UA53604A - Спосіб подавлення помилок багатопроменевості в приймачах супутникової навігації - Google Patents

Abstract

Спосіб подавлення помилок багатопроменевості в приймачах супутникової навігації полягає в тому, що виконують операції пошуку сигналів навігаційних супутників по несучій частоті і затримці коду, супроводу знайдених сигналів слідкувальними контурами по несучій і затримці, виміру радіонавігаційних параметрів, а також амплітуди прийнятого сигналу, бітової синхронізації і виділення переданої супутником службової інформації. Далі послідовно проводять операції згладжування амплітуди, згладжування дальності, формування варіацій амплітуди, формування варіацій дальності, формування коваріації як добутку варіацій амплітуди і дальності, первинного згладжування коваріацій, виявлення (детектування) факту впливу багатопроменевості (порівняння з порогом), ухвалення рішення (по перевищенню порога), вторинного згладжування коваріацій, обчислення оцінки помилки дальності шляхом розподілу згаданої коваріації на поточне значення варіації амплітуди і введення виправлень у кодові і фазові дальності, обчислення різниці фаз прямого і відбитого сигналів, обчислення оцінки помилки поточної фази, викликаної багатопроменевістю і уведення виправлень у виміри поточної фази, причому обчислення різниці фаз прямого і відбитого сигналів, оцінку помилки поточної фази, згладжування відліків амплітуди і коваріацій та обмірюваних значень дальностей визначають за формулами.

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до області радіотехніки, і зокрема, радіонавігації з використанням сигналів 2 навігаційних супутникових систем ОРЗ і ГЛОНАСС .

Пропонований спосіб може бути використаний для подавления помилок багатопроменевості в приймачах супутникової навігації, які одночасно приймають і паралельно обробляють сигнали супутникових навігаційних систем ОРЗ і ГЛОНАСС.

Антена приймача супутникової навігації сприймає як прямий сигнал супутника, так і відбитий від 70 навколишніх предметів і об'єктів; іншими словами, реальні супутникові приймачі працюють в умовах багатопроменевого поширення сигналів. Затримка відбитого сигналу щодо прямого спотворює передній край взаємокореляційної функції (ВКФ) прийнятого й очікуваного сигналу і приводить до помилок виміру дальності (широкого положення піка ВКФ на часовій осі). Знак цієї помилки міняється в залежності від різниці фаз прямого і відбитого сигналів ( відбитий у фазі з прямими, чи в протифазі), а величина звичайно складає 72 одиниці метрів (для сучасних приймачів з вузкостробовим корелятором і розширеною смугою частот радіотракту). Іноді ця помилка може досягати 10-15 метрів. Помилки багатопроменевості стають незалежними в двох антенах при рознесенні їх навіть на частки довжини хвилі. Ця обставина обмежує точність диференційного режиму на рівні вищевказаних величин навіть у тому випадку, якщо в опорній станції помилок багатопроменевості немає, чи вони усунуті яким-небудь ускладненням апаратури цієї станції, або алгоритмом обробки вимірів. У споживача, що знаходиться в більш складних з погляду можливості віддзеркалення сигналів умовах і який використовує звичайні приймачі, ці помилки завжди присутні. Таке обмеження спонукало розробників прийомної апаратури шукати прості й ефективні способи для подавления помилок багатопроменевості в самому приймачі. Таких способів у даний час відомо досить багато (кожна фірма-розробник широко рекламує свої), але далеко не всі вони забезпечують субметровий рівень точності, а 22 якщо забезпечують, то ціною істотного ускладнення і подорожания приймачів. «

Відомі аналоги пропонованого способу, засновані на аналізі варіацій амплітуди прийнятого багатопроменевого сигналу для подавления помилок далекоміра |11, (21.

Відомий спосіб подавления помилок багатопроменевості, заснований на аналізі через т.зв. "вігепдій рагатегсег Х" - добавку потужності відбитого сигналу до потужності прямого |11. З

Однак цей спосіб дуже складний апаратно і потребує значної ресурсомісткості у програмній реалізації. «3

По-перше, він вимагає наявності банку кореляторів з різними затримками опорних сигналів (МЕС - Микураїй

Езвійтавдіпа ЮОеїау ГоскК Гоор - контур спостереження для оцінювання затримки багатопроменевого сигналу). ее,

По-друге, виходи цих кореляторів підсумовують з вагами, що вимагають громіздких складних обчислень (із со застосуванням дворазового підсумовування) і компенсують зсуви піка ВКФ, викликані багатопроменевістю.

Компенсація досягається зворотним зсувом місця перетинання нуля дискримінаційною характеристикою о далекоміра, що стежить.

Найбільш близьким аналогом (прототипом) пропонованого способу є спосіб подавления помилок багатопроменевості, у якому вихідним є відношення сигнал/шум (ЗМК), виражене в одиницях АМ (Тгітбріє «

Атрійшиде Опіїв), з якого формується й обробляється амплітудне відношення сигнал/шум (ЗМКА) |21. З 50 ЗМАА, відповідно до |2| проходить повний спектральний аналіз у два етапи -ініціалізація й уточнення за с рахунок двохразового застосування АМЕ (Адаріїме Мой Рійег) і А! 5 (Адаріїмме іІеаві бдпцаге), тобто

Із» адаптивного фільтра Норса (АМЕ) і способу найменших квадратів (АГ 5). Отримані в такий спосіб оцінки амплітуд, частот і початкових фаз відбитих сигналів використовуються для обчислення фазових помилок по коду ії несущої.

У даному способі не використовується сильна взаємна кореляція (коефіцієнт цієї кореляції близький до і-й одиниці) між ЗМКА і помилками вимірів, а використовується відома функціональна залежність між параметрами оз відбитого сигналу і помилками дальності і фази несучої. Оцінки зазначених помилок радіонавігаційних параметрів обчислюють з використанням оцінок параметрів відбитого сигналу, отриманих з аналізу амплітуд б (ЗМКА). Цей спосіб найбільш близький до пропонованого, заснованому на вищевказаній сильній взаємній ав! 20 кореляції. Як і в пропонованому способі, тут, крім стандартних операцій, виконуваних будь-яким навігаційним приймачем, а саме:

Т» н- пошук сигналів навігаційних супутників по несучій частоті і затримці коду; н- супровід сигналів знайдених супутників контурами, що стежать за несучою і затримкою; н- вимір (оцінка) радіонавігаційних параметрів; 29 "« бітова синхронізація і виділення переданої супутниками службової інформації; в. " виробляється також вимір, згладжування й аналіз амплітуди прийнятого сигналу.

Недоліки прототипу: «- затримки у фільтрах 5МКА, що не дозволяють формувати виправлення до вимірів у реальному часі (у темпі відновлення координат), що істотно обмежує область застосувань цього способу; 60 "- недостатня вірогідність одержуваних результатів, оскільки для обчислення виправлень до вимірів радіонавігаційних параметрів використовується інформація тільки одного непрямого джерела - варіації амплітуди (можуть вироблятися помилкові виправлення до вимірів через вплив на амплітуду інших видів перешкод); " складність і ресурсномісткість обчислювальних операцій, що обмежують його застосування в апаратурі бо масового споживача.

В основу винаходу покладена задача усунення недоліків прототипу, що зважується тим, що в пропонованому способі подавления помилок багатопроменевості, що включає операції пошуку сигналів навігаційних супутників по несучій частоті і затримці коду, супроводу знайдених сигналів контурами, що стежать, по несучій і затримці, виміру радіонавігаційних параметрів, а також амплітуди прийнятих сигналів, бітової синхронізації і виділення переданої супутником службової інформації формуються варіації (відхилення від згладженого тренда) вимірів дальності й амплітуди, обчислюють другий змішаний момент зв'язку дальності й амплітуди (їх коваріацію).

Технічний результат у пропонованому винаході досягається тим, що в способі подавления помилок 70 багатопроменевості в приймачах супутникової навігації додатково проводять операції згладжування амплітуди, згладжування дальності, формування варіацій амплітуди, формування варіацій дальності, формування коваріації як добутку варіацій амплітуди і дальності, первинного згладжування коваріацій, виявлення (детектування) факту впливу багатопроменевості (порівняння з порогом), ухвалення рішення (по перевищенню порога), вторинного згладжування коваріацій, обчислення оцінки помилки дальності шляхом розподілу згаданої коваріації на поточне /5 значення варіації амплітуди і введення виправлень у кодові і фазові дальності, обчислення різниці фаз прямого і відбитого сигналів, обчислення оцінки помилки поточної фази, викликаною багатопроменевістю і введення виправлень у виміри поточної фази.

Сукупність перерахованих ознак дозволяє підвищити вірогідність одержуваних результатів, спростити обчислювальні операцій, що обмежують застосування алгоритмів в апаратурі масового споживача.

У способі додатково формують варіації (відхилення від згладженого тренда) вимірів дальності й амплітуди, обчислюють другий змішаний момент зв'язку дальності й амплітуди (їх коваріацію).

Коваріацію додатково згладжують на інтервалі 30-бО0сек (періоду багатопроменевої інтерференції). Поточну оцінку багатопроменевої помилки в дальності обчислюють розподілом поточної оцінки коваріації на поточне відхилення амплітуди від її середнього значення.

Коваріацію згладжують за допомогою рекурентної лінійної процедури 1 порядку (фільтр із нескінченною імпульсною характеристикою і параметром загасання а, що надалі будемо називати а-БІХ фільтром): «

Ха-юХитах, а) , « зо де у - обновлена оцінка величини, що згладжується;

І | «в) х47 попередня оцінка; с

Х;- елемент вибірки параметра, що згладжується; со

А - коефіцієнт згладжування.

Якщо Х - це коваріація, тобто добуток варіацій (відхилень від поточних середніх значень амплітуди б5А,;, і юю дальності 50), то параметр "А" бажано вибирати в діапазоні 0,015-0,03.

Таку ж процедуру виконують для обчислення середнього значення амплітуди. Варіації дальностей обчислюють як відхилення поточних вимірів від згладженого тренда. Тренд дальності одержують згладжуванням « 20 кодових дальностей високоточними фазовими вимірами (доплерівськими інтегралами) по формулі: з с - 1 ві і (2) ч Бі - УХО-У ДО) УДО ит пі 1 1

Об; та й - обмірюване і згладжене значення кодової дальності відповідно; сл

Ди; - доплеровський інтеграл (набіг фази несучої) на інтервалі від ї.4 до ї. (95) Отримані варіації ампулідуди і дальності додатково згладжують по рекурентній формулі (1) з коефіцієнтом

Фу (у діапазоні 0,1-0,3).

Для підвищення надійності і вірогідності подавления помилок багатопроменевості вводять попередню (ав) операцію їхнього виявлення.

Т» Детектором багатопроменевості є результат порівняння згаданої коваріації, згладженої з А-01 із заздалегідь установленим порогом С. Величину порогу визначають через припустимий залишковий рівень помилок багатопроменевості відповідно до теорії перевірки статистичних гіпотез за критерієм максимальної 5 правдоподібності й уточнюють експериментально. Співвідношення між поточною фазою у; вектора відбитого з сигналу й -іт (3) п ----

Т

60 ї - поточний момент часу; ія - момент найближчого попереднього максимуму амплітуди; щі - різниця фаз прямого і відбитого сигналів;

Т - період коливань амплітуди, викликаних багатопроменевою інтерференцією і поточною помилкою 65 фазометра АФ; представлено векторною діаграмою.

На фіг. показана векторна діаграма, де а - вектор прямого сигналу;

Ь - вектор відбитого сигналу.

З відомих формул зв'язку елементів косокутного трикутника ОСВ одержуємо:

А

Ін усовци -

Дод с: ВГОСОЄ пеня

Чи я 2у собу 70 де

АТ;- поточна помилка фазометра; через Г позначено відношення амплітуд відбитого і прямого сигналів; щі - різниця фаз прямого і відбитого сигналів. Амплітуда прямого сигналу згладжене середнє значення.

Амплітуда відбитого сигналу -- напіврізниця її максимального і мінімального відхилення від середнього.

Джерела інформації: 1. СадаЦанй ЕЕ! - бауей А., Меї; Распіег апа біежага І. Ое міїЇбізв. "Оевідп ої СОР Кесеїмег Соде апа

Сатіег ТгаскКкіпу І оорз Тог Мийраїй Мібдайоп" Ргос ої ІОМ-98 рр 1041-1053. 2. СПгівюрпег М. Сотр апа Репіпа Ахеїгад. Ап адаріме ЗМК -разей сагпіег рпазе тийіраїй тібдайоп

Іеспідце". Ргос ОГІОМ СРБЗ-96, рр 683-696.

Claims (2)

Формула винаходу

1. Спосіб подавлення помилок багатопроменевості в приймачах супутникової навігації, який полягає в тому, об що виконують операції пошуку сигналів навігаційних супутників по несучій частоті і затримці коду, супроводу знайдених сигналів слідкувальними контурами по несучій і затримці, виміру радіонавігаційних параметрів, а « також амплітуди прийнятого сигналу, бітової синхронізації і виділення переданої супутником службової інформації, який відрізняється тим, що далі послідовно проводять операції згладжування амплітуди, згладжування дальності, формування варіацій амплітуди, формування варіацій дальності, формування коваріації «г зо Як добутку варіацій амплітуди і дальності, первинного згладжування коваріацій, виявлення (детектування) факту впливу багатопроменевості (порівняння з порогом), ухвалення рішення (по перевищенню порога), вторинного о згладжування коваріацій, обчислення оцінки помилки дальності шляхом розподілу згаданої коваріації на поточне «со значення варіації амплітуди і введення виправлень у кодові і фазові дальності, обчислення різниці фаз прямого і відбитого сигналів, обчислення оцінки помилки поточної фази, викликаної багатопроменевістю і уведення о з5 Виправлень у виміри поточної фази, причому обчислення різниці фаз прямого і відбитого сигналів (поточний ю фазовий кут уш;) визначають за формулою: ді де шрс поточний фазовий кут; ! - с -- ПОТОЧНИЙ момент часу; ч» 1, - момент найближчого до поточного попереднього максимуму амплітуди; п Т - період коливань амплітуди, викликаних багатопроменевою інтерференцією (інтервал між сусідніми максимумами, що вміщає ,; ), а оцінку помилки поточної фази, викликаної багатопроменевістю обчислюють по формулі в (о) да ва; 20 По о де через у позначене відношення амплітуд відбитого і прямого сигналів; с» Ар - поточна помилка фазометра; ї - різниця фаз прямого і відбитого сигналів, М, в як амплітуду прямого сигналу приймають її поточне згладжене значення, як амплітуду відбитого сигналу - напіврізницю максимального і мінімального значень амплітуди, найближчих до поточного моменту часу /; .

2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що згладжування відліків амплітуди і коваріацій виконують 60 будь-яким з відомих у математичній статистиці методом, наприклад за формулою: Гор де Х - обновлена оцінка величини, що згладжується; і 65 Х / 7 попередня оцінка; 1-1 д, - елемент вибірки параметра, що згладжується; І «її - коефіцієнт згладжування.

З. Спосіб за пп.1, 2, який відрізняється тим, що згладжування обмірюваних значень дальностей р і проводять рекурентно з використанням інформації про обмірювані значення доплерівських інтегралів ДИ ;, наприклад за формулою: де р - обновлена оцінка згладженої дальності при надходженні чергового -го виміру; 1 В, - та ж оцінка на попередньому кроці; «її - коефіцієнт згладжування; - знову обмірюване значення дальності. р, У р Дд

Фіг. Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем", 2003, М 1, 15.01.2003. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. « « Зо о (Се) (зе) ІС в) -

с . и? 1 (95) (о) Ге Шо с» 60 б5