境，其可以进一步包括被称为多径的路径，其通过环境的元素上的定位信号的反射而产生。这些路径是直接路径的延迟版本，通常会发生衰减和相移。

多径在接收机处计算的相关函数中创建伪影，并因此影响伪距测量。取决于传播环境和/或天线性能，这些多径可以具有接近并且有时高于直接路径的功率电平的功率电平。当接收机的跟踪环锁定在反射路径而不是直70561CN CVI/AMA

接路径上时，并且由于按照定义，反射路径覆盖比直接路径更高的距离，所以导致伪距测量误差，并因此导致由接收机确定的更低的位置精度。

跟踪反射路径而不是直接路径可能经常发生，特别是在需要高精度的城市环境中。因此，重要的是GNSS接收机实现技术来防止跟踪反射传播路径而不是直接传播路径。

已知当波被反射时，圆极化电磁波的极化被反转。因此，为了向接收机带来抵制多径的鲁棒性，通常使用右旋圆极化(RHCP)信号。被反射后，信号是左旋圆极化(LHCP)。在接收机中使用RHCP天线，LHCP信号(即反射奇数次的信号)的功率电平大大降低。接收机跟踪定位信号的反射路径的可能性降低，这给接收机带来了对多径反射的固有保护。

目前，使用RHCP信号来发送GNSS信号，并且大多数接收机嵌入了足以处理大量多径传播场景的RHCP天线。然而，这种技术的有效性很大程度上取决于接收天线图的质量，以及一些传播环境，特别是在密集的城市环境中，可能仍然是一个问题。

图1示出了现有技术中已知的GNSS接收机中的天线的辐射方向图。在图1中表示了在右旋和左旋圆极化中天线相对于离轴视角(OBA)的增益。相对于照亮天顶方向的天线表示离轴视角，0°的离轴视角因此对应于天线图的垂直向上方向。

线101表示共极化电磁波(在这种情况下为RHCP)的增益，即当接收信号是右旋圆极化时的增益。可以观察到，当信号来自接收机上方时(离轴视角为空)，增益是最大的。这非常适合卫星通信。当离轴视角增加时，增益减小，而当信号来自天线后部时，增益接近于零。

相反地，线102表示交叉极化信号的增益，即当接收到的电磁波是LHCP时的增益。当离轴视角为空时，这个增益是相当低的，而且不论离轴视角如何都不会达到较高的值。

在图1中，当卫星位于接收机上方(位置103)时，右旋和左旋圆极化信号之间的增益差约为40dB，这对反射传播路径带来了天然的保护作用。这个差相反地减小到离轴视角。当离轴视角约为±90°(意味着信号几乎是水平的，位置104)时，差约为10dB，这不足以显著衰减反射的传播路径。当离轴视角大约为±140°(位置105)时，这个差为空，并且甚至当信号来自一个更高的角度时，这个差是反转的。因此，当信号具有较高的离轴视角时(这种情况通常称为来自天线后部的信号)，存在问题。

实际上，直接传播路径不是以高离轴视角到达的，但是反射路径可以这样做，例如当信号在地面上反射时。在这种情况下，直达路径和反射路径的功率电平可以是相等的，天线的极化特性不起到其对反射传播路径进行滤波的作用。

众所周知，例如，从MAQ SOOD等人的“Ground of Plane on the Performance ofMultipath Mitigating Antennas for GNSS”，2010 Loughborough Antennas&Propagation Conference，用于修改天线，特别是其接地平面，用于进一步提高其关于RHCP电磁波的增益，并降低其对LHCP电磁波的增益。这样的修改减少了但不能完全解决多径问题，并且在天线复杂性、表面和成本方面具有成本，这可能成为移动设备中使用的问题。

用于检测定位信号中的多径反射的信号处理抑制算法在本领域中也是已知的。用于检测GNSS信号中的多径的方法包括基于接收机的跟踪环中计算的互相关函数的最大似然(ML)估计的方法或多径估计延迟锁定环(MEDLL)方法，它们旨在通过研究互相关函数的形状来估计信号的所有路径的延迟和功率。然而，这些算法需要大量的计算功率，因为需要许多相关器，并且对高斯噪声敏感。另外，使用这样的算法根据反射路径表征直接路径通常需要在一段时间内平滑连续的测量，这不适合于时变环境，例如对于城市环境中的非静态接收机。

阵列天线的使用对于多径抑制也是已知的，但是需要许多额外的天线和复杂的信号处理算法。

因此，需要一种GNSS接收机中的多径抑制技术，该技术是鲁棒的，并且可以以低复杂度实时执行。

美国专利申请US2009/0195449A1描述了一种用于确定接收机是否处于多径传播环境中的方法。在该专利申请中，将根据在RHCP天线上接收到的信号计算出的伪距与根据在LHCP天线上接收到的信号计算出的伪距进行比较。还在两个天线上接收的信号上进行载波噪声比测量(C/N0)。

所引用的专利申请基于以下前提：

-当信号仅通过直接路径传播时，与LHCP和RHCP信号相关联的跟踪环被锁定在同一位置：伪距测量基本上相等；

-当信号包括一个或多个反射时，专用于在RHCP天线上获取的信号的跟踪环被锁定在信号的直接路径上，而专用于在LHCP天线上获取的信号的跟踪环被锁定在信号反射路径上：伪距测量是不同的。

因此，当在RHCP和LHCP伪距测量之间执行的差超过阈值时，接收机可能处于多径传播环境中。本专利申请还建议使用基于载波噪声比测量的第二标准来检测多径。

然而，所引用的专利申请并不解决从RHCP天线上获取的信号检测到反射路径而不是直接路径的跟踪的问题。实际上，当专用于RHCP信号的跟踪环跟踪定位信号的反射路径时，从RHCP和LHCP天线获得的伪距测量之间的差几乎为空。然后接收机会认为信号是在直接路径上获取的，并且将高的置信度放置于错误的伪距测量。

实际上，只有当处理在RHCP天线上获取的信号的跟踪环被锁定在直接路径上时，才会检测到多径传播环境。对于RHCP信号上的跟踪位置是正确的还是错误的是没有指示的。

基于C/N测量的第二标准假定RHCP和LHCP信号之间的天线增益相对于离轴视角是恒定的，这是不正确的，如图1上所观察到的。取决于离轴视角，这个增益可以从-40dB到40dB。因此，不可能依赖这个标准，这会引起高度的误报。

结果，所引用的专利申请未解决区分GNSS接收机中的直接路径的跟踪和反射路径的跟踪的问题。

发明内容

本发明的目的是描述用于抑制GNSS接收机中的多径的方法和相关联的接收机。该方法给出关于跟踪环锁定在定位信号的反射路径上的信息。本发明基于使用两个不共极化的天线，每个天线与一个接收机链相关联，并且旨在通过使用伪距测量和相关联的质量指示符来确定根据在共极天线上接收的信号计算的伪距测量的可靠性，从而改进现有技术的多径检测技术。

为此，本发明公开了一种用于根据由多个GNSS发射机发射的定位信号来计算位置的GNSS接收机。接收机包括具有第一极化的第一信号采集元件，并且被配置为处理在所述第一信号采集元件上接收的信号以计算第一伪距测量。接收机还包括第二信号采集元件，该第二信号采集元件具有不同于第一极化的第二极化，并且接收机被配置为处理在所述第二信号采集元件上接收的信号以计算第二伪距测量和相关联的质量指示符。接收机还包括计算电路，其被配置为：

-取决于质量指示符来选择第二伪距测量中的至少一个，并将选择的至少一个第二伪距测量与从同一个GNSS发射机获取的第一伪距测量进行比较；以及

-基于比较结果从第一伪距测量中选择至少三个伪距测量以计算位置。

根据依照本发明的GNSS接收机的一个实施例，第一信号采集元件是右旋圆极化天线。

根据依照本发明的GNSS接收机的另一个实施例，第一和第二信号采集元件是双极化天线的独立的天线输出，其中一个天线输出经右旋圆极化，另一个天线输出经左旋圆极化。

根据一个实施例，通过按照其质量指示符的降序来选择定义数量(N)的第二伪距测量来完成对第二伪距测量的至少一个的选择。有利地，所考虑的第二伪距测量的数量是动态地适应的。

根据另一个实施例，通过选择相关联的质量指示符高于阈值的第二伪距测量来完成选择第二伪距测量中的至少一个。

根据又一个实施例，接收机还被配置为计算与第一伪距测量相关联的质量指示符，并且通过执行与第一伪距测量相关联的质量指示符和与第二伪距测量相关联的质量指示符之间的组合来完成选择第二伪距测量中的至少一个。

在根据本发明的GNSS接收机的一个实施例中，对至少三个第一伪距测量的选择可以通过选择所有的第一伪距测量并从选择中去除大于或基本上等于从同一GNSS发射机获取的选择的第二伪距测量的伪距测量来完成。

有利的是，接收机还被配置为当所述第一伪距测量未被选择用于位置计算时，检测负责计算第一伪距测量的跟踪环。

取决于实施例，质量指示符可以在载波噪声比、信噪比、信号与干扰加噪声比、信号功率电平、具有参考信号的似然性度量或者上述测量的任意组合中选择。有利的是，这些质量测量可以使用加权因子进一步调整，这取决于例如如在导航消息的星历表中给出的卫星的已知位置。

本发明还涉及一种用于在GNSS接收机中根据由多个GNSS发射机发射的定位信号来计算位置的方法，该GNSS接收机包括具有第一极化的第一信号采集元件和具有不同于第一极化的第二极化的第二信号采集元件。该方法包括：

-第一步骤，根据通过第一信号采集元件接收的信号计算第一伪距测量，

-第二步骤，根据通过第二信号采集元件接收的信号计算第二伪距测量和相关的质量指示符，

-第三步骤，取决于质量指示符来选择第二伪距测量中的至少一个，以及将所选择的至少一个伪距测量与从同一GNSS发射机获取的第一伪距测量进行比较，

-第四步骤，基于第二步骤的比较结果，从第一伪距测量中选择至少三个伪距测量；以及

-第五步骤，使用在第三步骤中选择的至少三个伪距测量来计算位置。

附图说明

通过以下对多个示例性实施例及其附图的描述，将会更好地理解本发明，并且其各种特征和优点将显现，在附图中：

-已经描述的图1示出了现有技术已知的GNSS接收机中的天线的辐射方向图；

-图2呈现了根据现有技术的GNSS接收机的概览；

-图3呈现了根据本发明的GNSS接收机的概览；

-图4a至图4e以示例方式示出了根据本发明的各种实施例的操作的典型情况；

-图5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。

本说明书中公开的示例仅是本发明的一些实施例的说明。它们不以任何方式限制由所附权利要求限定的本发明的范围。

具体实施方式

在下文中，将认为PVT运算需要四个伪距测量。然而，当不需要海拔信息(例如如果由接收设备的另一个传感器获得的或者是已知的)，则仅需要三个伪距测量，并且本发明必须相应地适配。

图2呈现了根据现有技术的GNSS接收机的概览。所述接收机通常包括一个单极化天线201，通常为RHCP天线和RF链202，RF链202用于滤波并且将信号从载波频率转换为基带或中频，并且执行模数转换。

数字信号由计算电路来处理，计算电路诸如软件可再编程计算机器(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))。模拟组件和数字组件的任何中间组合都是可能的。该计算电路执行伪距测量计算203。其包括执行接收信号与信号的本地副本之间的相关以隔离由各个卫星发送的定位信号，跟踪与不同定位信号相关联的至少四个跟踪环中的同步位置，并计算相关联的伪距。

最后，使用伪距，接收机计算PVT测量204。有利地，可以计算伪距测量的质量水平，以在计算PVT值时用作加权因子。这个质量水平可以基于对接收功率电平、信噪比(SNR)或任何其他合适的质量指示符的测量。

图3呈现了根据本发明的GNSS接收机的概览。

根据本发明的GNSS接收机包括两个采集元件301，用于独立地利用不同的极化来接收信号。理想情况下，第一天线是共极化RHCP天线，第二天线是交叉极化LHCP天线，因为GNSS信号是RHCP信号。这种配置在性能方面是最有利的，并且是在以下描述中考虑的配置。然而，就性能而言，并不排除最不利的天线配置，因为它们在部署方面可能更为有利，例如使用RHCP天线以及线性极化的天线，其非常适合于集成到手机中，即使通过线性极化天线接收到LHCP信号会遭受3dB信号损失。第二天线的相关特性在于，它表现出与第一天线不同的椭圆率圆轴比或轴比，例如具有与第一天线不同的共极化增益和交叉极化增益(优选地对于共极化是较差的，并且对于交叉极化是优越的)，或者指向不同方向的共极化天线。

采集元件可以是以相同的方向定向的独立的天线，也可以是单个双极化天线的两个独立的天线输出。这样的天线可以例如将双线性极化的辐射元件(例如贴片天线、介电谐振器天线或交叉偶极子天线)与90°耦合器相关联地获得。双极化天线的优点在于两个信号都以共同的相位中心接收，并且与使用两个正交极化天线相比，接收机中的双圆极化天线所占据的空间减小了。

根据本发明的接收机包括分别与每个天线输出相关联的两个RF链201和202。这些RF链与图2中的RF链类似，并起相同的作用。在替代实施例中，根据本发明的接收机可以包括交替处理从RHCP和LHCP天线获取的信号的单个RF链。两个天线之间的切换速率比不一定是50/50，可以强调从RHCP天线获得的信号，该信号要求从LHCP天线获得的信号更高的精度。

以与从现有技术已知的在接收机中所完成的相同的方式来处理RF链的输出以计算伪距测量(203,303)，这些伪距测量是接收机与卫星之间的估计距离的测量。在接收机的每个分支中，从跟踪环中计算出至少四个伪距，所述跟踪环将在本地生成的信号副本上接收到的信号进行相关，从相关函数的输出中选择跟踪位置，并且使用跟踪位置以及在导航消息中发送的信息来计算伪距测量。

由于大多数接收机包括专用于伪距测量计算的大量跟踪环(现今至少有24个)，所以本发明不一定需要复制所述跟踪环，而是影响用于从共极(RHCP)天线获取的信号的跟踪的已经现有的跟踪环中的至少一些。

实际上，在标准的GNSS接收机中，在新卫星进入视线的情况下，跟踪环的部分被锁定在信号上，而其他跟踪环处于采集阶段。对于从交叉极化天线获取的信号也执行采集阶段是不必要的，这限制了必须分配给从该天线获取的信号的跟踪环的数量。

除了伪距的计算之外，还针对接收机的交叉极化(LHCP)分支310上的伪距测量中的每个来计算质量指示符304。取决于本发明的实施例，可以计算与在接收机的共极(RHCP)分支上计算的伪距测量203相关联的质量指示符305。这些质量指示符基于例如载波噪声或信噪比(SNR)、信号与干扰加噪声比(SINR)、接收的功率电平、预期相关函数输出和经处理的相关函数输出之间的似然性测量、码减载波计算的输出或用于估计伪距测量上的噪声水平的任何其他合适的指示符来给出关于与伪距测量中的每一个相关联的可靠性的信息，并且根据它们的可靠性来对这些测量进行分类。

如果需要，这些伪距测量可以进一步用于馈送PVT运算算法204。

根据本发明的接收机进一步包括一些逻辑306，用于确定根据由共极化天线接收到的信号确定的伪距中的哪些可能来自直接传播路径，以及哪些具有是从反射路径的跟踪得到的高可能性。该选择是基于共极化和交叉极化伪距测量、以及与交叉极化伪距测量相关的质量指示符的。

如在现有技术的接收机中那样，考虑到在共极化天线上接收到的信号而计算出的伪距测量与考虑到在交叉极化天线上接收到的信号而计算出的伪距进行比较。然而，与现有技术的接收机相反，这种比较不用于确定传播环境是否包括一些多径反射，而是用来检测伪距是否从RHCP天线上获取的信号的多径反射来计算的。为了避免误报的风险，比较不是系统的，而是取决于至少交叉极化伪距测量的质量指示符，以及潜在的其他标准的，如可用的伪距测量的数量。

基于这些比较，伪距测量从在共极化天线(RHCP)上获取的伪距测量中选择，以计算PVT运算。因此，从PVT运算中排除可能来自定位信号的反射的伪距，从而增加其精度。稍后在说明书中描述用于执行该选择的各种实施例。

为了执行PVT运算，接收机需要至少四个伪距测量。可以使用附加的伪距测量来提高PVT运算的精度。因此，只要剩余的伪距测量的数量高于或等于四，伪距选择电路306就从接收机的共极化(RHCP)分支上计算的选择伪距测量中去除。

然后，正如现有技术的GNSS接收机那样，所选择的伪距正常地被处理用于PVT运算204。

与标准GNSS接收机相比，根据本发明的接收机需要额外的无线模块：至少一个交叉极化天线和相关联的RF链，以便处理在标准GNSS接收机中通常不考虑的交叉极化信号，或者用于使用与从RHCP和LHCP天线获取的信号交替的单个RF链的机制。但是，这种架构可以通过使用双圆极化天线来减少，并且已经可以在一些接收机中找到。根据本发明的接收机的选择逻辑不需要实现复杂的信号处理算法，例如需要大量相关器来检测和处理多径的大多数多径抑制技术。此外，本发明可以与这样的多径抑制技术或其他信号处理算法一起工作，如在本发明中，RHCP信号可以如同在任何GNSS接收机中处理一样。

接收机的伪距选择部分306基于考虑相关联的质量指示符而对从交叉极化天线获取的伪距的分类以及接收机的共极化部分和交叉极化部分之间的比较。因此，根据本发明的多径抑制技术的实现复杂度非常低，并且可以实时执行计算。

根据本发明的GNSS接收机可以被分解成各种元件。例如在多个天线的情况下，一个天线可以连接到作为主接收机的一部分的RF链201，并且一个天线可以连接到作为辅接收机的一部分的RF链202。伪距运算201和303可以分别是主接收机和辅接收机的一部分，或者它们可以均是主接收机的一部分。质量指示符305和304也可以分别是主接收机和辅接收机的一部分，或者可以均是主接收机的部分。在一些实施例中，GNSS接收机的一个硬件元件可以执行诸如304和305或者303和203或者202和201两者的功能。为了说明一个实施例，主接收机是具有交叉极化天线的智能电话。辅接收机是具有交叉极化天线的外部模块。辅接收机通过诸如蓝牙或Wi-Fi之类的连接方式连接到主接收机。辅接收机至少包含一个RF链。可以在RF链的末端对测量进行采样并发送到主接收机。在另一个实施例中，主接收机是具有线性极化天线的智能电话。辅接收机具有双极化天线和一个RF链或两个交叉极化天线和两个RF链。测量可以被发送到主接收机。在另一个实施例中，一个辅助模块具有RHCP天线和RF链，并且第二辅助模块具有LHCP天线和RF链。

图4a、图4b、图4c、图4d和图4e举例说明了根据本发明的各种实施例的典型操作情况。可以使用除了这些图中提到的值之外的其它值。

在图4a中，在包括建筑物B和树木T的环境中，有五个卫星(Sat1到Sat5)以及接收机R，其中每一个卫星发射GNSS信号。

从接收机来看，卫星1不在视线内。但是，它可以从两个不同的路径接收由这颗卫星发送的定位信号：

其中信号在建筑物的角落衍射。该路径不是直接路径，而是靠近直接路径(就传播时间而言)，并且是期望接收机通过其来使其跟踪环同步的信号。在建筑物边缘衍射的电磁波是线性极化的。因此，

是线极化的，这意味着当在圆极化天线上接收时，信号将遭受额外的3dB损失。

其中信号在树上反射。由于反射，信号是LHCP。

从接收机看，卫星2和5在视线内。由这些卫星发送的信号只在它们的直接路径上接收

并且是RHCP。

从接收机看，卫星3处于视线内。考虑在天线后部处的的直接路径

RHCP和反射路径

LHCP来接收信号。

从接收机看，卫星4处于视线内。从两个路径接收信号：直接路径

RHCP，其中信号通过树而衰减，以及在建筑物B上反射之后的反射路径

LHCP。

图4b呈现了针对每个天线与图4b中描述的每个路径相关联的天线增益和衰减。

天线增益分为五个等级：极低(VL)、低(L)、中(M)、高(H)和极高(VH)。天线增益仅取决于接收信号的极化和到达角，如图1所示。类似地，衰减分为三个等级：低(L)、中(M)和高(H)。

在这个示例中，已经考虑到由于在树木、衍射或者树木交叉处的反射而引起的衰减高于由于在建筑物或者地面上的反射造成的衰减。

关注共极化天线，并且考虑直接路径

和

的到达角，天线增益非常高。对于直线路径

和

它们分别是线极化和共极化的并且受到较低的到达角，天线增益略低但仍然高。类似地，是交叉极化的反射信号

以非常低的离轴视角到达天线，并且因此受益于高天线增益。在较小的程度上，可以在信号

和

上观察到相同的行为。

现在关注交叉极化天线，用中等离轴视角接收到的反射信号的增益很高。例如

和

就是这种情况。相反，从具有高离轴视角的直接路径接收的信号具有非常低的天线增益。

在图4c中，考虑到天线增益和信号衰减，针对每个天线，基于信号的相对功率电平来对各种信号进行分类。表格顶部的信号是以最高功率级别接收到的信号。

关注共极化天线上从卫星4接收到的信号，可以观察到反射路径具有的功率电平高于被树掩蔽的直接路径的功率电平。因此，跟踪环锁定在反射路径上的可能性很高。

在图4c上指示了接收机跟踪环被锁定在其上的信号。由接收机计算的伪距测量是基于这些信号的。

在图4d上呈现了接收机处可用的伪距，以及相关联的质量指示符。伪距测量是基于其质量指示符来进行分类的。取决于本发明的实施例，质量指示符不是考虑接收机的共极化分支来计算的。因此，只需要交叉极化伪距测量的分类。

在计算电路(图3中的306)中，在接收机的共极化(RHCP)分支上计算的伪距测量中的至少一些被选择用于PVT运算。该选择基于使用共极化天线确定的伪距与使用交叉极化天线确定的伪距之间的比较。用于检测反射路径上的跟踪的标准是，对于从同一卫星获取的信号，共极化伪距测量高于或基本等于交叉极化伪距测量。实际上，当从交叉极化天线获取的伪距测量低于从共极化天线获取的伪距测量时，毫无疑问共极化天线正在跟踪信号的反射路径，而该测量应从PVT运算中去除。当它们基本相等时(实质上是指这些测量之间的差在误差裕度内，例如在接收机的采样频率下误差裕度可以限制为一个采样或更少)，接收机的共极化分支正在跟踪信号的反射路径，或者接收机的交叉极化分支正在跟踪直接路径。因此，很有可能的是共极化伪距测量需要从PVT计算中去除。当交叉极化伪距测量高于共极化测量时，共极化分支正在跟踪信号的直接路径的可能性很高。然而，基于伪距进行比较的标准本身并不足以确定哪些伪距测量应该从PVT运算中去除，并且必须考虑与伪距测量相关联的质量指示符。例如，当只有一个直接路径存在时，对于

共极化和交叉极化伪距相等，但是从PVT运算中去除共极化伪距测量将是一个问题，因为它来自信号的直接传播路径，并且是特别准确的。

在使用交叉极化(LHCP)天线确定的伪距范围中，与高质量指示符相关的伪距可能是从反射信号确定的，而与低质量指示符相关的那些伪距可能是由信号的直接路径的跟踪得到的。在本发明的第一实施例中，考虑与在接收机的交叉极化分支中获取的伪距相关联的质量指示符304。这允许优先选择最可能来自定位信号的反射路径的伪距测量，以便与共极化伪距测量进行比较。

回到在交叉极化分支中接收的信号

与伪距测量相关联的质量指示符是低的，因为面向具有低离轴视角的共极化信号的交叉极化天线的增益非常低(图1中从-15dB到-30dB)。该伪距测量将与低质量指示符相关联。但是在接收机的共极化分支中，从相同信号计算的伪距测量将具有高质量。

相反，对于信号

与共极化伪距测量和交叉极化伪距测量相关联的质量指示符是中等的，因为信号被反射在墙上或被树衰减，并且在两种情况下都几乎水平地接收。

根据本发明的一个实施例，接收机被配置为将具有最高质量指示符的交叉极化天线的N个伪距与使用共极化天线获取的伪距进行比较。在该示例中，考虑到N＝2，被选择用于与第一伪距测量进行比较的伪距测量是从卫星4和1计算出的伪距测量。这些是与反射路径的跟踪相关联的可能性最高的伪距测量。

比较这些伪距与使用共极化(RHCP)天线测量的伪距，可以确定在共极化天线上从卫星1获得的伪距测量不是来自信号的反射路径，因为交叉极化伪距测量

高于共极化伪距测量

相反，来自第四颗卫星的在接收机的每个分支中计算的伪距测量

基本相等。因此，从卫星4获取的伪距测量

可能基于对反射路径的跟踪。

在这种特定的情况下，由于有五个共极化伪距测量可用，所以可以从PVT运算中去除一个。因此，来自卫星4的伪距

将不被考虑用来处理PVT运算。

通过仅考虑在交叉极化(LHCP)天线上获得的N个伪距测量，在该示例中通过信号的直接路径(例如，

计算的伪距测量被考虑的可能性低，这增加了选择处理的鲁棒性。选择较低的N值会导致较小的校正，但保证拒绝从直接路径检测到的伪距的较低的可能性，而选择较高的N值会导致拒绝从反射路径计算的伪距的较高容量，但是拒绝从直接路径计算的伪距的可能性较高。N的选择因此是影响接收机精度的实现选择。

有利的是，所考虑的伪距的数目N可以动态地调整，使得该数目适应传播环境的演变，例如视线中的卫星的数量、观察到的多径反射的数量、所需的精度、质量指示符或接收的信号功率电平。

可以按照它们的质量指示符的降序来选定从交叉极化伪距测量中选择用于的以与共极化伪距测量进行比较的N个伪距测量。因此，用于执行比较的伪距优先于最可能从反射路径计算的伪距，这进一步降低了引起误报的可能性。

根据本发明的另一实施例，在接收机的交叉极化(LHCP)分支上取回的伪距测量的质量指示符与阈值进行比较。然后，将高于阈值的伪距测量与接收机的共极化分支(RHCP)上的从同一卫星获得的伪距测量进行比较，以将反射路径导致的伪距从PVT运算中去除。当然，完成这样的处理以便使至少四个信号被发送到PVT运算。交叉极化分支的伪距仍然可以按质量指示符的降序进行选择。算法的灵敏度和性能取决于阈值。返回图4d，通过设置对应于中等质量指示符的阈值，将仅考虑从卫星1和4计算的伪距，这防止拒绝从卫星2、3或5计算的伪距测量。

最终，在另一个实施例中，用于选择与共极化伪距测量进行比较的交叉极化伪距测量的标准由共极化质量指示符和交叉极化质量指示符的组合构成。这种组合可以以比率或差运算的形式执行。当比率的模数较低时，或者当差接近或低于零时，意味着信号在接收机的每个分支中都以相同的质量接收。因此伪距测量是从对反射路径的跟踪而获得的是可能的。因此，应对相关联的共极化伪距测量和交叉极化伪距测量进行比较，以确定是否应考虑共极化测量用于PVT运算。

相反，当比率的模数或差高时，信号只包括一条路径的可能性是高的。相关联的共极化测量不应从位置运算中排除。

必须设置阈值，以便确定要与第一伪距进行比较的交叉极化伪距的选择以便确定它们是否是由于在信号的反射路径上的跟踪所产生的。

图4e示出了这个实施例，其中比较是共极化质量指示符测量和交叉极化质量指示符测量之间的差。质量指示符表示为低、中或高，但也可以用dB或其他相关单位表示。对于通过卫星2、3和5获取的伪距，与共极化伪距测量相关联的质量指示符较高，而通过交叉极化伪距测量确定的相对应的质量指示符低。所以，差很大。对于卫星1和卫星4，质量指示符测量在共极化天线和交叉极化天线中是中等的。因此，差很小(接近于0)。通过将阈值设置为中等(例如)，将仅考虑与卫星1和4相关联的伪距测量进行比较，以便确定它们是否将被用于PVT运算。该方法允许不会错误地拒绝通过视线信号计算的伪距测量。

所有先前的实施例可以通过如下来混合，例如选择具有最高的交叉极化质量指示符的N个伪距测量用于比较，只要它们高于第一阈值并且相对应的伪距测量的共极化质量指示符在第二阈值之下，或者选择具有在第一阈值之下的质量指示符差的N个伪距测量用于比较，只要交叉极化质量指示符高于第二阈值。

有利地，考虑通过接收机的共极化分支中接收的信号计算的质量指示符305。与超过阈值的质量指示符相关联的共极化伪距测量直接被选择用于位置计算，而不管相对应的交叉极化伪距测量的值如何。在这个示例中，这就是

和

的情况，它们是直接的非衰减路径，具有较低的离轴视角。

根据本发明的另一实施例，当在接收机的共极化(RHCP)分支上获取的伪距测量被识别为基于对反射路径的跟踪时，信息被进一步传播到跟踪环，使得它停止跟踪多径，并重新开始其采集阶段或修改其跟踪位置。

本发明进一步在于一种用于在GNSS接收机中检测和抑制由对定位信号的反射路径的跟踪所产生的伪距的方法，所述GNSS接收机包括用正交极化进行圆极化的两个天线或具有两个单独天线输出的一个双极化天线。

该方法包括第一步骤501，通过共极化天线上接收到的信号来计算第一伪距测量，通过交叉极化天线上接收到的信号上来计算第二伪距测量，以及计算与第二伪距测量中的每个相关联的质量指示符。

该方法还包括第二步骤502，取决于质量指示符来选择所述第二伪距测量中的至少一个，并将所述选择的伪距测量与从同一GNSS发射机获得的第一伪距进行比较。第二伪距测量的选择可以基于按照质量指示符的降序的预定数目的第二伪距测量，基于质量指示符与阈值之间的比较，基于与共极化和交叉极化相关联的质量指示符之间的无线或差测量，或基于这些标准的混合。

该方法还包括第三步骤503，基于比较结果从第一伪距测量中选择至少三个伪距测量以用于计算位置。所选择的伪距是第一伪距测量，从第一伪距测量中优先去除基本上匹配与所述方法的第二步骤期间选择的伪距的比较的伪距。有利的是，所去除的伪距测量是与在第二步骤期间选择的伪距测量的比较基本匹配的那些伪距测量，并且是其中具有最高质量指示符的那些伪距测量。

最终，该方法包括第四步骤504，根据所选择的伪距来计算位置。

根据本发明的设备和方法允许检测由对已经反射奇数次的路径的跟踪所导致的伪距测量并且从PVT运算中对其进行去除，具有较小的可能性产生误报。

本发明具有较低的实现复杂度，除了增加交叉极化天线和相关联的RF链(或者当使用单个RF链来获取在两个天线上接收到的信号时的天线开关)之外，并且可以实时处理。

本发明对于提高GNSS接收机的精度是有用的，特别是在城市环境中，在城市环境中定位信号的多径反射易于发生，并且要求高精度。本发明可以动态地适应传播环境的变化(视线中卫星的数量、确定位置上的变化等)。

本发明可以与其他多径抑制技术结合使用。

尽管已经通过对各种示例的描述来说明了本发明的实施例，并且尽管已经相当详细地描述了这些实施例，但是本发明人的意图不是约束或以任何方式将所附权利要求的范围限于这样的细节。对于本领域技术人员而言，其他的优点和修改将是显而易见的。因此，本发明在其更广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 (11)

1.一种用于根据由多个GNSS发射机利用第一极化发射的定位信号来计算位置的GNSS接收机，所述接收机包括根据所述第一极化进行极化的第一信号采集元件(301)，所述接收机被配置为处理在所述第一信号采集元件上接收的信号以计算第一伪距测量(203)，所述接收机还包括根据不同于所述第一极化的第二极化进行极化的第二信号采集元件(301)，所述接收机被配置为处理在所述第二信号采集元件上接收的信号以计算第二伪距测量(303)和相关联的质量指示符(304)，所述接收机包括计算电路(306)，所述计算电路被配置为：

-取决于所述质量指示符来选择所述第二伪距测量中的至少一个，并且将选择的至少一个第二伪距测量与从同一个GNSS发射机获取的所述第一伪距测量进行比较，并且

-基于比较结果从所述第一伪距测量中选择至少三个伪距测量以计算位置(204)。

2.根据权利要求1所述的接收机，其中，所述第一信号采集元件是右旋圆极化天线。

3.根据权利要求1所述的接收机，其中，所述第一信号采集元件和所述第二信号采集元件是双极化天线的独立的天线输出，其中，所述天线输出中的一个天线输出经右旋圆极化，另一个天线输出经左旋圆极化。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的接收机，其中，选择所述第二伪距测量中的至少一个是通过按照其质量指示符的降序来选择限定数量(N)的第二伪距测量来完成的。

5.根据权利要求4所述的接收机，其中，所考虑的所述第二伪距测量的数量是动态适应的。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的接收机，其中，选择所述第二伪距测量中的至少一个是通过选择其相关联的质量指示符高于阈值的第二伪距测量来完成的。

7.根据权利要求1至3中的一项所述的接收机，其中，所述接收机还被配置为计算与所述第一伪距测量相关联的质量指示符(305)，并且其中，选择所述第二伪距测量中的至少一个是通过执行与所述第一伪距测量相关联的质量指示符和与所述第二伪距测量相关联的质量指示符之间的组合来完成的。

8.根据权利要求1至3中的任一项所述的接收机，其中，选择至少三个第一伪距测量是通过选择所有所述第一伪距测量并且从所述选择中去除大于或在误差的裕度内等同于从同一GNSS发射机获取的选择的第二伪距测量的伪距测量来完成的。

9.根据权利要求1至3中的任一项所述的接收机，其中，所述接收机还被配置为当第一伪距测量未被选择用于位置计算时，检测负责计算该第一伪距测量的跟踪环。

10.根据权利要求1至3中的任一项所述的接收机，其中，所述质量指示符是在载波噪声比、信噪比、信号与干扰加噪声比、信号功率电平或具有参考信号的似然性度量中选择的。

11.一种用于在GNSS接收机中根据由多个GNSS发射机利用第一极化发射的定位信号来计算位置的方法，所述GNSS接收机包括根据所述第一极化进行极化的第一信号采集元件(201)和根据不同于所述第一极化的第二极化进行极化的第二信号采集元件(301)，所述方法包括：

-第一步骤(501)，根据通过所述第一信号采集元件接收的信号来计算第一伪距测量，

-第二步骤(502)，根据通过所述第二信号采集元件接收的信号来计算第二伪距测量和相关联的质量指示符，

-第三步骤(503)，取决于所述质量指示符来选择所述第二伪距测量中的至少一个，以及将选择的至少一个伪距测量与从同一GNSS发射机获取的第一伪距测量进行比较，

-第四步骤(504)，基于所述第三步骤的比较结果从所述第一伪距测量中选择至少三个伪距测量；以及

-第五步骤(505)，使用在所述第四步骤中选择的所述至少三个伪距测量来计算位置。

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