[发明专利]基于信号分离估计理论的卫星导航信号多径干扰抑制方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航定位技术领域，特别是涉及一种基于信号分离估计理论的卫星导航信号多径干扰抑制方法。

背景技术

自卫星导航定位系统出现以来已在各个领域得到了极为广泛的应用，并且已经成为现代社会生产、生活中不可缺少的重要基础工具。卫星导航系统中的大多数误差均可通过基于一定范围内误差相关原理的差分技术完全或大部分消除，如卫星星历误差与时钟误差、电离层与对流层延迟误差等。在实际测量中，接收机天线除了接收直接来自卫星方向的信号外，还会接收到其它物体反射回来的信号。由于直径信号与多径信号路径不同，从而使接收到的信号产生失真，结果导致出现测量误差，形成多径效应。

虽然差分技术已经极大地提高了导航系统的定位精度，但是由于参考站和用户所处的地理环境位置以及卫星与接收机间相关位置都不相同，因此多径信号幅度、方向、数量也不相同，所以差分系统仍然不能消除由于卫星信号多径所引起的定位误差。

针对多径传播引起无线信号时间参数测量出现误差的问题，国内外的学者一直都在寻找能够有效解决该问题的方法，目前的解决方法主要分为基于天线的方法及基于信号和数据处理的方法两类。

其中基于天线的方法主要包括采用特殊类型天线、绘制天线周围多径环境图及选择合适的地点架设天线等措施。通过天线设计可以抑制来自地面的多径影响，但对来自天线上方的多径信号却难以通过天线设计加以抑制。

信号和数据处理技术最为常用的方法是采用窄带相关技术。窄带相关技术是目前抑制多径和提高跟踪精度的一种常用的有效手段，其通过减小迟早相关器间隔来减小多径对码相位跟踪的影响。窄带相关算法中，相关器间隔越小，能引起多径跟踪误差的多径延迟的范围就越小。但是窄带相关技术假设接收机信号通道为无限带宽，而在实际中这个条件是无法得到满足的。Richard D.J.等人已经证明，当相关间隔小于通道等效双边带宽的倒数时，延迟锁定环的跟踪误差将趋于一个常数，不能通过进一步减小相关间隔的方法降低跟踪误差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种误差小、精度高且处理步骤简单的基于信号分离估计理论的卫星导航信号多径干扰抑制方法。

为了达到上述目的，本发明提供的基于信号分离估计理论的卫星导航信号多径干扰抑制方法包括按顺序进行的下列步骤：

(1)将卫星天线接收到的射频信号下变频为中频信号；

(2)将上述下变频得到的模拟中频信号进行A/D转换，并存储为数字中频信号；

(3)对接收到的含有多径的未知时延信号进行平方处理，以得到卫星信号真实频率估计值和对应的模糊频率估计值；

(4)去除步骤(3)估计过程中得到的模糊频率，以得到卫星信号频率估计值；

(5)利用得到的卫星信号频率估计值，根据基于信号分离估计理论估计出卫星信号的时延。

所述的步骤(1)中下变频为中频信号操作采用下变频模块完成，下变频模块主要由低噪声射频放大器、混频器及自动增益控制电路组成。

本发明提出的基于信号分离估计理论的卫星导航信号多径干扰抑制方法是在时延未知的情况下，先估计出信号的频率值和其对应的模糊频率值；然后根据卫星信号中频和多普勒频移范围已知的先验信息去除模糊频率；再利用估计得到频率作为已知条件，通过信号分离估计理论估计出直径信号的时延，从而达到消除信号多径影响的目的。本方法具有误差小、精度高且处理步骤简单等优点。

附图说明

图1为本发明提供的基于信号分离估计理论的卫星导航信号多径干扰抑制方法流程图。

图2为时延估计误差随信噪比变化曲线图。

图3为频率估计误差随信噪比变化曲线图。

图4为时延估计误差随相对时延变化曲线图。

具体实施方式

下面参照附图和具体实施例对本发明提供的基于信号分离估计理论的卫星导航信号多径干扰抑制方法进行详细说明。

为了方便卫星导航信号的多径性能分析且不失一般性，本实施例中采用单反射路径的分析模型。当存在多路反射路径时，本发明的方法同样适用。

如图1所示，本发明提供的基于信号分离估计理论的卫星导航信号多径干扰抑制方法包括按顺序进行的下列步骤：

(1)将卫星天线接收到的射频信号下变频为中频信号；

将卫星天线接收到的射频信号通过由低噪声射频放大器、混频器及自动增益控制电路等组成的下变频模块下变频到中频信号，以便后续处理。