多径效应误差.doc

1、多路径误差的概念：多路径（Multipath）误差：在GPS测量中，被测站附近的物体所反射的卫星信号（反射波）被接收机天线所接收，与直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏离真值产生所谓的“多路径误差”。2、多路径效应对接收信号的影响：2.1 反射波：2.2 受多路径效应影响的情况下的接收信号受多个反射信号影响的情况3、多径信号的模型：下面主要对镜面反射进行讨论,信号经多径传播后，GPS接收机接收到的信号为: (式1)其中:N 为多径的数目i: 第i 径反射信号的衰减系数(相对直达信号)且0=1A: 直达信号的幅度i: 第i 径反射信号的载波相位c: 载波频率 C(t-i): 第i 路延迟C/A 码, 而且0=0n(t): 均值为零的加性高斯白噪声(AWGN)。由此可以看出, 多径信号由反射信号的幅度、相位、延迟以及载波相位的变化决定。4、消除多径效应误差的措施：多径误差不仅与卫星信号方向、反射系数有关，还与反射物到测站的距离有关，至今无法建立改正模型，现有的减弱多径效应的方法主要有以下三方面：（1）观测上：选择合适的测站，避开易产生多路径的环境（2）硬件上：采用抗多路径误差的仪器设备a、抗多路径的天线：带抑径板或抑径圈的天线，极化天线b、抗多路径的接收机：窄相关技术MEDLL(Multipath Estimating Delay Lock Loop)等（3）软件上：加权、参数法、滤波法、信号分析法5、如何消除多径效应的具体实现方法：5.1如何消除多径效应对伪码的影响：GPS 信号采用扩频调制技术, 导航数据首先被C/A 码扩频调制, 然后再对载波进行BPSK 调制, 因此, 在GPS 接收机中必须采用两个环路分别跟踪载波和C/A 码。码跟踪环和载波跟踪需要相互配合才能正确跟踪到信号。载波跟踪环一般采用Costas 环,因为Costas 环对载波上的调制信号不敏感, 对未解调的GPS 信号是非常适合的。C/A 码跟踪环通常采用延迟锁相环(Delay Lock Loop DLL), 以实现对C/A 码传输延时的最大似然估计(ML)。在码跟踪环中, 有6 个相关器, 即在正交通道上有3 个: 早相关器、晚相关器和即时相关器。在同相通道上也有3个相关器: 早相关器、晚相关器和即时相关器。接收到的信号首先分为两路, 分别被本地产生的两路正交载波相乘, 形成正交通道和同相通道的输入信号, 再分别与本地的早码、晚码、即时码分别相关。结果再送到码环鉴别器进行处理, 如图1。图1 同相I 通道的DLL C/A 码跟踪环实际上, 接收到的GPS 中频信号, 与载波(同相和正交)相乘、再分别与C/A 码的早、即时、晚码相乘, 然后经过积分与清除模块, 是为了实现相关运算, 其最后输出为: (早相关量)(式2)用 C/A 码相关函数来表示: (式3)其中：为C/A码的自相关函数。同理, 晚相关分量:即: (式4)采用相干鉴相器, 则鉴相器的输出为:(式5)这里：，R（）是C/A 码的自相关函数。在没有多径时, C/A 码的自相关函数是标准的三角形;当存在多径后, 三角形发生畸变变成了多边形如图2、图3 所示。g()=R(-d )-R(+d ) 就是不存在多径时,理想条件下的鉴相曲线, 通常称为S-曲线。C/A 码的理想S-曲线如图4。图2 一条多径且相位与直达信号同相时的自相关函数图3 一条多径且相位与直达信号反相时的自相关函数图4 鉴相器归一化后的S-曲线 (理想情况)(S-曲线: E-L=1Tc)可采用自适应滤波器对鉴相函数进行修正。5.1如何消除多径效应对载波相位的影响：利用锁相环提取载波的另一种常用方法如下图5所示。这种环路中，压控振荡器提供两路相互正交的载波和，与输入的二相PSK信号分别在同相和正交两个鉴相器中进行鉴相，经低通滤波器后得到v5,v6，再送到一个乘法器相乘，去掉v5,v6中的数字信号，得到反映VCO与输入载波相位之差的误差控制信号v7。因此，通常称这种环路被称为同相正交环，有时也被称为科斯塔斯环，由上可知，GPS中可采用Costas 环对载波相位进行跟踪。图5 科斯塔斯环法提取载波输入的抑制载波信号为Smp(t)，则 （式6）经低通后的输出分别为 （式7）乘法器的输出为 （式8）式中是压控振荡器输出信号与输入已调信号载波之间的相位误差。当较小时，式8可以近似地表示为 （式9） 式8中的大小与相位误差成正比，因此，它就相当于一个鉴相器的输出。用去调整压控振荡器输出信号的相位，最后就可以使稳态相位误差减小到很小的数值。这样压控振荡器的输出就是所需要提取的载波。不仅如此，当减小到很小的时候，=cos(ct+)就接近于调制信号，因此，同相正交环法同时还具有了解调功能，目前在许多接收机中已经到了使用。科斯塔