[发明专利]于卫星导航接收器中抑制多重路径误差的方法与装置

说明书

技术领域

本发明关于一种卫星无线导航，特别是关于一种在全球导航卫星系统(GlobalNavigating Satellite System，GNSS)的导航接收器中求得多重路径情况下的准距离(pseudo-range)与准速度(pseudo-velocity)的方法与装置。

背景技术

目前，世界上已经存在数种全球导航卫星系统。已上线运作的系统有美国的全球定位系统(Global Positioning System，GPS)，俄罗斯的全球导航卫星系统(Global Navigating Satellite System，GLONASS)，欧洲太空总署建构中的伽利略(Galileo)系统，以及中国的北斗系统。本发明可应用于上述或其他全球导航卫星系统的导航接收器。

在都市高楼形成的峡谷中，会导致导航接收器频繁地失去与卫星间的视线(line-of-sight)路径，接收信号的功率也因此而变弱或消失。在此类情况下，传统中利用延迟锁定回路与频率锁定回路的闭回路(close-loop)自动信号追踪常会受到干扰。

以开回路(open-loop)追踪卫星信号的方法，如美国专利US6633255「Open-Loop Tracking」，则可描述如下：针对每一卫星，根据导航解计算延迟预测与多普勒频率测量；形成一二维(两维度分别为延迟与多普勒频率)功率网格(power grid)，使其中心由预测值定义；针对前述预测求得修正值，并以修正值与预测值的加总作为延迟与多普勒频率的测量值。此种追踪技术可确保低讯杂比下的运作。

当导航解存在时，在开回路追踪技术中失去部份卫星的信号并不会造成重大影响；也就是说，测量仍需建立于至少三到四个卫星。

来自直接路径与反射路径的信号会导致延迟与多普勒频率的误差。图1示意多重路径信号传播影响测量的例子：如图1a所示，针对一个静止的接收器，或是一个沿着与反射面平行方向移动的接收器，只会发生延迟测量误差，因为由直接路径与反射路径至同一卫星的距离变化率是相同的。

如图1b所示，若接收器沿指向反射面的方向移动，延迟测量的误差会被加总至多普勒频率测量的误差，因为由直接路径与反射路径至同一卫星的距离变化率会是相异的。

已有一些方法用以在反射路径存在的情况下降低准距离测量的误差，如：运用窄相关(Theory and Performance of Narrow Correlator Spacing in a GPSreceiver.A.J.van Dierendonck，Pat Fenton，Tom Ford.Journal of TheInstitute of Navigation，Vol.39，No.3，1992.)、根据准乱数序列(pseudo-random sequence，PRN)的信号副本计算自相关函数(autocorrelationfunction，ACF)的选通方法(美国专利US7436356，申请日2006年3月24日)，基于自相关函数的前缘计算跨越前缘与后缘片段并对自相关函数取样加以权重的方法(美国专利US7436356，申请日2006年3月24日)。这些方法可实现于低成本、大量生产的接收器中以降低准距离的误差，但精确度却不够高。

此外，也有些减轻多重路径的方法是针对多重路径的信号进行最佳化运算，以运用最大概度(maximum likelihood)测量直接与反射路径的信号参数。估计最佳值并将反射信号由接收器排除即可实现反射信号的抑制。这些方法应用在高成本的大地接收器，需要昂贵的硬体才能实现。

以适应性天线阵列抑制反射路径信号的技术需要多个接收天线，也需要对这些天线接收的信号进行额外的处理，增加消费设备的复杂程度。

与本发明相近的解决方案见于美国专利US6031881，公开于2000年2月2日。此技术的缺点包括：必须储存输入信号的取样值，必须以高频执行量化(针对GPS，其取样率需达20MHz)，也必须对取样值进行即时(real-time)处理。因此，必须具备高容量存储器与高速信号处理才能实现此种技术。

此习知技术的另一缺点是受限的累积时间。累积时间受限的原因是接收信号会被发送信号中导航讯息的未知数据位元所调变(在GPS与GLONASS中是每间隔20ms发生)，使接收的载波信号功率C与杂讯功率N0间的比率会有下限的限制；在1Hz频带中，此比率C/N0需大于30dB Hz。

发明内容