多径效应误差

221、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”。多路径效应多路径效应2、多路径效应对接收信号的影响:反射波:九nnX00zHzHzzHzzHzGAzGAGAOAGAsin42sin2sin21(1(sin2cos1(sin2cos1(2cos2--=•△--=-==△△为:号的相位差反射信号相对于直接信为:号多经过的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tUtUtUtUtUStUatUatUatUatUtUatUSSStUaStUSrdrd①邨①邨。①附①除3P3。3。。3。33。33。335山sin(coscos(sinsincoscoscos(sinsin(coscos1(sinsincoscoscoscos(coscos(cos•一-•••=•---•=+••=•---••+=•--,•+•=+••+•=+=+••=•二为：因为接收信号也可表示实际接收信号:反射信号：直接信号：Scos1sin(cos1sincos2sin(cos(cos21(sincos(cos21(sincos1sinsincoscos12iiiiii222222200^00.郎邨邨000000G网p0-+•=,+•=+,-+==•+•=+,-+=,+•+,-+=,+•+,=,,=•+aaarctgaatgaaaaaaaaaaa得:除以第二式,有将上面两式中的第一式得：(((有对上面两式求平方和,则有:aaaaaaaaaaaaddarcsin;arccos(0sincos1(cos1(coscos1(sincoscos1(cos1(11max2222±=-±==++++=++•+•++=^^00000000000G取得极值时,则,当受多个反射信号影响的情况cos1sin(11££==•+•=niiinaaarctg66。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ai:第i径反射信号的衰减系数(相对直达信号且a0=1A：直达信号的幅度6i:第i径反射信号的载波相位3c:载波频率C(t-Ti:第i路延迟C/A码,而且t0=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(MultipathEstimatingDelayLockLoop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(DelayLockLoopDLL,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。数字中频I-phaje本地载波C/A码环路

鉴别器本地C/A码产生 软件处理注:这里只画同相支路数字中频I-phaje本地载波C/A码环路

鉴别器本地C/A码产生 软件处理注:这里只画同相支路从载波跟踪环来的输出去载波跟踪环图1同相I通道的DLLC/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1E=工修衣-j=0Hj=Aa^一晶）、R6=C（r）C（/-r）:（式5这里:,R（t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(T=R(T-Td-R(T+Td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。1工=工耳电7-%-4)j=0修=且％e」(e一同),R⑺=C(r)C(/-T)与=±凡用+。-31=0D[(『)=『E-4=E"』五(f—Q—1)一无(『十"—仃)]j-0=工不虱了一/)j-0S(iT}=R(T-TA)-R(T+TA)3.0「T一直达信号2.5■ /\ 反射多径信号图2图2一条多径且相位与直达信号同相时的自相关函数014蒙医我轻图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。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NvS(tcos(t (AiC(tiej(cin(tcos(ct mpc3i0NvS(tsin(t（AC（tei（cin（tsin（t 4mpciici0（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0减小到很