RU2291561C2 - Method for processing and estimating signal in positioning system - Google Patents
Method for processing and estimating signal in positioning system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2291561C2 RU2291561C2 RU2004131139/09A RU2004131139A RU2291561C2 RU 2291561 C2 RU2291561 C2 RU 2291561C2 RU 2004131139/09 A RU2004131139/09 A RU 2004131139/09A RU 2004131139 A RU2004131139 A RU 2004131139A RU 2291561 C2 RU2291561 C2 RU 2291561C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- quadrature
- components
- maximum
- values
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники, а более конкретно к способам обработки сигналов в системах позиционирования.The invention relates to the field of radio engineering, and more particularly to methods for processing signals in positioning systems.
Задача определения местоположения подвижных объектов является одной из основных в современных системах телекоммуникации. К наиболее важным приложениям, которые требуют разработки надежных и высокоточных методов локации, можно отнести задачи по определению координат источников экстренных вызовов медицинской или технической помощи в городских условиях или в больших промышленных зонах, мониторинг расположения медицинского персонала в лечебных учреждениях, управление потоками транспорта на больших погрузочно-разгрузочных терминалах.The task of determining the location of moving objects is one of the main in modern telecommunication systems. The most important applications that require the development of reliable and high-precision location methods include tasks to determine the coordinates of the sources of emergency calls of medical or technical assistance in urban conditions or in large industrial zones, monitoring the location of medical personnel in medical institutions, managing traffic flows in large loading unloading terminals.
Наиболее развитыми можно считать навигационные системы, основанные на использовании дальномерного или разносно дальномерного способов позиционирования. Этот принцип положен в основу спутниковых навигационных систем, использующих технологии GPS или GLONASS, а также в основу систем локации мобильных абонентов в сетях сотовой связи CDMA или WCDMA. Кроме того, дальномерный способ определения местоположения может быть с успехом применен и для оценки координат пользователей внутри помещений.The most developed can be considered navigation systems based on the use of rangefinder or distance-ranging methods of positioning. This principle is the basis for satellite navigation systems using GPS or GLONASS technology, as well as the basis for mobile subscriber location systems in CDMA or WCDMA cellular networks. In addition, the range-finding method of determining the location can be successfully applied to estimate the coordinates of users indoors.
Основной проблемой при создании дальномерных локационных систем является разработка эффективного алгоритма оценки задержки навигационного сигнала. Точность такого алгоритма является определяющим фактором качества работы системы локации. Среди наиболее известных алгоритмов слежения за задержкой навигационного сигнала можно назвать алгоритм синхронизации с окнами на задержку-опережение (см. Дж. Прокис "Цифровая связь" - М.: Радио и связь, 2000. - 800 с.) [1], который является одним из наиболее простых способов поиска максимума корреляционной функции принятого навигационного сигнала. Этот способ может быть реализован при помощи дискриминатора и 3-х Hardware корреляторов, с различными фиксированными или переменными задержками между временем начала генерации опорной последовательности (см., например, патент США №6088384) [2]. Этот алгоритм достаточно эффективен в условиях прямого распространения сигнала между приемником и передатчиком навигационного сигнала. В патентах США No 6636558 [3], 6687316 [4] и в опубликованной заявке США №20040057505 [5] рассмотрены различные модификации описанного метода слежения за задержкой. Общим для всех этих алгоритмов является то, что для их реализации требуется небольшое число Hardware корреляторов, которые позволяют получать значения корреляционной функции одновременно в нескольких временных позициях.The main problem when creating ranging ranging systems is the development of an effective algorithm for estimating the delay of the navigation signal. The accuracy of such an algorithm is a determining factor in the quality of a location system. Among the most famous algorithms for tracking the delay of the navigation signal can be called a synchronization algorithm with windows delay-ahead (see J. Prokis "Digital Communication" - M .: Radio and communications, 2000. - 800 p.) [1], which is one of the easiest ways to find the maximum correlation function of the received navigation signal. This method can be implemented using a discriminator and 3 Hardware correlators, with various fixed or variable delays between the start time of the generation of the reference sequence (see, for example, US patent No. 6088384) [2]. This algorithm is quite effective in conditions of direct signal propagation between the receiver and the navigation signal transmitter. In US patent No. 6636558 [3], 6687316 [4] and in published application US No. 200440057505 [5] various modifications of the described method for tracking delay are considered. Common to all these algorithms is that their implementation requires a small number of Hardware correlators, which allow you to get the values of the correlation function simultaneously in several time positions.
Известно также, что явление непрямого и многолучевого распространения электромагнитных волн существенно влияет на эффективность применения алгоритмов оценки задержки. При этом на приемной стороне наблюдается сложный сигнал, который представляет собой сумму копий передаваемого сигнала с различными и неизвестными задержками, амплитудами и фазами. Это может приводить к искажению формы корреляционного пика, а следовательно, к ошибкам в работе дискриминатора и ошибкам в оценке задержки сигнала. Поэтому указанный алгоритм слежения за задержкой с окнами на задержку-опережение позволит обеспечить корректную оценку псевдодальности только в случае разрешимой многолучевости, т.е. когда задержка многолучевых компонент больше половины длительности корреляционного пика для раннего луча сигнала.It is also known that the phenomenon of indirect and multipath propagation of electromagnetic waves significantly affects the efficiency of the application of delay estimation algorithms. At the same time, a complex signal is observed at the receiving side, which is the sum of copies of the transmitted signal with various and unknown delays, amplitudes, and phases. This can lead to a distortion in the shape of the correlation peak, and therefore to errors in the operation of the discriminator and errors in estimating the signal delay. Therefore, the specified delay tracking algorithm with delay-leading windows allows one to provide a correct estimate of the pseudorange only in the case of decidable multipath, i.e. when the delay of the multipath components is more than half the duration of the correlation peak for the early beam of the signal.
В источниках [3] и [5] предлагаются различные способы усовершенствования алгоритма слежения за задержкой с окнами на задержку-опережение. Основная идея таких алгоритмов состоит в оценке изменения формы корреляционного пика при условии приема многолучевого сигнала. Для этого используется небольшое число дополнительных корреляторов.Sources [3] and [5] suggest various ways to improve the delay tracking algorithm with delay-ahead windows. The main idea of such algorithms is to assess the change in the shape of the correlation peak under the condition of receiving a multipath signal. For this, a small number of additional correlators are used.
Так, в патенте [3] предлагается использовать 4 коррелятора. На основе 4-х значений производится интерполяция корреляционной функции и поиск ее максимума. Кроме того, с целью уменьшения значения ошибок в оценке псевдодальности, вызванных многолучевостью, предлагается формировать коэффициент многолучевости и на его основе определять величину коррекции псевдодальности. Для этого на основе 4-х значений корреляционной функции предлагается формировать коэффициент, характеризующий асимметрию корреляционного пика. К недостаткам такого подхода можно отнести следующее. Для реализации такого решения требуется производить множество испытаний, на основе которых необходимо найти связь между коэффициентом асимметрии и величиной оценки псевдодальности. Кроме того, следует отметить, что в источнике [3] не приводится обоснования возможности получения такой однозначной связи.So, in the patent [3] it is proposed to use 4 correlators. Based on 4 values, the correlation function is interpolated and its maximum is searched. In addition, in order to reduce the value of errors in the estimation of pseudorange caused by multipath, it is proposed to form a multipath coefficient and determine the pseudorange correction amount based on it. For this, based on 4 values of the correlation function, it is proposed to form a coefficient characterizing the asymmetry of the correlation peak. The disadvantages of this approach include the following. To implement such a solution, many tests are required, on the basis of which it is necessary to find a relationship between the asymmetry coefficient and the magnitude of the pseudorange estimate. In addition, it should be noted that the source [3] does not provide a rationale for the possibility of obtaining such a unique connection.
Еще один вариант развития идеи синхронизатора с окнами на задержку-опережение предложен в [5]. Здесь для уменьшения влияния многолучевости предлагается использовать два дополнительных коррелятора, которые позволили бы отслеживать положение первого нуля корреляционной функции. Работоспособность такого подхода демонстрируется на примере треугольной корреляционной функции при наличии 2-х лучей в принятой реализации. В случае большего числа лучей, для реальных корреляционных функций, обладающих побочными максимумами, а также в низких отношениях сигнал/шум корректное слежение за первым нулем корреляционной функции может оказаться невозможным, а сам алгоритм малоэффективным.Another option for the development of the idea of a synchronizer with delay-ahead windows was proposed in [5]. Here, to reduce the effect of multipath, it is proposed to use two additional correlators, which would make it possible to track the position of the first zero of the correlation function. The efficiency of this approach is demonstrated by the example of a triangular correlation function in the presence of 2 rays in the adopted implementation. In the case of a larger number of rays, for real correlation functions with side maxima, as well as in low signal-to-noise ratios, correct tracking of the first zero of the correlation function may not be possible, and the algorithm itself will be ineffective.
Анализ описанных решений показывает, что алгоритмы, основанные на использовании малого числа корреляторов, позволяют оценивать задержку ранней многолучевой компоненты сигнала лишь в случае разрешимой многолучевости. В условиях неразрешимой многолучевости эти алгоритмы в лучшем случае позволяют лишь частично компенсировать ошибку псевдодальности. Таким образом, для повышения точности определения псевдодальности необходимо разработать алгоритм, позволяющий оценивать величину задержки ранней многолучевой компоненты сигнала.An analysis of the solutions described shows that algorithms based on the use of a small number of correlators make it possible to estimate the delay of the early multipath signal component only in the case of decidable multipath. In the conditions of unsolvable multipath, these algorithms at best allow only partially compensating for the pseudorange error. Thus, to increase the accuracy of determining the pseudorange, it is necessary to develop an algorithm that allows us to estimate the delay value of the early multipath component of the signal.
Для решения этой проблемы необходимо использовать более полную информацию о значениях корреляционной функции. Этой цели можно достичь за счет увеличения числа Hardware корреляторов. Однако такое решение может оказаться достаточно дорогостоящим. Более простым в реализации представляется способ оценки задержки навигационного сигнала (псевдодальности), описанный в опубликованной международной заявке WO 9714049 [6]. Это решение является наиболее близким к предлагаемому и выбрано в качестве прототипа, который представляет собой следующую последовательность действий:To solve this problem, it is necessary to use more complete information about the values of the correlation function. This goal can be achieved by increasing the number of Hardware correlators. However, such a solution can be quite expensive. A simpler implementation is a method for estimating the delay of the navigation signal (pseudorange) described in published international application WO 9714049 [6]. This solution is the closest to the proposed one and is selected as a prototype, which represents the following sequence of actions:
- Принимают навигационный сигнал, состоящий из непрерывно повторяющейся псевдослучайной последовательности, передаваемой на известной частоте несущей с использованием фазовой манипуляции.- A navigation signal is received, consisting of a continuously repeating pseudo-random sequence transmitted at a known carrier frequency using phase shift keying.
- Получают последовательность значений синфазной и квадратурной компонент принимаемого сигнала путем преобразования с понижением частоты и оцифровкой принятого сигнала.- A sequence of values of the in-phase and quadrature components of the received signal is obtained by down-converting and digitizing the received signal.
- Записывают в память оцифрованные значения реализации синфазной и квадратурной компонент принятого сигнала.- Write down the digitized implementation values of the in-phase and quadrature components of the received signal.
- Вычисляют значения корреляционных функций синфазного и квадратурного каналов путем осуществления свертки синфазной и квадратурной компонент каждого из сжатых блоков с известной псевдослучайной последовательностью.- The correlation functions of the in-phase and quadrature channels are calculated by convolution of the in-phase and quadrature components of each of the compressed blocks with a known pseudorandom sequence.
- Осуществляют поиск временного положения максимума суммы квадратов корреляционных функций синфазного и квадратурного каналов.- Search for the temporary position of the maximum of the sum of the squares of the correlation functions of the in-phase and quadrature channels.
Описанный способ представляет собой реализацию алгоритма задержки навигационного сигнала по максимуму корреляционной функции. Применение интерполяции позволяет повысить точность поиска максимума корреляционной функции, что увеличивает точность локации в условиях разрешимой многолучевости. Однако описанное решение не позволяет получить высокой точности локации в условиях неразрешимой многолучевости.The described method is an implementation of the algorithm delay the navigation signal to the maximum of the correlation function. The use of interpolation can improve the accuracy of the search for the maximum of the correlation function, which increases the accuracy of the location in conditions of decidable multipath. However, the described solution does not allow to obtain high location accuracy in the conditions of unsolvable multipath.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка такого алгоритма обработки навигационного сигнала, который бы позволил эффективно оценивать задержку ранней многолучевой компоненты навигационного сигнала в условиях неразрешимой многолучевости.The task to which the claimed invention is directed is to develop such an algorithm for processing a navigation signal that would allow us to effectively estimate the delay of the early multipath component of the navigation signal in the conditions of unsolvable multipath.
Технический результат достигается за счет создания алгоритма, позволяющего оценить временное положение ранней многолучевой компоненты навигационного сигнала, при этом в такой алгоритм предлагается ввести следующие, дополнительные по сравнению с прототипом, операции.The technical result is achieved by creating an algorithm that allows you to evaluate the temporary position of the early multipath component of the navigation signal, while it is proposed to introduce the following additional operations compared to the prototype in such an algorithm.
- Осуществляют интерполяцию корреляционных функций синфазного I(t) и квадратурного Q(t) каналов в пределах некоторого временного окна, включающего положение ее максимума.- Carry out the interpolation of the correlation functions of the in-phase I (t) and quadrature Q (t) channels within a certain time window, including the position of its maximum.
- Осуществляют оценку числа и временного положения многолучевых компонент принятого навигационного сигнала по полученным интерполированным значениям корреляционных функций синфазных и квадратурных каналов.- Assess the number and time position of the multipath components of the received navigation signal from the obtained interpolated values of the correlation functions of the in-phase and quadrature channels.
- Выбирают для оценки псевдодальности значение временного положения ранней многолучевой компоненты.- Choose to evaluate the pseudorange value of the temporal position of the early multipath component.
При этом процедура оценки числа и временных положений лучей представляет собой следующую последовательность операций:Moreover, the procedure for estimating the number and temporal positions of the rays is the following sequence of operations:
- Выбирают значение максимального числа многолучевых компонент, для которых будет осуществляться оценка задержки.- Select the value of the maximum number of multipath components for which the delay estimate will be carried out.
- Для всех возможных значений числа лучей, начиная с одного и заканчивая максимальным, формируют функции стоимости, аргументами которых являются временные положения числа лучей. Эти функции имеют вид:- For all possible values of the number of rays, starting with one and ending with the maximum, cost functions are formed, the arguments of which are the temporary positions of the number of rays. These functions are of the form:
гдеWhere
n - предлагаемое число многолучевых компонент сигнала,n is the proposed number of multipath signal components,
τi, i=1,2,...,n - временные позиции многолучевых компонент,τ i , i = 1,2, ..., n - temporary positions of multipath components,
H - константа,H is a constant
Bi,j - элементы матрицы, обратной к матрице R с элементами R(ti,tj), где функция R(u,ν) является автокорреляционной функцией принимаемого навигационного сигнала.B i, j - elements of the matrix inverse to the matrix R with elements R (t i , t j ), where the function R (u, ν) is the autocorrelation function of the received navigation signal.
- Для каждого возможного значения числа лучей определяют оценки временного положения числа лучей как положение абсолютного максимума соответствующей функции стоимости.- For each possible value of the number of rays, estimates of the temporal position of the number of rays are determined as the position of the absolute maximum of the corresponding cost function.
- В качестве оценки числа лучей выбирается то число, для которого значение максимума соответствующей функции стоимости максимально.- As an estimate of the number of rays, select the number for which the maximum value of the corresponding cost function is maximum.
Сущность заявляемого изобретения поясняется с привлечением графических материалов.The essence of the claimed invention is illustrated with the use of graphic materials.
На Фиг.1 представлена последовательность операций по обработке принятого навигационного сигнала, предшествующая оценке псевдодальности, гдеFigure 1 presents the sequence of operations for processing the received navigation signal prior to the assessment of the pseudorange, where
1. Преобразователь частоты1. Frequency converter
2. Аналогово-цифровой преобразователь2. Analog-to-digital converter
3. Запоминающее устройство3. The storage device
4. Цифровой сигнальный процессор4. Digital signal processor
5. Антенна5. Antenna
На Фиг.2 приведена блок-схема алгоритма оценки псевдодальности, гдеFigure 2 shows a block diagram of an algorithm for evaluating pseudorange, where
6. Блок поиска максимума корреляционной функции6. Block search maximum correlation function
7. Блок формирования окна анализа7. Block forming the analysis window
8. Блок интерполяции8. Interpolation block
9. Блок оценки числа и временных положений лучей9. Block for estimating the number and time positions of rays
10. Блок вычисления псевдодальности.10. Block for calculating pseudorange.
На Фиг.3 иллюстрируются результаты моделирования. Этот рисунок показывает, что предлагаемый алгоритм позволяет получать достоверную оценку временного положения ранней многолучевой компоненты в условиях неразрешимой многолучевости.Figure 3 illustrates the simulation results. This figure shows that the proposed algorithm allows one to obtain a reliable estimate of the temporal position of the early multipath component under conditions of unsolvable multipath.
Рассмотрим основную идею предлагаемого алгоритма оценки числа и временных положений многолучевых компонент навигационного сигнала.Consider the main idea of the proposed algorithm for estimating the number and time positions of multipath components of a navigation signal.
На Фиг.1 представлена последовательность тех операций по обработке принимаемого сигнала, которые предшествуют непосредственно алгоритму оценки временного положения ранней многолучевой компоненты. Принятую реализацию навигационного сигнала подают с антенны на вход преобразователя 1 частоты, в котором осуществляют операцию по переносу спектра входного сигнала в низкочастотную область. Результатом такого преобразования являются синфазная x(t) и квадратурная y(t) составляющие принимаемого сигнала. Эти составляющие подают на вход аналого-цифрового преобразователя 2, в котором производят оцифровку сигналов x(t) и y(t) с частотой дискретизации, превышающей частоту следования чипов псевдослучайной последовательности навигационного сигнала. Полученные в дискретные моменты времени tm значения синфазной X(tm) и квадратурной Y(tm) компонент входного сигнала подают на вход запоминающего устройства 3, в котором записывают выборку этих значений. Объем хранимых в запоминающем устройстве данных соответствует одному или нескольким периодам псевдослучайной последовательности навигационного сигнала. Затем по сигналу, поступающему от цифрового сигнального процессора 4, на его вход подают содержимое памяти запоминающего устройства. В цифровом сигнальном процессоре 4 производят разбиение данных на блоки, их когерентное сложение и согласованную фильтрацию, как описано в прототипе. Результатом этой обработки являются значения синфазной I(tm) и квадратурной Q(tm) компонент корреляционной функции входного сигнала, записанные на интервале, равном длительности периода псевдослучайной последовательности.Figure 1 presents the sequence of those operations for processing the received signal that immediately precede the algorithm for estimating the temporal position of the early multipath component. The adopted implementation of the navigation signal is fed from the antenna to the input of the
На основе полученных значений I(tm) и Q(tm) производят оценку числа и временных положений многолучевых компонент входного сигнала. Для изложения основной идеи предлагаемого метода оценки примем следующую модель синфазной x(t) и квадратурной компонент y(t) входного сигналаBased on the obtained values of I (t m ) and Q (t m ), the number and time positions of the multipath components of the input signal are estimated. To state the main idea of the proposed estimation method, we adopt the following in-phase model x (t) and the quadrature component y (t) of the input signal
Здесь S(t) - передаваемый навигационный сигнал, n - неизвестное число лучей, Ak, φk, τk соответственно - неизвестные амплитуда, фаза и задержка k-й (k=1,2,...,n) многолучевой компоненты сигнала, n1(t) и nQ(t) - шумовые составляющие синфазной и квадратурной компонент.Here S (t) is the transmitted navigation signal, n is the unknown number of rays, A k , φ k , and τ k, respectively, are the unknown amplitude, phase, and delay of the kth (k = 1,2, ..., n) multipath component signal, n 1 (t) and n Q (t) are the noise components of the in-phase and quadrature components.
Рассмотрим следующую функцию стоимостиConsider the following cost function
где А1k=Aksin(φk), AQk=Akcos(φk), Т - длительность периода псевдослучайной последовательности. Эта функция стоимости характеризует среднее значения квадрата разности между принятым сигналом и сигналом, синтезированным на основе предполагаемых значений неизвестных параметров. Оценку неизвестных параметров находят как положение максимума этой функции. Максимум функции стоимости по неизвестным AIk и AQk находят аналитически. Поэтому, максимизируя эту функцию по неизвестным AIk и AQk и отбрасывая слагаемые и сомножители, независящие от неизвестных параметров, получим новую функцию стоимости, которая зависит только от неизвестного числа и временных положений многолучевых компонент сигналаwhere A 1k = A k sin (φ k ), A Qk = A k cos (φ k ), T is the duration of the pseudo-random sequence period. This cost function characterizes the average squared difference between the received signal and the signal synthesized based on the expected values of unknown parameters. An estimate of the unknown parameters is found as the position of the maximum of this function. The maximum of the cost function over the unknown A Ik and A Qk is found analytically. Therefore, maximizing this function over the unknown A Ik and A Qk and discarding terms and factors independent of unknown parameters, we obtain a new cost function that depends only on the unknown number and time positions of the multipath signal components
где 
Полученная функция стоимости используется для оценки временных положений многолучевых компонент сигнала при фиксированном значении числа этих компонент n, однако эта функция монотонно зависит от n. Поэтому она не может быть непосредственно применена для оценки числа многолучевых компонент. Для решения этой задачи компонент внесем в полученную функцию стоимости дополнительное слагаемое -nH, препятствующее решению о завышенном числе многолучевых компонент. Окончательно получаем следующую функциюThe obtained cost function is used to estimate the temporal positions of the multipath signal components for a fixed value of the number of these components n, however, this function monotonically depends on n. Therefore, it cannot be directly applied to estimate the number of multipath components. To solve this problem, the component will add an additional term -nH to the obtained cost function, which impedes the decision on the overestimated number of multipath components. Finally we get the following function
В результате, оценки неизвестного числа и временных положений многолучевых компонент сигнала определяют как положение абсолютного максимума этой функции:As a result, estimates of the unknown number and time positions of the multipath signal components are determined as the position of the absolute maximum of this function:
Отметим, что величину постоянной Н выбирают следующим образомNote that the value of the constant H is chosen as follows
H=h·cf(τ,1),H = hcf (τ, 1),
где h - заранее выбранная константа.where h is a preselected constant.
На Фиг.2 представлена блок-схема алгоритма определения псевдодальности, основанного на оценке временного положения ранней многолучевой компоненты принятого навигационного сигнала. Рассмотрим последовательно процедуру этой оценки.Figure 2 presents a block diagram of an algorithm for determining pseudorange based on an estimate of the temporal position of the early multipath component of a received navigation signal. Let us consider the procedure for this assessment sequentially.
На вход блока 6 поиска максимума корреляционной функции поступают отсчеты корреляционных функций синфазной I(t) и квадратурной Q(f) компонент, полученные с частотой дискретизации, установленной в аналогово-цифровом преобразователе 2. Эти значения возводят в квадрат и суммируютThe input of block 6 for finding the maximum of the correlation function receives samples of the correlation functions of the in-phase I (t) and quadrature Q (f) components obtained with the sampling frequency set in the analog-to-digital converter 2. These values are squared and summed
I2(t)+Q2(t).I 2 (t) + Q 2 (t).
Затем в пределах интервала времени, соответствующего длительности периода псевдослучайной последовательности, производят поиск положения максимума функции I2(t)+Q2(t).Then, within the time interval corresponding to the duration of the pseudo-random sequence period, a search is made for the position of the maximum of the function I 2 (t) + Q 2 (t).
Номер отсчета дискретизации, в котором указанная функция достигает своего максимума, передают на вход блока 7 формирования окна анализа. В этом блоке определяют номера отсчетов функций I(t) и Q(t), которые будут использованы для оценки числа и временных положений многолучевых компонент сигнала. Поиск максимального и минимального значений номеров отсчетов окна анализа осуществляют на основе сравнения значения функции I2(t)+Q2(t) с некоторым порогом Th. Значение этого порога выбирают, например, следующим образомThe number of the sampling sample, in which the specified function reaches its maximum, is transmitted to the input of the analysis
где α - заранее выбранная константа.where α is a preselected constant.
Значения функций I(t) и Q(t) в пределах окна анализа передают на вход блока 8 интерполяции. В этом блоке вычисляют интерполированные значения I(t) и Q(t) в моменты времени, расположенные между отсчетами дискретизации. При этом используют различные известные методы интерполяции, например параболическая интерполяция или интерполяция сплайнами.The values of the functions I (t) and Q (t) within the analysis window are transmitted to the input of interpolation block 8. In this block, the interpolated values of I (t) and Q (t) are calculated at time instants located between the sampling samples. In this case, various known interpolation methods are used, for example, parabolic interpolation or spline interpolation.
Интерполированные в пределах окна анализа значения функций I(t)и Q(t) передают на вход блока 9 оценки числа и временных положений. В этом блоке производят оценку числа и временных положений лучей в соответствии с описанным выше алгоритмом. Рассмотрим работу этого блока на следующем примере. Выберем для анализа максимальное число многолучевых компонент, равное 2. Сформируем 2 функции стоимости, которые соответствуют гипотезам о наличии одного и двух многолучевых компонент в принятой реализации сигнала.The values of the functions I (t) and Q (t) interpolated within the analysis window are passed to the input of
cf(τ,1)=Q2(τ)+I2(τ)cf (τ, 1) = Q 2 (τ) + I 2 (τ)
Затем путем перебора всех значений времени в пределах окна анализа, соответствующих интерполированным значениям функций I(t)и Q(t), производят поиск максимума полученных функций стоимостиThen, by searching all the time values within the analysis window corresponding to the interpolated values of the functions I (t) and Q (t), a maximum of the obtained cost functions is searched
cf1=maxcf(τ,1), cf2=maxcf(τ1,τ2,2)cf 1 = maxcf (τ, 1), cf 2 = maxcf (τ 1 , τ 2 , 2)
Отметим, что поиск максимума функции стоимости cf(τ1,τ2,2) должен производиться по всем значениям 
|τ1-τ2|>Δ,| τ 1 -τ 2 |> Δ,
где Δ - заранее выбранная константа. Введение этого условия позволяет избежать сингулярности функции cf(τ1,τ2,2) при τ1=τ2 и избежать ошибочного завышения значений функции стоимости, обусловленного конечной точностью вычислений.where Δ is a preselected constant. The introduction of this condition allows us to avoid the singularity of the function cf (τ 1 , τ 2 , 2) for τ 1 = τ 2 and to avoid the erroneous overestimation of the values of the cost function due to the finite accuracy of the calculations.
Далее производят сравнение двух значенийNext, two values are compared.
CF1=cf1 и CF2=cf2-h·cf1 CF 1 = cf 1 and CF 2 = cf 2 -hcf 1
Если CF2>CF1, то в качестве оценки временного положения ранней многолучевой компоненты 
В противном случае в качестве оценки временного положения ранней многолучевой компоненты сигнала принимают значениеOtherwise, as an estimate of the temporal position of the early multipath signal component, the value
τ=argmaxcf(τ,1).τ = argmaxcf (τ, 1).
При практической реализации описанного алгоритма численное значение константы h обычно выбирают равным 0.2.In the practical implementation of the described algorithm, the numerical value of the constant h is usually chosen equal to 0.2.
Отметим, что для реализации предложенного алгоритма необходимо знать явный вид корреляционной функции R(t1,t2). В реальной системе вид корреляционной функции может отличаться от корреляционной функции псевдослучайной последовательности по причине использования полосовых фильтров. Поэтому требуется создать модель R(t1,t2).Note that in order to implement the proposed algorithm, it is necessary to know the explicit form of the correlation function R (t 1 , t 2 ). In a real system, the form of the correlation function may differ from the correlation function of the pseudo-random sequence due to the use of band-pass filters. Therefore, it is required to create a model R (t 1 , t 2 ).
В данном техническом решении в качестве модели R(t1,t2) предлагается использовать функцию видаIn this technical solution, as a model R (t 1 , t 2 ) it is proposed to use a function of the form
Константы a, b, c, d оценивают любым из известных методов оценки параметров на основе экспериментально полученной корреляционной функции.The constants a, b, c, d are estimated by any of the known methods for estimating parameters based on the experimentally obtained correlation function.
Полученную оценку временного положения раннего луча подают на вход блока 10 вычисления псевдодальности. В этом блоке производят пересчет номера отсчета интерполяции, соответствующего оценке временного положения раннего луча
Эффективность предложенного решения была проверена в процессе моделирования. При моделировании были выбраны следующие параметры:The effectiveness of the proposed solution was tested in the modeling process. During the simulation, the following parameters were selected:
- Навигационный сигнал представляет собой m-последовательность длиной 127- The navigation signal is an m-sequence of length 127
- При генерации сигнала используется полосовой фильтр- When generating a signal, a band-pass filter is used
- Частота следования чипов последовательности - 11 МГц- Sequence of sequence chips - 11 MHz
- Частота дискретизации ~ 95,7 МГц- Sampling frequency ~ 95.7 MHz
- Число многолучевых компонент в принимаемом сигнале 1 или 2.- The number of multipath components in the received signal is 1 or 2.
На Фиг.3 показан вид суммы квадратов корреляционных функций синфазного и квадратурного каналов в ситуации, когда разность времен прихода лучей составляет порядка 0,3 длительности чипа.Figure 3 shows a view of the sum of the squares of the correlation functions of the in-phase and quadrature channels in a situation where the difference in the times of arrival of the rays is about 0.3 chip duration.
Из этого чертежа видно, что положение максимума данной функции не соответствует временному положению ранней многолучевой компоненты сигнала. Поэтому алгоритм, описанный в прототипе, не позволяет корректно оценивать задержку ранней многолучевой компоненты в условиях неразрешимой многолучевости.From this drawing it can be seen that the maximum position of this function does not correspond to the temporary position of the early multipath component of the signal. Therefore, the algorithm described in the prototype does not allow to correctly evaluate the delay of the early multipath component in the conditions of unsolvable multipath.
Как видно из Фиг.3, предлагаемый алгоритм позволяет в подобных ситуациях осуществлять оценку задержки ранней многолучевой компоненты сигнала и, следовательно, существенно снизить величину многолучевой ошибки при оценке псевдодальности.As can be seen from Figure 3, the proposed algorithm allows in such situations to evaluate the delay of the early multipath component of the signal and, therefore, significantly reduce the magnitude of the multipath error in evaluating the pseudorange.
Предлагаемый алгоритм может быть реализован на современных микропроцессорах цифровой обработки сигналов (DSP), например, TMS 320Схх, Motorola 56xxx, Intel и т.п.The proposed algorithm can be implemented on modern digital signal processing (DSP) microprocessors, for example, TMS 320Схх, Motorola 56xxx, Intel, etc.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004131139/09A RU2291561C2 (en) | 2004-10-26 | 2004-10-26 | Method for processing and estimating signal in positioning system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004131139/09A RU2291561C2 (en) | 2004-10-26 | 2004-10-26 | Method for processing and estimating signal in positioning system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004131139A RU2004131139A (en) | 2006-04-10 |
| RU2291561C2 true RU2291561C2 (en) | 2007-01-10 |
Family
ID=36458570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004131139/09A RU2291561C2 (en) | 2004-10-26 | 2004-10-26 | Method for processing and estimating signal in positioning system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2291561C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2481596C2 (en) * | 2007-12-20 | 2013-05-10 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Navigation receiver |
-
2004
- 2004-10-26 RU RU2004131139/09A patent/RU2291561C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2481596C2 (en) * | 2007-12-20 | 2013-05-10 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Navigation receiver |
| US8570220B2 (en) | 2007-12-20 | 2013-10-29 | Qualcomm Incorporated | Navigation receiver |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004131139A (en) | 2006-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4757425B2 (en) | Code phase tracking method and receiver | |
| JP4422337B2 (en) | High speed and high sensitivity GPS receiver | |
| US8472503B2 (en) | Method and apparatus for performing frequency synchronization | |
| US8005174B2 (en) | Method and apparatus for performing signal correlation using historical correlation data | |
| US7702003B2 (en) | Multi-path detection method for CDMA receivers | |
| JP4033861B2 (en) | Improvement of wireless positioning system | |
| FI112893B (en) | Method in receiver and receiver | |
| KR100937130B1 (en) | Method and apparatus for performing signal correlation using historical correlation data | |
| CN108897009B (en) | BOC navigation signal receiver and code tracking method thereof | |
| KR20050054917A (en) | Method and apparatus for performing signal correlation at multiple resolutions to mitigate multipath interference | |
| KR100966780B1 (en) | Parameter estimator configured to distinguish between peaks and sidelobes of correlation function | |
| EP3293547A1 (en) | Cepstrum-based multipath mitigation of a spread spectrum radiocommunication signal | |
| Kong et al. | Two-dimensional compressed correlator for fast PN code acquisition | |
| CN109975842A (en) | A kind of blind catching method of Big Dipper satellite signal high-precision based on wavelet transformation | |
| JP2007520100A (en) | GPS receiver using differential correlation | |
| Ta et al. | Significance of cell-correlation phenomenon in GNSS matched filter acquisition engines | |
| JP4805930B2 (en) | Apparatus, method and computer program for signal collection using a common demodulation template | |
| KR101830713B1 (en) | Signal processing method, correlator, software signal receiver by using code cycle | |
| RU2291561C2 (en) | Method for processing and estimating signal in positioning system | |
| JP4859790B2 (en) | GPS receiver | |
| JP2010044077A (en) | Matched filter circuit and method for acquiring and tracking global positioning system signal | |
| JP2011047947A (en) | High speed and high sensitivity gps receiver | |
| Zhang et al. | A fast acquisition algorithm based on FFT for BOC modulated signals | |
| JP5587121B2 (en) | Matched filter circuit and method for performing matched filtering | |
| Rakipi et al. | GPS signal acquisition and sensitivity analysis using different algorithms on a software receiver |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121027 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140427 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20140805 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191027 |