RU2237256C2 - Способ подавления ошибок многолучевости в приемниках спутниковой навигации - Google Patents

Способ подавления ошибок многолучевости в приемниках спутниковой навигации Download PDF

Info

Publication number
RU2237256C2
RU2237256C2 RU2001104812/09A RU2001104812A RU2237256C2 RU 2237256 C2 RU2237256 C2 RU 2237256C2 RU 2001104812/09 A RU2001104812/09 A RU 2001104812/09A RU 2001104812 A RU2001104812 A RU 2001104812A RU 2237256 C2 RU2237256 C2 RU 2237256C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
amplitude
covariance
smoothing
signals
multipath
Prior art date
Application number
RU2001104812/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2001104812A (ru
Inventor
Ю.С. Дубинко (RU)
Ю.С. Дубинко
Т.Ю. Дубинко (RU)
Т.Ю. Дубинко
Сергей Владимирович Карпань (UA)
Сергей Владимирович Карпань
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Конструкторское бюро навигационных систем"
Государственное предприятие "Оризон-Навигация"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Конструкторское бюро навигационных систем", Государственное предприятие "Оризон-Навигация" filed Critical Закрытое акционерное общество "Конструкторское бюро навигационных систем"
Priority to RU2001104812/09A priority Critical patent/RU2237256C2/ru
Publication of RU2001104812A publication Critical patent/RU2001104812A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2237256C2 publication Critical patent/RU2237256C2/ru

Links

Landscapes

  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

Способ подавления ошибок многолучевости в приемнике спутниковой навигации относится к области радиотехники, и в частности радионавигации с использованием сигналов навигационных спутниковых систем GPS и GLONASS. Достигаемым техническим результатом является подавление ошибок многолучевости в приемниках спутниковой навигации одновременно принимающих и параллельно обрабатывающих сигналы спутниковых навигационных систем GPS и GLONASS. Способ подавления ошибок многолучевости в приемниках спутниковой навигации, заключающийся в том, что выполняют операции поиска сигналов навигационных спутников по несущей частоте и задержке кода, сопровождения найденных сигналов следящими контурами по несущей и задержке, измерения радионавигационных параметров, а также амплитуды принимаемого сигнала, битовой синхронизации и выделения передаваемой спутником служебной информации, дополнительно проводят последовательно операции сглаживания амплитуды, сглаживания дальности, формирования вариаций амплитуды, формирования вариаций дальности, формирования ковариации как произведения вариаций амплитуды и дальности, первичного сглаживания ковариации, обнаружения (детектирования) факта воздействия многолучевости (сравнение с порогом), принятия решения (по превышению порога), вторичного сглаживания ковариации, вычисления оценки ошибки дальности путем деления упомянутой ковариации на текущее значение вариации амплитуды и введения поправок в кодовые и фазовые дальности, вычисления разности фаз прямого и отраженного сигналов, вычисления оценки ошибки текущей фазы, вызванной многолучевостью и введения поправок в измерения текущей фазы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области радиотехники, и в частности, радионавигации с использованием сигналов навигационных спутниковых систем GPS и GLONASS.
Предлагаемый способ может быть использован для подавления ошибок многолучевости в приемниках спутниковой навигации одновременно принимающих и параллельно обрабатывающих сигналы спутниковых навигационных систем GPS и GLONASS.
Антенна приемника спутниковой навигации воспринимает как прямой сигнал спутника, так и отраженный от окружающих ее предметов и объектов; другими словами, реальные спутниковые приемники работают в условиях многолучевого распространения сигналов. Задержка отраженного сигнала относительно прямого искажает передний край взаимокорреляционной функции (ВКФ) принимаемого и ожидаемого сигнала и приводит к ошибкам измерения дальности (истинного положения пика ВКФ на временной оси). Знак этой ошибки меняется в зависимости от разности фаз прямого и отраженного сигналов (отраженный в фазе с прямыми или в противофазе), а величина обычно составляет единицы метров (для современных приемников с узкостробовым коррелятором и расширенной полосой частот радиотракта). Иногда эта ошибка может достигать 10-15 метров. Ошибки многолучевости становятся независимыми в двух антеннах при разнесении их даже на доли длины волны. Это обстоятельство ограничивает точность дифференциального режима на уровне вышеуказанных величин даже в том случае, если в опорной станции ошибок многолучевости нет или они устранены каким-либо усложнением аппаратуры этой станции или алгоритма обработки измерений. У потребителя, находящегося в более сложных с точки зрения возможности отражения сигналов условиях и пользующегося обычным приемником, эти ошибки всегда присутствуют. Такое ограничение побудило разработчиков приемной аппаратуры искать простые и эффективные способы для подавления ошибок многолучевости в самом приемнике. Таких способов в настоящее время известно достаточно много (каждая фирма-разработчик широко рекламирует свои), но далеко не все они обеспечивают субметровый уровень точности, а если обеспечивают, то ценой существенного усложнения и удорожания приемников.
Известны аналоги предлагаемого способа, основанные на анализе вариаций амплитуды принимаемого многолучевого сигнала для подавления ошибок дальномера [1], [2].
Известен способ подавления ошибок многолучевости, основанный на анализе через т.н. "strength parameter X" - добавку мощности отраженного сигнала к мощности прямого [1].
Однако этот способ очень сложен аппаратно и ресурсоемок в программной реализации. Во-первых, он требует наличия банка корреляторов с различными задержками опорных сигналов (MEDLL - Multypath Estimading Delay Lock Loop - контур слежения для оценивания задержки многолучевого сигнала). Во-вторых, выходы этих корреляторов суммируют с весами, которые требуют громоздких сложных вычислений (с применением двукратного суммирования) и компенсируют смещения пика ВКФ, вызванные многолучевостью. Компенсация достигается обратным смещением точки пересечения нуля дискриминационной характеристикой следящего дальномера.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого способа является способ подавления ошибок многолучевости, в котором исходным является отношение сигнал/шум (SNR), выраженное в единицах AMU (Trimble Amplitude Units), из которого формируется и обрабатывается амплитудное отношение сигнал/шум (SNRA) [2].
SNRA, в соответствии с [2], проходит полный спектральный анализ в два этапа - инициализация и уточнение за счет двухкратного применения ANF (Adaptive North Filter) и ALS (Adaptive Least Sguare), т.е. адаптивных фильтра Норса (ANF) и способа наименьших квадратов (ALS). Полученные таким образом оценки амплитуд, частот и начальных фаз отраженных сигналов используются для вычисления фазовых ошибок по коду и несущей.
В данном способе не используется сильная взаимная корреляция (коэффициент этой корреляции близок к единице) между SNRA и ошибками измерений, а используется известная функциональная зависимость между параметрами отраженного сигнала и ошибками дальности, и фазы несущей. Оценки указанных ошибок радионавигационных параметров вычисляют с использованием оценок параметров отраженного сигнала, полученных из анализа амплитуд (SNRA). Тем не менее этот способ наиболее близок к предлагаемому, основанному на вышеуказанной сильной взаимной корреляции. Как и в предлагаемом способе, здесь, помимо стандартных операций, выполняемых любым навигационным приемником, а именно:
- поиск сигналов навигационных спутников по несущей частоте и задержке кода;
- сопровождение сигналов найденных спутников следящими контурами несущей и задержки;
- измерение (оценка) радионавигационных параметров;
- битовая синхронизация и выделение передаваемой спутниками служебной информации;
- производится также измерение, сглаживание и анализ амплитуды принимаемого сигнала.
Недостатки прототипа:
- задержки в фильтрах SNRA, которые не позволяют формировать поправки к измерениям в реальном времени (в темпе обновления координат), что существенно ограничивает область применения этого способа;
- недостаточная достоверность получаемых результатов, поскольку для вычисления поправок к измерениям радионавигационных параметров, используется информация только одного косвенного источника - вариации амплитуды (могут вырабатываться ложные поправки к измерениям из-за воздействия на амплитуду других видов помех);
- сложность и ресурсоемкость вычислительных операций, ограничивающие его применение в аппаратуре массового потребителя.
В основу изобретения положена задача устранения недостатков прототипа, которая решается тем, что в предлагаемом способе подавления ошибок многолучевости, включающем операции поиска сигналов навигационных спутников по несущей частоте и задержке кода, сопровождения найденных сигналов следящими контурами по несущей и задержке, измерения радионавигационных параметров, а также амплитуды принимаемых сигналов, битовой синхронизации и выделения передаваемой спутником служебной информации формируются вариации (отклонения от сглаженного тренда) измерений дальности и амплитуды, вычисляют второй смешанный момент связи дальности и амплитуды (их ковариацию).
Технический результат в предлагаемом изобретении достигается тем, что в способе подавления ошибок многолучевости в приемниках спутниковой навигации дополнительно проводят операции сглаживания амплитуды, сглаживания дальности, формирования вариаций амплитуды, формирования вариаций дальности, формирования ковариации как произведения вариаций амплитуды и дальности, первичного сглаживания ковариации, обнаружения (детектирования) факта воздействия многолучевости (сравнение с порогом), принятия решения (по превышению порога), вторичного сглаживания ковариации, вычисления оценки ошибки дальности путем деления упомянутой ковариации на текущее значение вариации амплитуды и введения поправок в кодовые и фазовые дальности, вычисления разности фаз прямого и отраженного сигналов, вычисления оценки ошибки текущей фазы, вызванной многолучевостью и введения поправок в измерения текущей фазы.
Совокупность перечисленных признаков позволяет повысить достоверность получаемых результатов, упростить вычислительные операции, ограничивающие применение в аппаратуре массового потребителя.
В способе дополнительно формируют вариации (отклонения от сглаженного тренда) измерений дальности и амплитуды, вычисляют второй смешанный момент связи дальности и амплитуды (их ковариацию).
Ковариацию дополнительно сглаживают на интервале 30-60 с (периода многолучевой интерференции). Текущую оценку многолучевой ошибки в дальности вычисляют делением текущей оценки ковариации на текущее отклонение амплитуды от ее среднего значения.
Ковариацию сглаживают с помощью рекуррентной линейной процедуры 1 порядка (фильтр с бесконечной импульсной характеристикой и параметром затухания α, который в дальнейшем будем называть α-БИХ фильтром):
Figure 00000002
где
Figure 00000003
i - обновленная оценка сглаживаемой величины;
Figure 00000004
i-1 - предыдущая оценка;
Xi - вновь поступивший в обработку элемент выборки сглаживаемого параметра;
α - коэффициент сглаживания.
Если Х - это ковариация, т.е. произведение вариаций (отклонений от текущих средних амплитуды δАi и дальность δDi), то параметр α желательно выбирать в диапазоне 0,015-0,03.
Такую же процедуру выполняют для вычисления среднего значения амплитуды. Вариации дальностей вычисляют как отклонения текущих измерений от сглаженного тренда. Тренд дальности получают сглаживанием кодовых дальностей высокоточными фазовыми измерениями (доплеровскими интегралами) по формуле
Figure 00000005
где Di-1 - та же
Figure 00000006
i, измеренное и сглаженное значение кодовой дальности соответственно;
ДUi - доплеровский интеграл (набег фазы, несущей на интервале от tk-1 до tk).
Полученные вариации амплитуды и дальности дополнительно сглаживают по рекуррентной формуле (1) с коэффициентом α в диапазоне 0,1-0,3.
Для повышения надежности и достоверности подавления ошибок многолучевости вводят предварительную операцию их обнаружения.
Детектором многолучевости является результат сравнения упомянутой ковариации, сглаженной с α=0,1 с заранее установленным порогом С. Величину порога определяют через допустимый остаточный уровень ошибок многолучевости в соответствии с теорией проверки статистических гипотез по критерию максимального правоподобия и уточняют экспериментально. Соотношение между текущей фазой ψi вектора отраженного сигнала
Figure 00000007
где ti - текущий момент времени;
tm - момент ближайшего предшествующего максимума амплитуды;
ψi - разность фаз прямого и отраженного сигналов;
Т - период колебаний амплитуды, вызванных многолучевой интерференцией, и текущей ошибкой фазометра Δφi, представлено векторной диаграммой.
На чертеже показана векторная диаграмма, где a - вектор прямого сигнала; в - вектор отраженного сигнала.
Из известных формул связи элементов косоугольного треугольника ОСВ получаем:
Figure 00000008
где через γ обозначено отношение амплитуд отраженного и прямого сигналов.
Амплитуда прямого сигнала - это ее сглаженное среднее значение. Амплитуда отраженного сигнала - полуразность ее максимального и минимального отклонения от среднего.
Источники информации
1. Gadallah El - Sayed A., Meiz Pachter and Steward L. De vilbiss. "Design of GPS Receiver Code and Carrier Tracking Loops for Multipath Mitigation" Proc of ION-98, pp 1041-1053.
2. Christopher Y. Comp and Penina Axelrad. An adaptive SNR - based carrier phase multipath mitigation tecnigue. Proc of ION GPS-96, pp 683-696.

Claims (2)

1. Способ подавления ошибок многолучевости в приемнике спутниковой навигации, включающий операции поиска сигналов навигационных спутников, сопровождение найденных сигналов следящими контурами, измерение радионавигационных параметров-дальностей, а также амплитуды принимаемого сигнала, отличающийся тем, что последовательно проводят операции сглаживания амплитуды, вариаций дальности, формирования ковариации как произведения вариаций амплитуды и дальности, первичного сглаживания ковариации, обнаружения факта воздействия многолучевости путем сравнения упомянутой ковариации с порогом, принятия решения по превышению порога, вторичного сглаживания ковариации, вычисления оценки ошибки дальности путем деления упомянутой ковариации на текущее значение вариации амплитуды и введения поправок в измеренные дальности, вычисления разности фаз прямого и отраженных сигналов - текущего фазового угла ψi по формуле (1),
Figure 00000009
где ti - текущий момент времени;
tm - момент ближайшего к текущему предшествующего максимума амплитуды;
Т - период колебаний амплитуды, вызванных многолучевой интерференцией как интервал между двумя соседними ее максимумами, вмещающий ti вычисления оценки ошибки текущей фазы, вызванной многолучевостью по формуле (2):
Figure 00000010
где γ - отношение амплитуд отраженного и прямого сигналов;
Δφi - текущая ошибка фазы;
ψi - разность фаз прямого и отраженного сигналов.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сглаживание отсчетов амплитуды и ковариаций выполняется по формуле (3)
Figure 00000011
где
Figure 00000012
- обновленная оценка сглаживаемой величины;
Figure 00000013
- предыдущая оценка;
Хi - вновь поступивший в обработку элемент выборки сглаживаемого параметра;
α - коэффициент сглаживания.
RU2001104812/09A 2001-02-21 2001-02-21 Способ подавления ошибок многолучевости в приемниках спутниковой навигации RU2237256C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001104812/09A RU2237256C2 (ru) 2001-02-21 2001-02-21 Способ подавления ошибок многолучевости в приемниках спутниковой навигации

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001104812/09A RU2237256C2 (ru) 2001-02-21 2001-02-21 Способ подавления ошибок многолучевости в приемниках спутниковой навигации

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001104812A RU2001104812A (ru) 2003-05-20
RU2237256C2 true RU2237256C2 (ru) 2004-09-27

Family

ID=33432601

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001104812/09A RU2237256C2 (ru) 2001-02-21 2001-02-21 Способ подавления ошибок многолучевости в приемниках спутниковой навигации

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2237256C2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723108C1 (ru) * 2019-11-19 2020-06-08 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Способ передачи сигналов с модуляцией фазовым сдвигом по каналу связи с многолучевым распространением
CN112083450A (zh) * 2020-09-07 2020-12-15 中山大学 一种利用天线圆周运动的多径误差抑制方法、系统及装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHRISTOPHER Y. Comp and Fenina Axelard. An adaptive SNR - based carrier phase multipath mitigation technique. Proc of ION GPS-96, р. 683-696. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723108C1 (ru) * 2019-11-19 2020-06-08 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Способ передачи сигналов с модуляцией фазовым сдвигом по каналу связи с многолучевым распространением
CN112083450A (zh) * 2020-09-07 2020-12-15 中山大学 一种利用天线圆周运动的多径误差抑制方法、系统及装置
CN112083450B (zh) * 2020-09-07 2023-07-11 中山大学 一种利用天线圆周运动的多径误差抑制方法、系统及装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Strode et al. GNSS multipath detection using three-frequency signal-to-noise measurements
US7030814B2 (en) System and method to estimate the location of a receiver in a multi-path environment
TWI397712B (zh) 於衛星導航接收器中抑制多重路徑誤差的方法與裝置
EP1148344A1 (en) Positioning of a wireless terminal with satellite positioning signals or base station signals
KR101844659B1 (ko) 서브캐리어 트래킹 모호성을 해결하기 위해 개선된 능력을 가진 gnss 수신기
US7248218B2 (en) Reliability and the accuracy of position-finding methods by estimation of the Rice factor of a radio link
CN102213766B (zh) 于卫星导航接收器中抑制多重路径误差的方法与装置
US10585195B2 (en) Cepstrum-based multipath mitigation of a spread spectrum radiocommunication signal
EP2702429A1 (en) Object detection and position determination by relected global navigation satellite system signals
US6882312B1 (en) Method and apparatus for multipath mitigation using antenna array
KR20200099958A (ko) 글로벌 네비게이션 위성 시스템 수신기에서 다중 경로 완화를 제공하는 시스템 및 방법
US20210356604A1 (en) Method and Apparatus For Improving the Quality of Position Determination Using GNSS Data
Ziedan Multi-frequency combined processing for direct and multipath signals tracking based on particle filtering
RU2237256C2 (ru) Способ подавления ошибок многолучевости в приемниках спутниковой навигации
US7454289B2 (en) Method of improving the determination of the attitude of a vehicle with the aid of satellite radionavigation signals
US7233288B2 (en) Receiver for a position-finding system with improved sensitivity
Giremus et al. Joint detection/estimation of multipath effects for the global positioning system
RU2731784C2 (ru) Способ и система для обработки спутникового сигнала
Joosten et al. GNSS ambiguity resolution in the presence of multipath
UA53604A (ru) Способ исключения погрешностей, вызванных наличием нескольких лучей при приеме сигналов в системе спутниковой навигации
RU2278470C2 (ru) Способ синхронизации радиосигнала
Lau et al. Use of signal-to-noise ratios for real-time GNSS phase multipath mitigation
Vagle et al. Performance of antenna array calibration in multipath environments
EP4419946A1 (en) Positioning system and method
El Natour et al. A new algorithm to reduce AGPS acquisition TTFF

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080222