CN112166346A - 全球导航卫星系统(gnss)多径抑制 - Google Patents

全球导航卫星系统(gnss)多径抑制 Download PDF

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Abstract

一种用于在GNSS接收机中跟踪卫星信号并且从GNSS接收机从卫星接收的多个卫星信号中确定视线(LOS)信号的跟踪回路和关联的方法。一个或更多个第一相关器在从一个所接收的卫星信号推导的代码信号与多个对应副本代码信号之间进行相关，以确定包括即时代码相关和、一个或更多个早期代码相关和以及一个或更多个晚期代码相关和的多个代码相关和。一个或更多个第二相关器将所述多个代码相关和与各自具有不同多普勒频率偏移的多个副本载波信号相关，以针对所述多个代码相关和中的每一个确定在所述多个副本载波信号的频率下的相关大小集合。LOS标识模块基于与相关大小集合内的一个或更多个局部最大值对应的信号传播延迟来标识LOS信号。

Description

全球导航卫星系统(GNSS)多径抑制
技术领域
本发明涉及用于在跟踪全球导航卫星系统(GNSS)接收机所接收的卫星信号时抑制多径效应的方法和设备。具体地，本发明可涉及用在GNSS接收机中以从包括至少一个间接(或多径)信号的多个信号当中标识视线(LOS)信号的方法和设备。
背景技术
典型的GNSS接收机被配置为从多个GNSS卫星接收信号以确定GNSS接收机的导航解。导航解通常是8状态向量，包括：3维位置；3维速度；接收机定时偏移；和接收机定时漂移。
为了提供导航解，GNSS接收机必须跟踪在获取期间由接收机获取的由绕地球运行的GNSS卫星发送的卫星信号。在一些环境中，由于多径，GNSS接收机跟踪卫星信号具有挑战性，多径是指接收机可接收沿着不同路径传播的来自同一GNSS卫星的若干信号的现象。可能除了直接或视线(LOS)信号之外，在GNSS接收机处接收反射的卫星信号是GNSS定位中的最有害误差源之一。相关衍射和散射现象也可生成多径信号。GNSS接收机可接收直接卫星信号(LOS信号)以及在去往GNSS接收机的途中例如被GNSS接收机附近的建筑物或其它对象反射、衍射和/或散射的一个或更多个间接(或多径)信号。本文中使用术语“间接”来涵盖从卫星到GNSS接收机的不是LOS信号而是包括至少一个反射、散射和/或衍射效应的信号的路径。
多径信号由于在去往GNSS接收机的途中被对象反射而遵循比LOS信号更长的路径，并且比LOS信号更晚到达GNSS接收机。在多径信号的延迟显著的情况下，它们可由接收机相当容易地标识，但是当多径信号的延迟相对小时并非如此。通常，这种多径的最显著影响是对伪随机噪声(PRN)代码和载波跟踪精度，因为GNSS接收机内的代码和载波跟踪回路将代码延迟和多普勒频率测量传送至依赖于LOS测量的导航引擎，同时可独立于LOS或多径来优化获取和数据解调以使接收总信号功率最大化。
GNSS接收器中的代码跟踪利用延迟锁定环(DLL)来实现。DLL跟踪并估计所接收的GNSS卫星信号的到来代码与本地生成的卫星信号的代码副本之间的相位未对准。DLL通常包括至少两个代码相关器，其将从所接收的卫星信号推导的载波去除信号与由至少一个代码生成器生成的本地生成的副本代码相关。代码生成器由数控振荡器(NCO)控制，其跟踪到来卫星信号的代码相位。代码相关器的输出随时间被积分以平均或平滑噪声的影响，并且在算法中使用所得信号来控制NCO更新本地生成的副本代码的代码相位，使得所接收的卫星信号与本地生成的副本代码之间的代码延迟最小化。在示例性DLL中，可存在不止两个代码相关器，各个代码相关器生成早期、即时和晚期代码相关之一。在传统GNSS接收器中，针对各个信道存在单独的DLL并且DLL彼此独立地操作。
载波跟踪可使用频率锁定环(FLL)、相位锁定环(PLL)或二者的组合(例如，FLL辅助PLL)来实现。FLL遵循与DLL相似的信号处理过程，不同之处在于跟踪到来卫星信号的多普勒频率并且FLL估计当前频率误差。在一个实现方式中，混合器将所接收的卫星信号(可能在中频)与载波生成器所提供的对应本地生成的载波信号相乘。载波生成器由NCO控制。这里要注意的是，本地生成的载波信号可处于与接收器的中频(IF)对应的频率，而非卫星所发送的实际载波频率。即，本地生成的载波信号不需要处于卫星所发送的频率，可处于适合于生成IF或基带信号的较低频率。混合器的输出(可被称为载波去除信号)随时间被积分以平均或平滑噪声，并且在算法中使用所得信号来控制载波NCO更新本地生成的载波信号，使得其频率尽可能接近到来GNSS信号的载波频率(或IF)。在传统GNSS接收器架构中，针对接收器内的各个信道通常存在单独的载波跟踪回路。
在多径信号在LOS信号之后不久到达GNSS接收机的情况下，所接收的信号可被视为包括LOS信号和多径信号的复合信号。在这样的情况下，复合信号的代码以及载波相位和频谱特性可变得不太清楚，因此GNSS接收机更难确定。这可导致所接收的复合信号与GNSS接收机中生成的副本代码和/或载波信号之间的相关函数的失真，这继而可导致代码和载波跟踪回路中的错误。
期望的是，在多径环境中改进代码和载波跟踪回路的性能，特别是对于移动GNSS接收机。
发明内容
根据本发明，在一方面，提供了一种跟踪回路，该跟踪回路用于在全球导航卫星系统(GNSS)接收机中跟踪卫星信号并且从GNSS接收机从卫星接收的多个卫星信号中标识在该跟踪回路中使用的视线(LOS)信号，所述卫星信号包括LOS信号和一个或更多个间接信号，该设备包括：一个或更多个第一相关器，其被配置为在从至少一个所接收的卫星信号推导的代码信号与多个对应副本代码信号之间进行相关，以确定包括即时代码相关和、一个或更多个早期代码相关和以及一个或更多个晚期代码相关和的多个代码相关和，其中，各个副本代码信号指示不同的卫星信号传播延迟；一个或更多个第二相关器，其被配置为将所述多个代码相关和与各自具有不同多普勒频率偏移的多个副本载波信号相关，以针对所述多个代码相关和中的每一个确定在所述多个副本载波信号的频率下的相关大小集合；以及LOS标识模块，其被配置为基于与相关大小集合内的一个或更多个局部最大值对应的信号传播延迟来在与卫星有关的所述多个卫星信号当中标识LOS信号。
可选地，LOS标识模块被配置为将局部最大值标识为与特定副本代码信号有关并具有大于阈值的信噪比的相关大小集合的最大相关大小。
在一些布置方式中，LOS标识模块被配置为将LOS信号标识为与最低信号传播延迟有关的局部最大值所对应的卫星信号。
在某些跟踪回路中，相关大小集合一起限定频域-时域相关区域，跟踪回路还包括中央参数生成器(CPG)，其被配置为基于GNSS接收机先前确定的位置、速度和/或时间数据来确定先验LOS载波频率和先验LOS代码相位以及先验LOS载波频率和先验LOS代码相位的方差，并且其中，LOS标识模块被配置为基于先验LOS载波频率和先验LOS代码相位的方差来标识作为频域-时域相关区域的子区域的频域-时域搜索区域，并且在该搜索区域中基于相关大小集合来确定LOS信号。
可选地，如果第一局部最大值在搜索区域内并且第二局部最大值在搜索区域之外，则LOS标识模块被配置为如果第二局部最大值具有低于第一局部最大值的信号传播延迟并且具有比第一局部最大值大至少阈值的大小，则将LOS信号标识为与第二局部最大值对应的信号。要注意的是，在一些示例性布置方式中，阈值可为零，并且在其它布置方式中，其可具有非零值。
如果所述一个或更多个局部最大值在搜索区域内，则LOS标识模块可被配置为将LOS信号确定为与最低信号传播延迟有关的局部最大值所对应的卫星信号。
如果所述一个或更多个局部最大值在搜索区域之外，则LOS标识模块可被配置为将LOS信号确定为与最低信号传播延迟有关的局部最大值所对应的卫星信号。
在一些布置方式中，所述一个或更多个第一相关器形成GNSS接收机的基带处理单元的一部分。
所述多个代码相关和包括调制数据，并且跟踪回路还可包括被配置为从代码相关和去除调制数据的一个或更多个乘法器。跟踪回路还可包括积分单元，其被配置为对去除了调制数据的代码相关和进行积分以生成进一步的代码相关和。
可选地，所述一个或更多个第二相关器包括离散傅里叶变换(DFT)引擎，其被配置为通过进行各个代码相关和的DFT来确定相关大小集合。
在某些布置方式中，由DFT引擎进行的DFT的中央频率窗口是与GNSS接收机的先前跟踪时间点(epoch)对应的副本载波频率。
根据本发明，在一方面，提供一种包括多个信道的GNSS接收机，各个信道包括根据本文所公开的任何跟踪回路的跟踪回路。
根据本发明，在一方面，提供一种用于在全球导航卫星系统(GNSS)接收机中跟踪卫星信号并且从GNSS接收机从卫星接收的多个卫星信号中标识在跟踪回路中使用的视线(LOS)信号的方法，所述卫星信号包括LOS信号和一个或更多个间接信号，该方法包括：由一个或更多个第一相关器在从至少一个所接收的卫星信号推导的代码信号与多个对应副本代码信号之间进行第一相关，以确定包括即时代码相关和、一个或更多个早期代码相关和以及一个或更多个晚期代码相关和的多个代码相关和，其中，各个副本代码信号指示不同的卫星信号传播延迟；由一个或更多个第二相关器在所述多个代码相关和与各自具有不同多普勒频率偏移的多个副本载波信号之间执行第二相关，以针对所述多个代码相关和中的每一个确定在所述多个副本载波信号的频率下的相关大小集合；以及由LOS标识模块基于与相关大小集合内的一个或更多个局部最大值对应的信号传播延迟来在与卫星有关的所述多个卫星信号当中标识LOS信号。
该方法还可包括：LOS标识模块将局部最大值标识为与特定副本代码信号有关的相关大小集合中的最大相关大小。局部最大值可具有大于阈值的信噪比。要注意的是，在一些示例性布置方式中，阈值可为零，并且在其它布置方式中，其可具有非零值。
可选地，LOS标识模块被配置为将LOS信号标识为与最低信号传播延迟有关的局部最大值所对应的卫星信号。
相关大小集合一起限定频域-时域相关区域。某些方法还可包括：由中央参数生成器(CPG)基于GNSS接收机先前确定的位置、速度和/或时间数据来确定先验LOS载波频率和先验LOS代码相位以及先验LOS载波频率和先验LOS代码相位的方差；由LOS标识模块基于先验LOS载波频率和先验LOS代码相位的方差来确定作为频域-时域相关区域的子区域的频域-时域搜索区域；以及由LOS标识模块在搜索区域中基于相关大小集合来标识LOS信号。
可选地，该方法还包括：如果第一局部最大值在搜索区域内并且第二局部最大值在搜索区域之外，则如果第二局部最大值具有低于第一局部最大值的信号传播延迟并且具有比第一局部最大值大至少阈值的大小，则由LOS标识模块将LOS信号标识为与第二局部最大值对应的卫星信号。要注意的是，在一些示例性布置方式中，阈值可为零，并且在其它布置方式中，其可具有非零值。
所述多个代码相关和包括调制数据，该方法还可包括由一个或更多个乘法器从代码相关和去除调制数据。
第二相关可由离散傅里叶变换(DFT)引擎执行，并且该方法还可包括通过进行各个代码相关和的DFT来确定相关大小集合。
根据本发明的一方面，提供一种用于在全球导航卫星系统(GNSS)接收机中跟踪卫星信号并且从GNSS接收机从卫星接收的多个卫星信号中标识在跟踪回路中使用的视线(LOS)信号的方法，所述卫星信号包括LOS信号和一个或更多个间接信号，该方法包括：接收通过一个或更多个第一相关器在从至少一个所接收的卫星信号推导的代码信号与多个对应副本代码信号之间进行第一相关而确定的多个代码相关和，所述多个代码相关和由一个或更多个第二相关器接收并且包括即时代码相关和、一个或更多个早期代码相关和以及一个或更多个晚期代码相关和，其中，各个副本代码信号指示不同的卫星信号传播延迟；由所述一个或更多个第二相关器在所述多个代码相关和与各自具有不同多普勒频率偏移的多个副本载波信号之间执行第二相关，以针对所述多个代码相关和中的每一个确定在所述多个副本载波信号的频率下的相关大小集合；以及由LOS标识模块基于与相关大小集合内的一个或更多个局部最大值对应的信号传播延迟来在与卫星有关的所述多个卫星信号当中标识LOS信号。
根据本发明的一方面，提供了一种包括指令的计算机程序，所述指令在至少一个处理器上执行时使得所述至少一个处理器执行根据本文中任何公开的方法。
附图说明
本文中参照附图描述本发明的示例性实施方式，附图中：
图1示出用于跟踪卫星信号的设备的示意性框图；
图2是跟踪卫星信号的方法的流程图；
图3示出示例频域-时域相关区域的表示；
图4是基于频域-时域相关区域标识LOS信号的方法的流程图；
图5是基于频域-时域相关区域标识LOS信号的方法的流程图。
具体实施方式
通常，本文公开了用于抑制GNSS接收机的代码和/或载波跟踪回路中的多径效应的方法和设备。示例性方法和设备利用与在GNSS接收机处从卫星接收的多个卫星信号(即，LOS加多径)有关的多普勒频率的扩展(多普勒扩展)。结合与LOS信号相比多径信号从不同方向到达GNSS接收机的事实，至少部分地由GNSS接收机的移动导致多普勒扩展。
在一个示例性布置方式中，频域-时域相关被作为卫星信号跟踪的一部分，从而提供存在一个或更多个局部最大值(下面定义)的频率-时间相关区域。基于与相关区域(也可称为相关空间)内的局部最大值之一有关的信号传播延迟将LOS信号标识为与该局部最大值对应的卫星信号。可使用所标识的LOS信号的代码相位和多普勒来驱动载波和代码跟踪回路。
本发明的目的在于提供一种移动GNSS接收机的导航引擎，其具有源自视线(LOS)传播路径的卫星信号的代码相位和多普勒频率测量，由于长相干积分而很大程度上没有多径干扰。LOS卫星信号的多普勒频率和代码相位也分别驱动载波跟踪回路和代码跟踪回路，以方便GNSS接收机跟踪LOS卫星信号。
图1示出用于跟踪卫星信号的示例性设备。设备100包括GNSS接收机的信道。以下是图1中的设备的布置方式的一般描述。
GNSS接收机包括多个信道。然而，为了清晰起见，下面仅描述包括设备100的通用信道。一个或更多个另外的信道可被认为包括与本文所描述的信道相同的至少一些特征。
由设备100的信道接收数字化中频(IF)信号。数字化IF信号由跟随着数字预处理单元的GNSS接收机(二者均未示出于图1)的射频(RF)前端推导。通常，GNSS卫星RF信号由GNSS接收机天线接收并由低噪前置放大器放大。放大的信号然后通过与本地振荡器信号混合从RF下变频至IF。下变频可按多个步骤进行，每一步骤利用不同的本地振荡器。卫星信号因此从可与GNSS星座和/或卫星发送不同的RF载波频率降低至接收机的至少一个信道可处理的IF。载波多普勒和伪随机噪声(PRN)代码被保留在IF信号中。本文所公开的示例性方法和设备包括数字信号处理设备，IF信号因此在模数转换器(ADC)中被数字化以创建离散时间信号，然后被传递到接收机的信道。
设备100包括被配置为接收数字化IF信号的缓冲器102。缓冲器102还被配置为将缓冲的数字IF样本传送至基带处理单元103。在一些布置方式中，缓冲器可形成ADC的一部分。基带处理单元103包括混频器104、载波数控振荡器(NCO)106、代码生成器108、代码NCO110和多个代码相关器112a-112c。图1中仅示出三个代码相关器，但是示例性布置方式可包括更多，例如，可存在五个、七个或九个代码相关器。
载波NCO 106被配置为生成副本载波信号并将其传送至混频器104。载波NCO 106由载波跟踪回路驱动。混频器104被配置为将副本载波信号与缓冲的数字化IF信号相乘以生成包括从至少一个接收的卫星信号推导的代码信号的载波去除信号。
代码生成器108(伪随机噪声PRN代码生成器，但在本文中称为“代码生成器”)由代码NCO 110驱动，代码NCO 110继而由代码跟踪回路驱动。代码生成器108被配置为基于代码跟踪回路所估计的代码-相位延迟为当前跟踪的卫星信号生成多个副本代码。多个副本代码包括至少一个晚期副本代码、即时副本代码和至少一个早期副本代码。这些术语将由技术人员理解。
代码生成器108被配置为将副本代码传送至多个第一相关器112a-c，多个第一相关器112a-c还被配置为从混频器104接收载波去除信号。图1示出晚期代码相关器112a、即时代码相关器112b和早期代码相关器112c中的各一个。然而，如上面提及的，本文所公开的示例性方法可包括多个晚期代码相关器和/或多个早期代码相关器。在一个特定示例中，可存在四个早期代码相关器、一个即时代码相关器和四个晚期代码相关器。
多个第一相关器112a-112c被配置为将载波去除信号与多个副本代码相关以生成多个代码相关样本。设备100还包括多个积分和清除单元113a-113c，其被配置为接收相关样本并随时间对其进行积分以将噪声平均以输出代码相关和。这是本领域熟知的。多个代码相关和包括至少一个晚期代码相关和、即时代码相关和和至少一个早期代码相关和。另外，为了清晰，图1中未示出实施实际GNSS可能必要的另外的特征。同样，这些是本领域熟知的。
可选地，设备100可包括多个乘法器114a-114c和数据比特提供器116。乘法器114a-114c被配置为从多个积分和清除单元113a-113c接收代码相关和，并且还从数据比特提供器116接收调制数据。数据比特提供器116被配置为提供调制数据(例如，在卫星发送卫星信号之前卫星用来调制卫星信号的导航消息)的副本。在示例性布置方式中，数据比特提供器116可接收调制数据的副本并按照技术人员已知的若干方式将其传送至乘法器114a-114c。乘法器114a-114c被配置为将从积分和清除单元113a-113c输出的多个代码相关和与从数据比特提供器116接收的调制数据相乘，以在其进一步积分之前从多个代码相关和去除调制数据。进一步积分可在第二相关器118(接下来要讨论)中或在单独的积分和清除单元中进行并生成进一步代码相关和。
调制数据的去除以及代码相关和的后续积分被称为长相干积分，并且允许在长达数百毫秒的一段时间内对代码相关和进行积分。这与一些GNSS接收机中通常使用的小很多(最大20毫秒)的积分时间形成对比。本文所公开的方法和设备中的长相干积分的目的在于提供高分辨度，意味着频域中的频谱线的快速频谱衰减，这有助于在本文所描述的后续处理中区分LOS与多径卫星信号之间的较小多普勒差异。
在示例性布置方式中，通过在GNSS接收机中将卫星信号解码来提供调制数据(可能是导航消息的副本)。乘法器114a-114c使用导航消息的该副本来在进一步积分之前去除代码相关和中的比特翻转。这可例如通过将代码相关和乘以调制数据以抵消调制比特来完成。这防止跨越导航消息的多个比特的积分中的相消叠加并且允许更长的积分时间。这继而增加了进一步代码相关和与可由离散傅里叶变换(DFT)引擎或多个DFT单元提供的多个载波信号(各自具有不同的多普勒偏移)之间的第二相关的频率分辨率。
数据比特提供器116可使用信号周时间来确定哪一调制数据适用于多个代码相关和。如果没有调制数据适用，则可在第二相关器118(可以是如先前提及的DFT引擎或多个DFT单元)中配置20毫秒而非数百毫秒的相干积分长度。
第二相关器118被配置为接收去除了调制数据的多个进一步代码相关和。在图1的示例中，第二相关器118是DFT引擎，并且被配置为对多个进一步代码相关和中的每一个进行DFT以针对各个进一步代码相关和确定相关大小集合。DFT引擎被配置为在跨越GNSS接收机所接收的卫星信号的预期多普勒频移的频率范围内进行DFT。
DFT可被视为跨越频率范围的多个相关。即，给定信号的DFT表示该信号与多个复指数的相关，以在频率范围内的不同频率(频率窗口)生成多个相关大小。DFT的输出包括多个频率值和大小(表示相关大小)，其可被绘制以给出信号的频谱。
因此，来自DFT引擎118的各个DFT输出包括多对大小和频率。
为了完整性，要注意的是，在其它示例性布置方式中，可能不使用长相干积分，并且可对从积分和清除单元113a-113c输出的代码相关和进行第二相关。
设备100还包括LOS标识模块120，其基于相关大小来从多个卫星信号标识LOS信号。
所标识的LOS信号的代码相位和多普勒可分别用于驱动代码鉴别器和反馈控制单元122以及载波鉴别器和反馈控制单元124。代码鉴别器和反馈控制单元122和载波鉴别器和反馈控制单元124分别驱动代码NCO 110和载波NCO 106，并向导航引擎126(可以是Kalman滤波器)提供数据，以用于生成导航解。技术人员将认识到，其它实现方式可用于诸如最小二乘滤波器的导航引擎126。技术人员将理解，导航引擎126可从惯性测量单元(IMU)128和/或一个或更多个其它信道130接收进一步输入。
导航引擎126被配置为将导航解传送至中央参数生成器(CPG)132，CPG 132被配置为确定先验LOS信号载波频率和先验代码相位以用于LOS标识的下一迭代。因此，CPG 132被配置为将先验LOS信号载波频率和代码相位传送至LOS标识单元120。
图2示出用于跟踪由GNSS接收机接收的卫星信号并在来自卫星的多个间接(或多径)信号当中确定LOS卫星信号的方法的流程图。
由包括设备100的GNSS接收机接收200多个卫星信号。出于该描述的目的，多个卫星信号被视为从单个卫星到达并且包括LOS信号以及一个或更多个间接(或多径)信号，但是在GNSS接收机的实际实现中，可存在多个信道，各个信道接收并处理源自不同卫星的多个卫星信号。
如上面所讨论的，所接收的卫星信号被下变频202至IF，然后被A/D转换204以形成离散时间信号。
在缓冲之后，下变频的接收的卫星信号已被去除了载波信号。为此，载波NCO 106基于来自载波鉴别器和反馈控制单元124的先前输出来生成副本载波信号并将其传送至混频器104，混频器104还接收缓冲的下变频的接收的卫星信号。混频器104将副本载波信号乘以下变频的所接收的信号，从而得到载波去除信号。
载波去除信号被传送至多个代码相关器112a-112c，这多个代码相关器112a-112c还接收由代码生成器108生成的多个副本代码信号，代码生成器108由代码NCO 110基于来自代码鉴别器和反馈控制单元122的先前输出驱动。代码生成器108可具有总共L个抽头的抽头延迟线结构，其中L通常为奇数，并且即时抽头位于L个抽头的中间。在即时抽头的任一侧存在一个或更多个早期抽头和一个或更多个晚期抽头，其数量在此示例中可各自表示为(L-1)/2。代码生成器108可被配置为控制抽头之间的间距。在包括硬件基带处理单元103和硬件相关器的实现方式中，最小抽头间距受硬件设计约束。
代码相关器112a-112c将载波去除信号与代码生成器108所生成的各个副本PRN代码相关208。此过程可被称为解扩。图1被简化，因为在电信示意图中常见的是仅示出穿过设备的单条传输路径。然而，将理解，设备包括同相(I)和正交(Q)传输路径二者。因此，各个代码相关器112a-112c生成代码相关样本，其包括具有高于或等于PRN代码重复频率的典型采样频率的I样本流和Q样本流。
代码相关样本在积分和清除单元113a-113c中随时间积分，以生成代码相关和。
如上面讨论的，示例性方法和设备可进行长相干积分210以从代码相关和去除调制数据。在一个示例性布置方式中，乘法器114a-114c接收来自代码相关器112a-112c的代码相关样本以及来自数据比特提供器116的调制数据并将两者相乘以去除调制数据。另选地，乘法器11a-114c接收来自积分和清除单元113a-113c的代码相关和以及来自数据比特提供器116的调制数据并将两者相乘以去除调制数据。在这两种情况下，这去除了比特翻转并为用于代码相关样本或代码相关和的积分的更长积分时间提供了机会，这继而通过将噪声平均来改进噪声性能(即，信噪比(SNR))。
去除了调制数据的多个代码相关和被传送至第二相关器118，在第二相关器，多个代码相关和如上面公开那样在更长的时间段内被积分以生成进一步的代码相关和，但是这可在单独的单元中完成。在本文给出的示例中，第二相关器118包括DFT引擎，但是可使用其它类型的相关器。例如，可使用小波变换来生成值的频率和大小对。对进一步代码相关和进行212第二相关，这在频域中提供相关。如上面讨论的，DFT引擎针对各个进一步代码相关和生成多对频率和相关大小。即，DFT引擎输出多个相关大小，各个相关大小对应于进一步的代码相关和与特定多普勒频率之间的相关。由DFT引擎生成的DFT的频率范围被配置为涵盖LOS信号的预期多普勒。
在示例性布置方式中，代替DFT引擎，可使用一组单独的DFT单元。
通常，选择长相干积分时间Tc，并且在示例性布置方式中，根据正在被跟踪的卫星信号的动态性质，其可以是100ms的倍数。作为Tc的结果，DFT引擎内的频率窗口间距(相关大小的频谱的频率分辨率)可由下式确定
Figure BDA0002782236400000111
DFT引擎的最大频率跨度(即，+/-fmax)可由DFT引擎能力或硬件设计确定。实际上，fmax为150Hz的最大频率跨度(即，+/-fmax为300Hz)通常足以覆盖移动多径环境中的卫星信号动态性质的多普勒扩展，然后频率窗口的总数由下式给出
Figure BDA0002782236400000112
相关大小被传送至LOS标识单元120，LOS标识单元120在一个或更多个多径信号当中标识214LOS卫星信号。由具有Nbin个频率窗口的DFT引擎确定的相关大小可形成为L×Nbin矩阵，其中L是来自代码生成器108(上面讨论的)的抽头数，因此是进一步代码相关和的数量，Nbin是DFT引擎的频率窗口的数量。相关大小的各个“频谱”(在这种情况下是进一步代码相关和之一的DFT)形成矩阵的一行，并且对应于特定代码相位延迟(抽头)。因此，穿过所有抽头顺序地进行逐行填充矩阵。矩阵被视为相关区域。生成矩阵的过程被称为频域-时域相关。
在相关区域内，可标识局部最大值，其可以是相关函数的最大值。如果相关大小集合上升超过噪声基底，则上述矩阵的列可提供相关函数。在示例性布置方式中，局部最大值可被视为在矩阵的列中(例如，相关函数内)具有最高大小和/或具有比噪声级大至少阈值的大小的相关大小。在一些具体示例中，局部最大值可被定义为具有6dB的信噪比。
图3示出示例性相关区域(或空间)300，其中相关大小以图形方式表示为表面。图3的单位是x轴的Hz(-90Hz至90Hz)和y轴的芯片(-1/2芯片至1/2芯片)。图3中的示例性相关大小揭示了对于由GNSS卫星发送的相同卫星信号，与两个信号传播路径对应的两个相关函数302、304(即，LOS信号和多径信号)。两个相关函数302、304中的每一个在与特定多普勒频率有关的矩阵的单列中包括相关大小(在图3的示例中，9)。相关大小基于生成代码相关和的抽头而具有与其关联的不同信号传播延迟。相关函数302、304中的每一个包括可如上定义的局部最大值306、308。在图3的示例中，与局部最大值306关联的卫星信号比与局部最大值308关联的卫星信号晚到达GNSS接收机。
图4示出用于标识LOS卫星信号的示例性方法。LOS标识单元120检测相关区域中的局部最大值，并且基于此标识LOS卫星信号。各个标识的局部最大值与多普勒频率(即，频率窗口)和信号传播路径延迟(即，抽头)关联。在图3的示例中(对应方法示出于图4)，检测400局部最大值，针对所检测的各个局部最大值确定402信号传播路径延迟，并且与最小信号传播路径延迟关联的局部最大值被标识为与LOS卫星信号对应。这可独立于局部最大幅度来完成，并且意味着甚至在存在更强的多径卫星信号的情况下也可检测弱LOS卫星信号。在图3的示例中，包括大小较小的局部最大值的信号路径被标识为与LOS传播路径对应的卫星信号。在此示例中大小较大的局部最大值实际上属于受多径干扰影响的信号。
图5示出用于标识LOS卫星信号的另一示例性方法，其中来自导航引擎的数据可用于确定相关区域内的频域-时域搜索区域。换言之，来自导航引擎的信息可用于将搜索空间限制为比相关区域300小的区域。可使用来自CPG 132的输出来确定500搜索区域。例如，CPG132可确定先验LOS载波频率和先验LOS代码相位以及各自的方差的估计，并且这可用于确定搜索区域。
在一个示例中，先验载波频率可用于确定相关区域内的预期多普勒频率。类似地，先验代码相位可用于确定相关区域内的预期信号传播路径延迟。这两个参数标识相关区域内的相关大小。一旦确定了相关大小的位置，就可使用先验LOS载波频率和先验LOS代码相位的方差根据多普勒频率和信号传播路径延迟确定搜索区域的范围。
搜索区域(或搜索空间)是相关区域的子区域。在这样的示例性布置方式中，可基于搜索区域内的局部最大值来标识LOS信号。
例如，在图5中，检测502搜索区域内的局部最大值，并且与具有最小信号传播路径延迟的局部最大值对应的卫星信号被确定504为第一候选LOS信号。然后，LOS标识单元120可检测506搜索区域之外是否存在任何局部最大值，并且如果是，则与搜索区域之外具有最小信号传播路径延迟的局部最大值对应的卫星信号被标识为第二候选信号。
如果搜索区域之外不存在局部最大值，则第一候选LOS信号被标识508为LOS卫星信号。
如果存在第二候选LOS信号，则LOS标识单元120确定510第二候选LOS信号是否具有小于第一候选LOS信号的信号传播路径延迟，并且还确定512第二候选LOS信号是否具有大于第一候选LOS信号的大小。在一些实施方式中，LOS标识单元120确定512第二候选LOS信号是否具有比第一候选LOS信号大至少阈值的大小。技术人员将认识到，零值阈值也是可能的。如果那些问题中的一者或二者的答案是“否”，则第一候选LOS信号被标识508为LOS卫星信号。如果两个问题的答案均为“是”，则第二候选LOS信号被标识514为LOS卫星信号。
返回图2，与所确定的LOS卫星信号关联的代码相位被传送至代码鉴别器和反馈控制单元122，并且多普勒被传送至载波鉴别器和反馈控制单元124。该数据因此用于驱动216代码鉴别器和反馈控制单元122和载波鉴别器和反馈控制单元124。继而，代码鉴别器和反馈控制单元122和载波鉴别器和反馈控制单元124分别驱动代码NCO 110和载波NCO 106以用于本文所描述的过程的下一迭代。这里可使用诸如PID控制器的无模型方案或者诸如Kalman滤波器的基于模型的方案。关于代码相位鉴别器和反馈控制单元122中的代码相位鉴别器，可使用任何类型的多抽头鉴别器来进一步抑制落入同一频率窗口中的多径信号。对静态多径的这些抑制方法是本领域熟知的。
计算机程序可被配置为提供任何上述方法。计算机程序可在计算机可读介质上提供。计算机程序可以是计算机程序产品。该产品可包括非暂时性计算机可用存储介质。计算机程序产品可具有在介质中具体实现的计算机可读程序代码，其被配置为执行所述方法。计算机程序产品可被配置为使得至少一个处理器执行一些或所有所述方法。
本文中参照计算机实现的方法、设备(系统和/或装置)和/或计算机程序产品的框图或流程图来描述各种方法和设备。将理解，框图和/或流程图的方框以及框图和/或流程图中的方框的组合可由一个或更多个计算机电路所执行的计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机电路、专用计算机电路和/或其它可编程数据处理电路的处理器电路以生成机器，使得经由计算机和/或其它可编程数据数据设备的处理器执行的指令变换和控制晶体管、存储在存储器位置中的值以及这种电路内的其它硬件组件实现框图和/或流程图方框中指定的功能/动作，从而创建用于实现框图和/或流程图方框中指定的功能/动作的装置(功能)和/或结构。
计算机程序指令也可被存储在计算机可读介质中，其可指示计算机或其它可编程数据处理设备以特定方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令生成包括实现框图和/或流程图方框中指定的功能/动作的指令的制品。
有形、非暂时性计算机可读介质可包括电子、磁、光学、电磁或半导体数据存储系统、设备或装置。计算机可读介质的更具体的示例将包括以下：便携式计算机磁碟、随机存取存储器(RAM)电路、只读存储器(ROM)电路、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)电路、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)和便携式数字视频盘只读存储器(DVD/蓝光)。
计算机程序指令也可被加载到计算机和/或其它可编程数据处理设备上以使得在计算机和/或其它可编程设备上执行一系列操作步骤以生成计算机实现的处理，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现框图和/或流程图方框中指定的功能/动作的步骤。
因此，本发明可在硬件中和/或在处理器上运行的软件(包括固件、常驻软件、微代码等)中具体实现，其可被统称为“电路”、“模块”或其变体。
还应该注意的是，在一些另选实现方式中，方框中注释的功能/动作可不按流程图中注释的顺序发生。例如，根据所涉及的功能/动作，连续示出的两个方框可事实上基本上同时执行，或者方框有时可按照相反的顺序执行。此外，流程图和/或框图的给定方框的功能可被分离为多个方框和/或流程图和/或框图的两个或更多个方框的功能可至少部分集成。最后，在所示的方框之间可添加/插入其它方框。
在不脱离所附权利要求的范围的情况下，本领域技术人员将能够想到其它实施方式。

Claims (18)

1.一种跟踪回路，该跟踪回路用于在全球导航卫星系统GNSS接收机中跟踪卫星信号并且从由所述GNSS接收机从卫星接收的多个卫星信号中标识在所述跟踪回路中使用的视线LOS信号，所述卫星信号包括LOS信号和一个或更多个间接信号，该设备包括：
一个或更多个第一相关器，所述一个或更多个第一相关器被配置为在从至少一个所接收的卫星信号推导的代码信号与多个对应副本代码信号之间进行相关，以确定包括即时代码相关和、一个或更多个早期代码相关和以及一个或更多个晚期代码相关和的多个代码相关和，其中，各个副本代码信号指示不同的卫星信号传播延迟；
一个或更多个第二相关器，所述一个或更多个第二相关器被配置为将所述多个代码相关和与各自具有不同多普勒频率偏移的多个副本载波信号相关，以针对所述多个代码相关和中的每一个确定在所述多个副本载波信号的频率下的相关大小集合；以及
LOS标识模块，所述LOS标识模块被配置为基于与所述相关大小集合内的一个或更多个局部最大值对应的信号传播延迟来在与所述卫星有关的所述多个卫星信号当中标识所述LOS信号。
2.根据权利要求1所述的跟踪回路，其中，所述LOS标识模块被配置为将局部最大值标识为与特定副本代码信号有关并具有大于阈值的信噪比的所述相关大小集合中的最大相关大小。
3.根据权利要求1或2所述的跟踪回路，其中，所述LOS标识模块被配置为将所述LOS信号标识为与最低信号传播延迟有关的局部最大值所对应的所述卫星信号。
4.根据任何前述权利要求所述的跟踪回路，其中，所述相关大小集合一起限定频域-时域相关区域，
所述跟踪回路还包括中央参数生成器CPG，该CPG被配置为基于所述GNSS接收机先前确定的位置、速度和/或时间数据来确定先验LOS载波频率和先验LOS代码相位以及所述先验LOS载波频率和所述先验LOS代码相位的方差，
并且其中，所述LOS标识模块被配置为基于所述先验LOS载波频率和所述先验LOS代码相位的所述方差来确定作为所述频域-时域相关区域的子区域的频域-时域搜索区域，并且在所述搜索区域中基于所述相关大小集合来标识所述LOS信号。
5.根据权利要求4所述的跟踪回路，其中，如果第一局部最大值在所述搜索区域内并且第二局部最大值在所述搜索区域之外，则所述LOS标识模块被配置为如果所述第二局部最大值具有低于所述第一局部最大值的信号传播延迟并且具有比所述第一局部最大值大至少阈值的大小，则将所述LOS信号标识为与所述第二局部最大值对应的所述卫星信号。
6.根据任何前述权利要求所述的跟踪回路，其中，所述多个代码相关和包括调制数据，所述跟踪回路还包括被配置为从所述代码相关和去除所述调制数据的一个或更多个乘法器。
7.根据任何前述权利要求所述的跟踪回路，其中，所述一个或更多个第二相关器包括离散傅里叶变换DFT引擎，该DFT引擎被配置为通过进行所述代码相关和中的每一个的DFT来确定所述相关大小集合。
8.一种包括多个信道的GNSS接收机，其中，各个信道包括根据任何前述权利要求所述的跟踪回路。
9.一种用于在全球导航卫星系统GNSS接收机中跟踪卫星信号并且从由所述GNSS接收机从卫星接收的多个卫星信号中标识在所述跟踪回路中使用的视线LOS信号的方法，所述卫星信号包括LOS信号和一个或更多个间接信号，该方法包括以下步骤：
由一个或更多个第一相关器在从至少一个所接收的卫星信号推导的代码信号与多个对应副本代码信号之间进行第一相关，以确定包括即时代码相关和、一个或更多个早期代码相关和以及一个或更多个晚期代码相关和的多个代码相关和，其中，各个副本代码信号指示不同的卫星信号传播延迟；
由一个或更多个第二相关器在所述多个代码相关和与各自具有不同多普勒频率偏移的多个副本载波信号之间执行第二相关，以针对所述多个代码相关和中的每一个确定在所述多个副本载波信号的频率下的相关大小集合；以及
由LOS标识模块基于与所述相关大小集合内的一个或更多个局部最大值对应的信号传播延迟来在与所述卫星有关的所述多个卫星信号当中标识所述LOS信号。
10.根据权利要求9所述的方法，该方法还包括所述LOS标识模块将局部最大值标识为与特定副本代码信号有关并具有大于阈值的信噪比的所述相关大小集合中的最大相关大小。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述LOS标识模块被配置为将所述LOS信号标识为与最低信号传播延迟有关的局部最大值所对应的所述卫星信号。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的方法，其中，所述相关大小集合一起限定频域-时域相关区域，所述方法还包括以下步骤：
由中央参数生成器CPG基于所述GNSS接收机先前确定的位置、速度和/或时间数据来确定先验LOS载波频率和先验LOS代码相位以及所述先验LOS载波频率和所述先验LOS代码相位的方差；
由所述LOS标识模块基于所述先验LOS载波频率和所述先验LOS代码相位的所述方差来确定作为所述频域-时域相关区域的子区域的频域-时域搜索区域；以及
由所述LOS标识模块在所述搜索区域中基于所述相关大小集合来标识所述LOS信号。
13.根据权利要求12所述的方法，该方法还包括：如果第一局部最大值在所述搜索区域内并且第二局部最大值在所述搜索区域之外，
如果所述第二局部最大值具有低于所述第一局部最大值的信号传播延迟并且具有比所述第一局部最大值大至少阈值的大小，则由所述LOS标识模块将所述LOS信号标识为与所述第二局部最大值对应的所述卫星信号。
14.根据权利要求9至13中的任一项所述的方法，其中，所述多个代码相关和包括调制数据，所述方法还包括由一个或更多个乘法器从所述代码相关和去除所述调制数据。
15.根据权利要求9至14中的任一项所述的方法，其中，所述第二相关由离散傅里叶变换DFT引擎执行，所述方法还包括通过进行所述代码相关和中的每一个的DFT来确定所述相关大小集合。
16.一种包括指令的计算机程序，所述指令在至少一个处理器上执行时使得所述至少一个处理器执行根据权利要求9至15中的任一项所述的方法。
17.一种用于在全球导航卫星系统GNSS接收机中跟踪卫星信号并且从由所述GNSS接收机从卫星接收的多个卫星信号中标识在跟踪回路中使用的视线LOS信号的方法，所述卫星信号包括LOS信号和一个或更多个间接信号，该方法包括以下步骤：
接收通过一个或更多个第一相关器在从至少一个所接收的卫星信号推导的代码信号与多个对应副本代码信号之间进行第一相关而确定的多个代码相关和，所述多个代码相关和由一个或更多个第二相关器接收并且包括即时代码相关和、一个或更多个早期代码相关和以及一个或更多个晚期代码相关和，其中，各个副本代码信号指示不同的卫星信号传播延迟；
由所述一个或更多个第二相关器在所述多个代码相关和与各自具有不同多普勒频率偏移的多个副本载波信号之间执行第二相关，以针对所述多个代码相关和中的每一个确定在所述多个副本载波信号的频率下的相关大小集合；以及
由LOS标识模块基于与所述相关大小集合内的一个或更多个局部最大值对应的信号传播延迟来在与所述卫星有关的所述多个卫星信号当中标识所述LOS信号。
18.一种包括指令的计算机程序，所述指令在至少一个处理器上执行时使得所述至少一个处理器执行根据权利要求17所述的方法。
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