微脉沖相关多径抑制技术及其性能分析(1)

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1、微脉冲相关多径抑制技术及其性能分析黄磊，杨慧，毛刚，李建辉(北京北斗星通导航技术股份有限公司，北京100085)摘要：多径误差是卫星导航定位系统(GNSS)的主要误差源之一．尤其对于高精度定位测量领域，即使使用差分技术也无法消除。多年来国际上各大卫星导航接收机和天线厂商都致力于多径抑制技术的研究与开发，取得了丰富的成果。本文介绍了其中具有代表性和实用性的技术一加拿大NovAtel公司研发的微脉冲相关(PAc)多径抑制技术．文中首先给出了PAc技术原理和实现方法，然后设计了车载试验对其性能进行分析．为了进行对比分析的需要．选用了带有PAc技术的加拿

2、大N0vAtel公司的DL4接收机产品和一款未使用多径抑制技术的接收机同时处理来自同～天线的射频信号。试验场景包括开阔天空和窄巷，分别收集测试数据。数据处理和分析结果表明．在开阔天空环境中，两款接收机都能给出米级单点定位精度，但在多路径效应明显的环境中，没有使用多径抑制技术的接收机定位精度严重恶化，而使用PAc多径抑制技术的DL4接收机，定位精度没有明显的下降。关键词：高精度定位：多路径效应；PAC一、引言多径干扰是来自卫星的信号经过多路径后在用户天线上的有害叠加，所带来的误差是全球定位系统精密定位应用的主要误差源。接收机天线除了在视距内直接接收

3、卫星信号之外，还会从地面、人行道、海面、屋顶、墙体和车体等其它物体的表面产生相当强的反射信号。多径效应主要有以下特型I】：由于传播路径较长，多径信号一般落后于直接信号到达接收机天线；多径信号通常要比直接信号弱，直接信号被遮挡的情况除外；如果多径延迟大于2个PRN码片长度，其对相关器的影响可以忽略不计。当前抑制多径影响主要是通过天线设计和改进接收机信号处理技术实现。来自地面的多径影响可以通过改进天线设计加以抑制(如采用扼流圈技术)，但对来自天线上方的多径信号难以通过天线设计抑制。目前抗多径信号处理技术主要集中在改进延迟锁相环(DLL)或采用扩展卡尔

4、曼滤波方式实现，其中比较常见的是基于DLL的窄相关技术【2】。窄相关技术通过减少相关器中超前码与滞后码的时间间隔，可以有效消除较长延迟时间的多径信号。然而短延迟多径信号由于具有较大幅度且难以通过改进接收机技术加以抑制而带来较大误差，成为信号处理技术的主要研究对象。本文将介绍一种基于窄相关技术的微脉冲相关(PAc)技术11J，此技术的优点是可以有效改善抗短延迟多径信号性能、提高伪距测量精度，并且结构简单、便于硬件实现。二、PAC技术原理PAc技术在典型延迟锁相环跟踪环路和窄相关技术基础上设计的，相关函数原理框图如图1所示。与典型DLL相关器相比，P

5、AC相关器实际上是多重相关器设计，其额外多采用的一组相关器的码间距为原有相关器码间距的两倍(2d)。由于实际接收到的卫星信号中叠加有多径信号，本地PRN码相关结果中相关峰两侧的曲线斜率是不同的，尤其在采用窄相关技术情况下更为显著，因此在PAC技术中的鉴相函数变为D=Pl一，l+酬2(口l+口2)(1)其中，口l代表相关峰左侧曲线斜率，a2代表相关峰右侧曲线斜率。由图l可知，铲等，铲一镑因此，PAC鉴相函数可写为。=P。一，-+cd，2，l!鱼-=半]=2cP。一‘，一c乞一乞，由此，PAc鉴相函数可以简化为两组超前滞后窄相关器的线性函数。码间距为

6、O．1个码片和0．2个码片的窄相关器的鉴相函数如图2所示，故可得到PAC相关器的鉴相函数如图3所示。量善晨墨善主●3●2●I■∞●口offset(C，AChip·》图1PAc相关函数原理一口p‘珏■Ⅳ幻A嘲图2码间距分别为0．1个码片和0．2个码片的窄相关器鉴相函数35I／y／yn■Fl(M(自‘日阁3PAcfffI关器鉴栩函数显衙易见．PAc相关彝的优点是所有延巡时M在±(01坩9)码片的多径信号对其是没育影响的．不足之处在于无法消除延迟时问在±10码片附近的多径信号影响。尽管如此．PAc相荚器技术与其它技术相比，抗多径性能有了显著提升。应J{

7、jPAc技术的接收机伪距测量精度，与窄相关技术相比提高2倍，与标准超前滞后相关器相比提高4倍。三、车载试验设计为了测试PAc技术在多径抑制方面的性能，设计丁如下的车载试验。地点在北京上地附近。测试路殷场景涵盖开阔天空和窄巷．选取了典型路段和位置分别采集了数据．包括伪距、多普勒、载波相位、星历以及位置、速度和时问(PvT)。参考轨遮数据采用载波相能取差后处理方式生成。1．车载测试设备主要车载测试设备包括：棚拿大№vAtel公司的DL_4接收机、一菰无多径抑制技术的接收机(以下称Recx)、NovALel702天线、记录数据的笔记率计算机和供电设备，

8、如图4所示。圈d车簸测试设备¨啪惜u帖蛐础。口nl；AE《!=；；；z其中N0vAtelDL’4GPs接收机是Ll／L2取频24通道高精