GNSS短多径误差抑制方法的研究

摘要

多径是影响GNSS接收机定位精度的主要原因。与电离层误差、对流层误差等可以通过差分定位和模型修改的方法消除不同，多径误差是不能通过这些方法消除的。多径会导致鉴相函数的过零点偏移，从而产生码测量误差，而且在复杂环境中，存在的更多的是短多径（多径信号相对于直达信号时延小于0.5码片），在短多径信号存在时，即使采用现有的最佳方法，6m的峰值距离误差也是很常见的，这是因为当直达路径与多径路径时延间隔很小时，从接收信号中估计直达路径延迟是一个非常复杂的参数估计问题，因此探索高精度、低复杂度的抗短多径方法是非常必要的。但现有的多径抑制方法对短多径效果均不理想，因此本文的研究重点为在GNSS接收机的码跟踪环节采用修正的窄相关器以及基于最大似然估计的多径参数估计方法来减小短多径误差，主要工作如下。 (1)本文分析和比较了目前主要的多径抑制方法的短多径抑制性能。这些方法可以分为两类:改进的延迟锁定环(DLL)方法和多径参数估计方法。在前一种方法中，本文分别通过推导给出了窄相关技术、ELS技术、Strobe技术等方法的多径误差包络，并进行了相应的短多径抑制性能比较与分析;在多径参数估计方法中，本文使用MATLAB仿真分析了基于最大似然估计的MEDLL和FIMLA方法的收敛性能和相应的短多径误差。 (2)本文提出了一种基于修正窄相关的短多径抑制方法。该方法在传统窄相关器的基础上，额外增加了一个相关器，用于对窄相关的短多径误差进行定量估计并实时修正。通过仿真验证，该方法可以有效地抑制时延小于0.5个码片的短多径误差，而且几乎可以完全抑制时延小于0.1个码片的短多径误差。 (3)本文提出了一种基于最大似然估计的短多径抑制方法。该方法在最大似然准则的基础上，先采用离线网格对时延进行搜索，获得时延估计粗略的初始值，再采用在线迭代的方法对时延进行精确估计，从而避免了迭代方法对初始值敏感，以致于局部收敛的缺点，还可以减少网格搜索的在线计算量，满足高精度定位的需要。另外，考虑到伪随机序列自相关函数具有分段线性的特点。本文提出了一种新的迭代方法，该迭代方法形式简捷，收敛速度快，而且对于延时小于0.5个码片的短多径误差抑制性能远远大于现有算法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外短多径抑制技术的研究现状

1．2．1 空域处理方法

1．2．2 时域处理方法

1．3 本文的研究内容与安排

第2章 短多径效应对接收机性能的影响

2．1 短多径信号的产生和特性

2．2 短多径信号的数学模型

2．3 相关的GPS接收机技术

2．3．1 GPS卫星信号

2．3．2 C／A码的产生和特性

2．3．3 C／A码发生器

2．3．4 载波跟踪环路

2．3．5 码跟踪环路

2．4 短多径效应对接收机性能的影响

2．4．1 短多径效应对码环的影响

2．4．2 短多径效应对载波环的影响

2．5 本章小结

第3章 现有多径抑制方法的短多径抑制性能研究

3．1 基于相关器的典型方法

3．1．1 窄相关器

3．1．2 ELS技术

3．1．3 Strobe技术

3．1．4 基于相关器技术的总结与问题提出

3．2 基于最大似然估计的典型方法

3．2．1 多径估计延迟锁定环(MEDLL)技术

3．2．2 基于牛顿迭代法的最大似然估计方法(FIMLA)

3．2．3 基于最大似然估计的总结与问题提出

3．3 本章小结

第4章 修正窄相关的短多径抑制技术

4．1 改进DLL结构

4．2 计算与分析过程

4．3 仿真分析

4．4 本章小结

第5章 基于离线网格搜索与在线迭代的最大似然估计短多径抑制技术

5．1 短多径信号模型

5．2 最大似然估计

5．3 离线网格搜索

5．4 迭代方法

5．5 仿真分析

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果

致谢