多徑效應(yīng)誤差.

1、1、多路徑誤差的概念：多路徑（Multipath誤差:在GPS測(cè)量中，被測(cè)站附近的物體所反射的衛(wèi)星信號(hào)（反 射波被接收機(jī)天線所接收，與直接來自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波產(chǎn)生干涉,從而使觀測(cè)值 偏離真值產(chǎn)生所謂的多路徑誤差” 0號(hào)2弋戸平7kl 巾！*丄I I J 1 La L - I nd2、多路徑效應(yīng)對(duì)接收信號(hào)的影響：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>?=?=? ? =-?-? =?-=-=?為:號(hào)的相位差 反射信號(hào)相對(duì)于直接信 為:號(hào)多經(jīng)過的

2、路徑長(zhǎng)度反射信號(hào)相對(duì)于直接信2.2受多路徑效應(yīng)影響的情況下的接收信號(hào)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? ?-?=?-?=+?=?-?+=?-?+? =+? ? +? =+=+? ? =?=為:因?yàn)榻邮招盘?hào)也可表示 實(shí)際接收信號(hào)：反射信號(hào):直接信號(hào):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，有將上面兩式中的第一式 得 :對(duì)上面兩式求平方和 , 則有: 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?取得極值 時(shí) , 則 ,當(dāng) 受多個(gè)反射信號(hào)影響的情況cos 1sin (11刀刀=+? =na a arctg3、0多徑信號(hào)的模型：F面主要對(duì)鏡面反射進(jìn)行討論，信號(hào)經(jīng)多徑傳播后,GPS接收機(jī)接收到的信號(hào)（式1其中:N為多徑的數(shù)目a i第i徑反射信號(hào)的衰減系數(shù)(相對(duì)直達(dá)信號(hào)且a 0=1A:直達(dá)信號(hào)的幅度0 i第i徑反射信號(hào)的載波相位C (t-T i第i路延遲C/A碼,而且T 0=0n (t :均值為零的加性高斯白噪聲(AWGN 。由此可以看出，多徑

5、信號(hào)由反射信號(hào)的幅度、相位、延遲以及載波相位的變化決定。4、消除多徑效應(yīng)誤差的措施：多徑誤差不僅與衛(wèi)星信號(hào)方向、反射系數(shù)有關(guān)，還與反射物到測(cè)站的距離有關(guān)， 至今無法建立改正模型，現(xiàn)有的減弱多徑效應(yīng)的方法主要有以下三方面(1觀測(cè)上:選擇合適的測(cè)站，避開易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境（2硬件上:采用抗多路徑誤差的儀器設(shè)備a、抗多路徑的天線：帶抑徑板或抑徑圈的天線，極化天線b、抗多路徑的接收機(jī)：窄相關(guān)技術(shù) MEDLL（Multipath Estimating Delay LockLoop等（3軟件上:加權(quán)、參數(shù)法、濾波法、信號(hào)分析法5、如何消除多徑效應(yīng)的具體實(shí)現(xiàn)方法：5.1如何消除多徑效應(yīng)對(duì)偽碼的影響：GPS信

6、號(hào)采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù),導(dǎo)航數(shù)據(jù)首先被C/A碼擴(kuò)頻調(diào)制,然后再對(duì)載波進(jìn)行BPSK調(diào)制,因此,在GPS接收機(jī)中必須采用兩個(gè)環(huán)路分別跟蹤載波和C/A碼。碼跟蹤環(huán)和載波跟蹤需要相互配合才能正確跟蹤到信號(hào)。載波跟蹤環(huán)一般采 用Costas環(huán),因?yàn)镃ostas環(huán)對(duì)載波 上的調(diào)制信號(hào)不敏感,對(duì)未解調(diào)的GPS信號(hào)是 非常適合的。C/A碼跟蹤環(huán)通常采用延遲鎖相 環(huán)（Delay Lock Loop DLL,以實(shí)現(xiàn)對(duì)C/A碼傳輸延時(shí)的最大似然估計(jì)（ML。在碼跟蹤環(huán) 中，有6個(gè)相關(guān)器，即在正交通 道上有3個(gè)：早相關(guān)器、晚相關(guān)器和即時(shí)相關(guān)器。在同相通道上也有3個(gè)相關(guān)器:早相關(guān)器、晚相關(guān)器和即時(shí)相關(guān)器。接收到的信號(hào)首先分為

7、兩路，分別被本地產(chǎn)生的兩路正交載波相乘，形成正交通道和同相通道的輸入信號(hào)，再分別與本地 的早碼、晚碼、即時(shí)碼分別相關(guān)。結(jié)果再送到碼環(huán)鑒別器進(jìn)行處理，如圖1。數(shù)字中頻1-phase加與淸除卜sin4累加與淸昭G加0環(huán)路鑒別器即時(shí)加與清除忤本地載波軟件處理JL注：這里貝畫同相支路從載波SB蹤環(huán)來的輸出去載波跟掾環(huán)圖1同相I通道的DLL C/A碼跟蹤環(huán)實(shí)際上,接收到的GPS中頻信號(hào),與載波（同相和正交相乘、再分別與C/A碼 的早、即時(shí)、晚碼相乘，然后經(jīng)過積分與清除模塊，是為了實(shí)現(xiàn)相關(guān)運(yùn)算，其最后 輸出為：（早相關(guān)量數(shù)字中頻1-phJse>0辭加與淸除帖C仏碼環(huán)鑒別專本地載波V-4即時(shí)本地GA碼

8、產(chǎn)生軟件處;注；這里只畫同相支路（式2用C/A碼相關(guān)函數(shù)來表示（式 3其中:為C/A碼的自相關(guān)函數(shù)。同理,晚相關(guān)分量：即：（式 4采用相干鑒相器，則鑒相器的輸出為XI"二比 RdfI比=如.丘（0 = CWC（f-f）:（式 5這里:,R （ 是rC/A碼的自相關(guān)函數(shù)。 在沒有多徑時(shí),C/A碼的自相關(guān)函 數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)的三角形；當(dāng)存在多徑后，三角形發(fā)生畸變變成了多邊形如圖2、圖3所示。g （ T =R-（tdR （ T +t就是不存在多徑時(shí),理想條件下的鑒相曲線,通常稱 為S-曲線。C/A碼的理想S-曲線如圖4。碼 =la梓陰恥,R=匸“-£）y=Z 鳳 + 叼r.)%=工0尺（

9、-心十5 -耳） 1-0N=y碼£（廠-Gj0&=氏（一切-耿"卬）J.0 r2.5，» ，直達(dá)信號(hào) -一反射多耗佶號(hào)凸交-SIS氷是圖4鑒相器歸一化后的S-曲線(理想情況(S-曲線：E -L =1T c可采用自適應(yīng)濾波器對(duì)鑒相函數(shù)進(jìn)行修正。5.1如何消除多徑效應(yīng)對(duì)載波相位的影響：利用鎖相環(huán)提取載波的另一種常用方法如下圖 5所示。這種環(huán)路中，壓控振蕩 器提供兩路相互正交的載波和，與輸入的二相PSK信號(hào)分別在同相和正交兩個(gè)鑒相器中進(jìn)行鑒相，經(jīng)低通濾波器后得到v5,v6，再送到一個(gè)乘法器相乘，去(A iC (t掉v5,v6中的數(shù)字信號(hào)，得到反映VCO與輸入載波

10、相位之差的誤差控制信號(hào) V7。 因此，通常稱這種環(huán)路 被稱為同相正交環(huán)，有時(shí)也被稱為科斯塔斯環(huán)，由上可 知, GPS中可采用Costas環(huán)對(duì)載波 相位進(jìn)行跟蹤。圖5科斯塔斯環(huán)法提取載波 輸入的抑制載波信號(hào)為Smp(t，則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）經(jīng)低通后的輸出分別為（式7）乘法器的輸出為（式8）式中是壓控振蕩器輸出信號(hào)與輸入已調(diào)信號(hào)載波之間的相位誤差。當(dāng)較小時(shí)，式8可以近似 地表示為（式9）式8中的大小與相位誤差成正比，因此，它就相當(dāng)于一個(gè)鑒相器 的輸出。用去調(diào)整壓控振蕩器輸出信號(hào)的相位，最后就可以使穩(wěn)態(tài)相位誤差0減小到很小的數(shù)值。這樣壓控振 蕩器的輸出就是所需要提取的載波。不僅如此，當(dāng)B減小到很小的時(shí)候，=cos（ 3 c