CN113985452A - 一种用于gnss跟踪站的多路径效应削弱装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置,包括:观测墩、安装支架、天线和隔离板;其中,观测墩固定于地面,观测墩的第一端包括安装支架及天线,天线位于安装支架远离地面的一侧,隔离板与安装支架固定连接,且隔离板位于天线靠近地面的一侧;隔离板包括远离地面一侧的第一表面,第一表面包括吸波材料,隔离板用于隔离至少部分多路径信号,吸波材料用于衰减直射到隔离板上的卫星信号,并吸收至少部分多路径信号和隔离板产生的反射信号。本发明能够阻隔至少部分地面和GNSS跟踪站周围物体的反射信号,并且吸波材料还可以衰减直射到隔离板上卫星信号,同时吸收至少部分隔离板产生的反射信号,从而削弱多路径效应。
Description
技术领域
本发明属于卫星导航技术领域,具体涉及一种用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置。
背景技术
GNSS(Global Navigation Satellite System,全球卫星导航系统)跟踪站是布设在地面、用于跟踪观测GNSS卫星的基础设施,通常由观测墩、观测室、GNSS接收机、GNSS天线等核心设施设备组成。
多路径效应是反映GNSS跟踪站观测数据质量的关键指标之一。目前,引起多路径效应的主要原因是跟踪站天线周边的近距离物体、以及地面的信号反射,不同跟踪站的多路径效应不具有相关性。在一般的观测环境下,多路径效应对GNSS码伪距观测量的影响可达米级,而在恶劣的观测环境下,则经常导致接收的GNSS卫星信号失锁。在跟踪站的数据处理过程中,一般不对多路径效应误差进行特殊改正,而将其视作随机噪声。但近年来,随着北斗、GPS、Galileo等全球卫星导航系统的快速发展,GNSS精密应用需求不断提高,如何削弱GNSS跟踪站的多路径效应成为急需解决的问题。
现有技术中,削弱GNSS多路径效应主要集中于GNSS接收机与天线的设计以及GNSS数据后处理算法两个方面。在接收机和天线设计方面,通过扼流圈天线、接收机窄相关技术改进天线设计来抑制周边物体反射信号对天线接收正常信号的干扰,改进信号跟踪环路来削弱多路径效应。而在数据后处理方面,主要是利用多路径效应与卫星高度角、信噪比、卫星轨道周期的强相关特点,建立相应的多路径效应削弱数学模型用于GNSS跟踪站数据处理。
然而,扼流圈天线是跟踪站设备的标准配置,虽然可在一定程度上削弱多路径效应,但面临着无法进一步提高其性能的困境。在数据后处理方面,多路径效应削弱算法比较复杂,目前尚未形成通用的算法或模型。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现:
本发明提供一种用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置,包括:观测墩、安装支架、天线和隔离板;其中,
所述观测墩固定于地面,沿垂直于地面的方向,所述观测墩包括远离地面的第一端,所述第一端包括安装支架及天线,所述天线位于所述安装支架远离地面的一侧,所述隔离板与所述安装支架固定连接,且所述隔离板位于所述天线靠近地面的一侧;
所述隔离板包括远离地面一侧的第一表面,所述第一表面包括吸波材料,所述隔离板用于隔离至少部分多路径信号,所述吸波材料用于衰减直射到所述隔离板上的卫星信号,并吸收至少部分多路径信号和所述隔离板产生的反射信号。
在本发明的一个实施例中,沿垂直于地面的方向,所述隔离板朝向靠近地面的一侧凹陷,其正投影为第一区域、且所述第一区域为圆形。
在本发明的一个实施例中,所述第一区域的直径为1~1.5m。
在本发明的一个实施例中,所述隔离板由金属材料制成。
在本发明的一个实施例中,所述隔离板的厚度为1~1.5mm。
在本发明的一个实施例中,所述吸波材料为橡胶。
在本发明的一个实施例中,所述吸波材料包括多个锥形结构,所述锥形结构朝向远离地面的一侧凸起。
在本发明的一个实施例中,所述多路径信号为:
Smulti=Sgro+Ssat+Soth
其中,Sgro表示地面和所述GNSS跟踪站预设范围内物体的反射信号,Ssat表示卫星星体的反射信号,Soth表示传播介质的散射信号。
在本发明的一个实施例中,地面和所述GNSS跟踪站预设范围内物体的反射信号Sgro包括第一类反射信号和第二类反射信号,所述第一类反射信号对应的卫星高度角大于5°,所述第二类反射信号对应的卫星高度角小于5°;
所述吸波材料用于吸收至少部分所述第一类反射信号,所述隔离板用于隔离所述第二类反射信号。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明提供一种用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置,包括:观测墩、安装支架、天线和隔离板,其中,观测墩固定于地面,观测墩的第一端包括安装支架及天线,天线位于安装支架远离地面的一侧,隔离板与安装支架固定连接,且隔离板位于所述天线靠近地面的一侧;隔离板包括远离地面一侧的第一表面,第一表面包括吸波材料,隔离板用于隔离至少部分多路径信号,吸波材料用于衰减直射到隔离板上的卫星信号,并吸收至少部分多路径信号和隔离板产生的反射信号,本发明在上述装置中引入隔离板以及隔离板第一表面的吸波材料,能够阻隔至少部分地面和GNSS跟踪站周围物体的反射信号,且吸波材料还可以衰减直射到隔离板上卫星信号,同时二次吸收至少部分隔离板产生的反射信号,从而有效削弱多路径效应。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置的一种结构示意图;
图2是本发明实施例提供的用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置的一种实例图;
图3是本发明实施例提供的北斗2号系统IGSO和MEO卫星的多路径效应比较结果示意图;
图4是本发明实施例提供的北斗2号GEO卫星C03的多路径效应时间序列。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
图1是本发明实施例提供的用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置的一种结构示意图。请参见图1,本发明实施例提供一种用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置,包括:观测墩10、安装支架20、天线30和隔离板40;其中,
观测墩10固定于地面,沿垂直于地面的方向,观测墩10包括远离地面的第一端,第一端包括安装支架20及天线30,天线30位于安装支架20远离地面的一侧,隔离板40与安装支架20固定连接,且隔离板40位于天线30靠近地面的一侧;
隔离板40包括远离地面一侧的第一表面,第一表面包括吸波材料,隔离板40用于隔离至少部分多路径信号,吸波材料用于衰减直射到隔离板40上的卫星信号,并吸收至少部分多路径信号和隔离板40产生的反射信号。
具体而言,本实施例提供的用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置包括观测墩10、安装支架20、天线30和隔离板40,如图1所示,观测墩10固定于地面,其包括远离地面的第一端,第一端设有天线30和安装支架20,隔离板40位于天线30靠近地面的一侧、并与安装支架20固定连接。通常,GNSS跟踪站站址需经过严格筛选,站址周边没有近距离的高大构筑物,多路径信号主要来自近距离地面的反射。针对多路径信号这一特点,本发明通过加装隔离板40来隔离地面反射信号,使至少部分多路径信号被隔离,从而改善多路径效应。
可选地,上述隔离板40通过螺丝的方式固定于安装支架20,便于使用过程中灵活拆卸、安装。当然,在本申请的一些其他实施例中,隔离板40也可以焊接的方式与安装支架20固定连接。
本实施例中,隔离板40由金属材料制成。但是,金属的反射系数通常比较高,因而加装的隔离板40也会产生反射信号,形成新的多路径效应信号,因而本实施例进一步在隔离板40的第一表面设置吸波材料。可以理解的是,吸波材料一方面能够使得直射到隔离板40上的卫星信号被吸收或衰减,另一方面也可以二次吸收由隔离板40产生的反射信号,因而更有利于改善多路径效应。
可选地,上述用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置中,沿垂直于地面的方向,隔离板40朝向靠近地面的一侧凹陷,其正投影为第一区域、且第一区域为圆形。
请继续参见图1,本申请中隔离板40为一抛物面,即隔离板40朝向靠近地面的一侧凹陷,且沿垂直于地面的方向,隔离板40的正投影为第一区域,而第一区域可为圆形,如此有利于吸收跟踪站周围各个方向的多路径信号。
进一步地,第一区域的直径为1~1.5m,如此不仅便于安装和使用,同时也可以避免隔离板40因面积过小而无法充分隔离多路径信号,可选地,第一区域的直径为1m、1.2m或1.5m。
本实施例中,多路径信号可表示为:
Smulti=Sgro+Ssat+Soth
式中,Sgro表示地面和GNSS跟踪站预设范围内物体的反射信号,Ssat表示卫星星体的反射信号,Soth表示传播介质的散射信号。
可选地,地面和GNSS跟踪站预设范围内物体的反射信号Sgro包括第一类反射信号和第二类反射信号,第一类反射信号对应的卫星高度角大于5°,第二类反射信号对应的卫星高度角小于5°;
吸波材料用于吸收至少部分所述第一类反射信号,隔离板40用于隔离所述第二类反射信号。
具体而言,地面和GNSS跟踪站预设范围内物体的反射信号Sgro进一步分为卫星高度角大于5°的第一类反射信号和卫星高度角小于5°的第二类反射信号,则总的多路径信号表达式可表示为:
Smulti=Sgro(ele<5°)+Sgro(ele>5°)+Ssat+Soth
在吸波隔离板40安装后,卫星高度角小于5°的地面反射多路径信号几乎被全部隔离,而此时隔离板40成为新的多路径信号源、产生新的反射信号,记为Sref,则上式可写为:
Smulti=Sgro(ele>5°)+Ssat+Soth+Sref
可选地,上述用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置中,隔离板40的厚度为1~1.5mm,以确保高度角小于5°的多路径信号被完全隔离。例如,隔离板40的厚度为1m、1.2m、1.4m或1.5m。此外,由于隔离板40为抛物面,其朝向靠近地面的一侧凹陷,因而也能够将高度角小于5°的多路径信号充分隔离,进一步保证了该装置对于多路径效应的削弱效果。
进一步地,在隔离板40的第一表面上铺设吸波材料后,高度角大于5°的反射信号和卫星直射信号在到达隔离板40前被吸波材料吸收,信号功率已经很弱,未被完全吸收的信号则会经隔离板40的反射后,再次被吸波材料吸收,记为Sabsorb,此时这部分反射信号对GNSS正常信号几乎没有影响,则上式可写为:
Smulti=Sgro(ele>5°)+Ssat+Soth+Sref+Sref-Sabsorb
其中,Sref-Sabsorb表示隔离板40产生的反射信号。
可以理解的是,隔离板40的反射信号经吸波材料的两次吸收或衰减后,变为很小的量,则此时多路径效应仅为高度角大于5°周边物体反射信号、卫星星体反射信号和传播介质散射信号之和,高度角小于5°的地面和周边物体反射信号占多路径信号的绝大部分已被有效削弱。
本实施例中,吸波材料选择性使用橡胶。
具体而言,由于橡胶材料在1~3GHz频段内的吸波性能优于15dB,能够与GNSS导航卫星传播信号电磁波频率特性匹配,因此可以使经吸波材料表面入射的电磁波最大限度地进入到材料内部,减少电磁波的直接反射,同时对入射到材料内部的电磁波有效吸收或衰减。
进一步地,吸波材料包括多个锥形结构,该锥形结构朝向远离地面的一侧凸起。由于GNSS跟踪站的工作环境多在室外,本实施例通过设置多个锥形结构,可以使雨水顺势流下,从而提高了多路径效应削弱装置的环境适应性,避免外界环境对削弱效果造成不利影响。
下面,通过实验对上述用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置做进一步说明。
图2是本发明实施例提供的用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置的一种实例图。在北斗全球连续监测评估系统昆明跟踪站设置上述多路径效应削弱装置,如图2所示,安装支架固定在观测墩的顶端,安装支架的长、宽和高均为50cm,隔离板为厚度1mm的钢材,隔离板的第一表面铺设具有尖锥结构的橡胶吸波材料。隔离板上边沿的最大高度角小于5°,以确保高度角为5°以上的观测数据的完整性及连续性。
分别利用未安装削弱装置的昆明跟踪站和安装上述削弱装置的昆明跟踪站先后观测7天,以计算北斗BDS、GPS、GLONASS系统各频点的多路径效应。
具体地,表1下为昆明跟踪站安装削弱装置前后的多路径效应统计结果,表中B1、B2和B3为北斗系统的3个频点,L1、L2和L5为GPS系统3个频点,G1和G2为GLONASS系统2个频点。
表1
通过上表可知,本发明实施例提供的用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置对各频点多路径效应的削弱效果在17%-27%。
图3是本发明实施例提供的北斗2号系统IGSO和MEO卫星的多路径效应比较结果示意图,图中黑点填充的表示安装上述多路径效应削弱装置前的多路径效应削弱统计结果,网格填充的表示安装上述多路径效应削弱装置后的统计结果,图4所示为北斗2号GEO卫星C03的多路径效应时间序列。由图3-4可见,该装置对北斗卫星多路径效应具有良好的削弱效果。
通过上述各实施例可知,本发明的有益效果在于:
本发明提供一种用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置,包括:观测墩、安装支架、天线和隔离板,其中,观测墩固定于地面,观测墩的第一端包括安装支架及天线,天线位于安装支架远离地面的一侧,隔离板与安装支架固定连接,且隔离板位于所述天线靠近地面的一侧;隔离板包括远离地面一侧的第一表面,第一表面包括吸波材料,隔离板用于吸收至少部分多路径信号,吸波材料用于吸收至少部分多路径信号以及隔离板产生的反射信号,本发明在上述装置中引入隔离板以及隔离板第一表面的吸波材料,能够阻隔至少部分地面和GNSS跟踪站周围物体的反射信号,且吸波材料还可以衰减直射到隔离板上卫星信号,同时二次吸收至少部分隔离板产生的反射信号,从而有效削弱多路径效应。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述,然而,在实施所要求保护的本申请过程中,本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书,可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中,“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤,“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施,但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置,其特征在于,包括:观测墩、安装支架、天线和隔离板;其中,
所述观测墩固定于地面,沿垂直于地面的方向,所述观测墩包括远离地面的第一端,所述第一端包括安装支架及天线,所述天线位于所述安装支架远离地面的一侧,所述隔离板与所述安装支架固定连接,且所述隔离板位于所述天线靠近地面的一侧;
所述隔离板包括远离地面一侧的第一表面,所述第一表面包括吸波材料,所述隔离板用于隔离至少部分多路径信号,所述吸波材料用于衰减直射到所述隔离板上的卫星信号,并吸收至少部分多路径信号和所述隔离板产生的反射信号。
2.根据权利要求1所述的用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置,其特征在于,沿垂直于地面的方向,所述隔离板朝向靠近地面的一侧凹陷,其正投影为第一区域、且所述第一区域为圆形。
3.根据权利要求2所述的用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置,其特征在于,所述第一区域的直径为1~1.5m。
4.根据权利要求3所述的用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置,其特征在于,所述隔离板由金属材料制成。
5.根据权利要求4所述的用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置,其特征在于,所述隔离板的厚度为1~1.5mm。
6.根据权利要求1所述的用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置,其特征在于,所述吸波材料为橡胶。
7.根据权利要求6所述的用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置,其特征在于,所述吸波材料包括多个锥形结构,所述锥形结构朝向远离地面的一侧凸起。
8.根据权利要求2所述的用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置,其特征在于,所述多路径信号为:
Smulti=Sgro+Ssat+Soth
其中,Sgro表示地面和所述GNSS跟踪站预设范围内物体的反射信号,Ssat表示卫星星体的反射信号,Soth表示传播介质的散射信号。
9.根据权利要求8所述的用于GNSS跟踪站的多路径效应削弱装置,其特征在于,地面和所述GNSS跟踪站预设范围内物体的反射信号Sgro包括第一类反射信号和第二类反射信号,所述第一类反射信号对应的卫星高度角大于5°,所述第二类反射信号对应的卫星高度角小于5°;
所述吸波材料用于吸收至少部分所述第一类反射信号,所述隔离板用于隔离所述第二类反射信号。
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- 2021-09-14 CN CN202111075145.4A patent/CN113985452A/zh active Pending
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