多径效应误差.

1、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” 0號2弋戸平7kl 巾！*丄I I J 1 La L - I nd2、多路径效应对接收信号的影响：2.1反射波:nn 入 0 0ZH z z H z GA z GA GA OA GA sin 42s in 2 sin 21(1(sin 2cos 1(sin2cos 1(2cos 2>?=?=? ? =-?-? =?-=-=?为:号的相位差 反射信号相对于直接信 为:号多经过的

2、路径长度反射信号相对于直接信2.2受多路径效应影响的情况下的接收信号U a t U a t U a t U a t U t U a t U S S S t U a S tU S r d r d w ?p?3p ?3p3030 0CD0WW0WW0WWsin sin (cos cos (si n sin cos cos coscosi s(Eiincsini cos cosCOScos(coscos(cos? ?-?=?-?=+?=?-?+=?-?+? =+? ? +? =+=+? ? =?=为:因为接收信号也可表示 实际接收信号：反射信号:直接信号:cos 1sin (cos 1sin cos

3、 2 sin ( cos ( cos 21(s in cos (cos 21(s in cos 1sin sin cos cos 122222222 0 0 ? 0?0PP ?p ?P000000?3 0?3 ?0+? =? +? =+? ? +=? +? =+? ? +=? +? +? ? +=? +?+? =? ?=? +a a arctg a a tg a a a a a a a a a a得:除以第二式，有将上面两式中的第一式 得 :对上面两式求平方和 , 则有: aa a a a a a a a a a a d d arcsin ;arccos(0sin cos 1(cos 1(co

4、s cos 1(sin cos cos 1( cos 1(11max 2222±=-±=+=+?+?+=?00000000000?取得极值 时 , 则 ,当 受多个反射信号影响的情况cos 1sin (11刀刀=+? =na a arctg3、0多径信号的模型：F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（式1其中:N为多径的数目a i第i径反射信号的衰减系数(相对直达信号且a 0=1A:直达信号的幅度0 i第i径反射信号的载波相位C (t-T i第i路延迟C/A码,而且T 0=0n (t :均值为零的加性高斯白噪声(AWGN 。由此可以看出，多径

5、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 LockLoop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

6、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

7、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。数字中频1-phase加与淸除卜sin4累加与淸昭G加0环路鉴别器即时加与清除忤本地载波软件处理JL注：这里貝画同相支路从载波SB踪环来的输出去载波跟掾环图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：（早相关量数字中频1-phJse>0辭加与淸除帖C仏码环鉴别专本地载波V-4即时本地GA码

8、产生软件处;注；这里只画同相支路（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XI"二比 RdfI比=如.丘（0 = CWC（f-f）:（式 5这里:,R （ 是rC/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 （ T =R-（tdR （ T +t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。码 =la梓阴恥,R=匸“-£）y=Z 凤 + 叼r.)%=工0尺（

9、-心十5 -耳） 1-0N=y码£（厂-Gj0&=氏（一切-耿"卬）J.0 r2.5，» ，直达信号 -一反射多耗佶号凸交-SIS氷是图4鉴相器归一化后的S-曲线(理想情况(S-曲线：E -L =1T c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(A iC (t掉v5,v6中的数字信号，得到反映VCO与输入载波

10、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N V S ( t cos( te j ( c i n(t cos( ctmp c 3 i 0 N v S (t sin( t（AC （t e j （ c i n（t sin（ t4 mp c i i c i 0（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0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B减小到很小的时候，=cos（ 3 c