CN201107402Y - 一种全球定位系统gps接收机的抗多径电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全球定位系统GPS接收机的抗多径电路，其包括依次串连的信号分离器(1)、W1鉴相器(2)、角旋转器(3)、求和电路(4)、捕获/跟踪调整器(5)、载波和码振荡器(6)和码生成器(7)，所述载波和码振荡器(6)的另一输出端与角旋转器(3)的另一输入端相连，所述码生成器(7)的输出端与鉴相器(2)的另一输入端相连，所述求和电路(4)的信号输出端即为消除了多径效应的GPS信号。利用W1鉴相器波形特点和门宽的动态可调整特性，能够减小多径失真引起的伪距误差。

Description

一种全球定位系统GPS接收机的抗多径电路

技术领域

本实用新型涉及全球定位系统GPS接收机领域，特别涉及全球定位系统GPS接收机的抗多径电路。

背景技术

GPS是用来对用户所处的纬度、经度、高度以及时间等位置信息进行精确定位的系统。它最早是由美国研制开发，并且现在已经广泛的应用于军事、民用和商业领域，和同类定位系统相比，它具有精度高、灵敏度高、成本低等优势，并且由于GPS系统是全球无差别发送信号，它只需卫星发射信号，而不需接收机提供信息，避免了双向通讯，因此可以同时有无数个接收机进行信号接收。

典型的接收机接收一组复合信号，复合信号由卫星发射信号和噪声等干扰信号组成。首先将复合信号输入至一个下变频器，下变频器用于对输入的复合信号进行放大和滤波，并将复合信号与本地产生的载波参考信号混频，结果为一个复合中频信号。然后将这个复合中频信号与本地码进行相关运算，并且判断本地码是否与卫星信号完全同步，若同步，则可获得这颗卫星发送的全部数据。

多径信号的数量及其相对于有用信号的时延和射频相位偏移，均为卫星与用户天线间几何结构的函数，并与接收机天线周围的障碍物有关。因为多径信号通常比有用信号传输的距离更长，所以相对于有用信号它们总是具有时延，并且在折射过程中会损失一部分功率。如果多径信号的时延相对于有用信号超出了一个码片的时间，只要锁相环锁定了有用信号，它将与本地码互不相关，不会影响伪随机码的测距精度。

但是如果多径时延相对准确的信号时间上没有超出一个码片，在早-迟鉴相器中，通过本地码和接收信号而算出的相对补偿时间就会存在偏差。对于C/A码接收机，这是一个重要问题，因为C/A码的码片时长为1微秒，码片时间反映在距离上的误差可达300米，即使C/A码由多径干扰引起的误差只有很小的数值，其后果也会非常严重。因而多径干扰是GPS接收机设计中面临的最为棘手的问题。

典型的用于减弱多径效应的方法包括：(1)仔细的选择站点位置，改进用户天线增益模式的设计，减小天线对于低仰角信号的增益，以消除接收机周围障碍物折射的多径信号；(2)通过接收机处理较小的多径衰落。大接地天线和扼流圈天线在过去获得了一定的成功，但是在L波段上扼流圈天线的直径很大，在安装时也并不总是使用大接地天线。通过接收机处理减小多径影响可以使用两种不同的方式：(a)缩小早-迟鉴相器的间隔；(b)估计随多径失真而变化的相关函数的参数，这些值得注意的参数来源于对自相关峰形状的估计，其中包含了有用信号的时间和相位的偏移。尽管与间隔为一个码片的早-迟鉴相器相比，方法(a)的多径误差更小，但与有用信号相比，当多径时延达到一个码片长度时，多径误差仍为非零值。方法(b)的缺点是其硬件实现的复杂度和费用较高，而且当数据计算收敛于正确解之前时可能会出现大量的误差。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种全球定位系统GPS接收机的抗多径电路，能够减小多径失真引起的伪距误差。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案包括：依次串连的信号分离器(1)、W1鉴相器(2)、角旋转器(3)、求和电路(4)、捕获/跟踪调整器(5)、载波和码振荡器(6)和码生成器(7)，所述载波和码振荡器(6)的另一输出端与角旋转器(3)的另一输入端相连，所述码生成器(7)的输出端与W1鉴相器(2)的另一输入端相连，所述求和电路(4)的输出信号即为消除了多径效应的GPS信号。

所述W1鉴相器的门宽可动态调整。

在本实用新型中，两个相邻码交界处的W1鉴相器波形持续时间被称为门宽，用几分之几码片来度量。本实用新型利用W1鉴相器对两个相邻的本地码交界处进行采样，该波形由一系列非零的采样数值组成。在W1鉴相器中，该波形的采样值只用于在当前码元与前一码元之间存在跳转时与输入的接收码相乘。

W1鉴相器与早-迟相关器或窄间隔相关器最大的区别在于，早-迟相关器或窄间隔相关器的每一个鉴相器波形取值相同(当码元由负跳转为正的时候取+1，码元由正跳转为负的时候取-1，如果不跳转则取值为0)，而W1鉴相器中，任意两个相邻码元交界处的鉴相器波形的极性取决于码片跳转方向(例如，由正跳转为负的时候，波形取+W，由负跳转为正的时候，取-W)，W1鉴相器的码型不像早-迟相关器或窄间隔相关器那样在两个相邻码片交界处取值单一，可以在本地码的两个相邻码片的码相位检测波形上对接收信号进行加权，即用本地码的两个相邻码片的码相位检测波形乘以接收信号，通过对其进行I、Q采样求和便可得到码定时误差信号，该误差信号可动态调整W1鉴相器的门宽，在初始的捕获模式中，门宽相对较宽，大约等于半个码片的时间，而后接收信号一旦被锁定，门宽就缩小为一个码片时间的一小部分，门宽之外的多径信号将被滤除，接收机伪距的测量误差就会明显减小。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的内容作进一步详细说明。

图1是本实用新型电路方框图。

图2是W1鉴相器波形图，T代表本地码跳变，NT代表本地码不跳变。

具体实施方式

如图1所示，卫星发射的接收信号进入信号分离器(1)中实现信号分离，此过程包括信号的采样、量化、压缩；然后进入到W1鉴相器(2)中，此W1鉴相器将经过分离的信号进行鉴相，即通过给接收信号乘以对应的W1鉴相器波形，以达到鉴相的目的，再进入到角旋转器(3)中进行旋转，即通过乘以提前存储在存储器中的相应正余弦函数，以达到消除多普勒效应的目的，然后进入到一个求和电路(4)，信号在此处进行求和运算，求和电路(4)的输出信号便是消除了多径效应的GPS信号，该求和电路(4)反馈输出端将上述GPS信号反馈到捕获/跟踪调整器(5)中，产生载波与码相位的调整信号；从捕获/跟踪调整器(5)输出的调整信号进入到载波和码振荡器(6)中进行处理，即通过捕获/跟踪调整器(5)反馈的调整信号来调整载波和码振荡器的频率，调整后的载波和码振荡器(6)分两路控制码生成器(7)和旋转器(3)，经过调整的码生成器(7)的输出再次送入到W1鉴相器(2)中进行鉴相运算，依次循环往复。

如图2所示，W1鉴相器波形由一系列非零数字采样值组成，这些采样值是对两个相邻的本地码交界处进行采样得到的，它们不一定都是+1或者-1，而且一般情况有多个的取值。在W1鉴相器中，W1波形用于只在当前码元与前一码元之间存在跳转时与输入的接收信号采样相乘。不论是W1鉴相器，还是传统的早-迟相关器以及窄间隔相关器，都可以通过把跨越本地码的每一对相邻码元交界处的鉴相器波形与输入基带信号的正交采样相乘来实现鉴相。W1鉴相器与早-迟相关器或窄间隔相关器最大的区别在于，早-迟相关器或窄间隔相关器的每一个鉴相器波形取值相同(当码元由负跳转为正的时候取+1，码元由正跳转为负的时候取-1，如果不跳转则取值为0)，而W1鉴相器中，任意两个相邻伪随机码码元交界处的鉴相器波形取值不同(或不恒定)，其极性取决于码片跳转方向(例如，由正跳转为负的时候，波形取+W，由负跳转为正的时候，取-W)，并且能够动态的调整门宽的范围。W1鉴相器的门宽动态调整过程如下，在初始的捕获模式中，门宽相对较宽，大约等于半个码片的时间，而后经过W1鉴相器以及后续电路的处理，便能锁定伪码，伪码一旦被锁定，门宽就缩小为一个伪码码片时间的一小部分，由多径造成的接收机伪距的测量误差就会明显减小。

采用上述全球定位系统GPS接收机的抗多径电路，  造价相对较便宜，硬件复杂度低；当与有用信号相比，多径信号的时延只超出了很小的码片长度时(例如在C/A码接收机的情况下，时长0.05到0.01码片或是距离15到30米)，利用W1鉴相器波形特点和门宽的动态可调整特性，能够消除由之引起的误差，并且能运行于相干或非相干两种模式下，不需要特殊的天线设计或站点选择。

Claims (2)

1、一种全球定位系统GPS接收机的抗多径电路，其特征在于，包括依次串连的信号分离器(1)、W1鉴相器(2)、角旋转器(3)、求和电路(4)、捕获/跟踪调整器(5)、载波和码振荡器(6)和码生成器(7)，所述载波和码振荡器(6)的另一输出端与角旋转器(3)的另一输入端相连，所述码生成器(7)的输出端与W1鉴相器(2)的另一输入端相连，所述求和电路(4)的信号另一输出端即为消除了多径效应的GPS信号。

2、根据权利要求1所述的一种全球定位系统GPS接收机的抗多径电路，其特征在于，所述鉴W1鉴相器的门宽可动态调整的。

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