RU2625804C1 - Method of estimating navigation signal phase on background of interfering reflections of multipath distribution and navigation receiver with device for suppressing interfering reflections in phase estimation - Google Patents
Method of estimating navigation signal phase on background of interfering reflections of multipath distribution and navigation receiver with device for suppressing interfering reflections in phase estimation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2625804C1 RU2625804C1 RU2016122452A RU2016122452A RU2625804C1 RU 2625804 C1 RU2625804 C1 RU 2625804C1 RU 2016122452 A RU2016122452 A RU 2016122452A RU 2016122452 A RU2016122452 A RU 2016122452A RU 2625804 C1 RU2625804 C1 RU 2625804C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- phase
- output
- signal
- code
- Prior art date
Links
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 13
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 10
- 230000001934 delay Effects 0.000 claims description 4
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 claims description 3
- 238000005311 autocorrelation function Methods 0.000 claims description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- XUKUURHRXDUEBC-KAYWLYCHSA-N Atorvastatin Chemical compound C=1C=CC=CC=1C1=C(C=2C=CC(F)=CC=2)N(CC[C@@H](O)C[C@@H](O)CC(O)=O)C(C(C)C)=C1C(=O)NC1=CC=CC=C1 XUKUURHRXDUEBC-KAYWLYCHSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000012804 iterative process Methods 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/14—Relay systems
- H04B7/15—Active relay systems
- H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радионавигации, а конкретно к приемникам сигналов спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС (Россия) [1], GPS (США) [2], Galileo (ЕС) [3] и BeiDou (КНР) [4], осуществляющим одновременный прием сигналов этих систем и предназначенным для применения в прецизионных дифференциально-фазовых системах [5] определения местоположения.The invention relates to the field of radio navigation, and in particular to signal receivers of satellite radio navigation systems GLONASS (Russia) [1], GPS (USA) [2], Galileo (EU) [3] and BeiDou (China) [4], which simultaneously receives signals these systems and intended for use in precision differential phase systems [5] positioning.
Известно решение проблемы приема навигационных сигналов в условиях многолучевости, т.е. при мешающем воздействии отраженных сигналов. Это решение основано на выделении переднего фронта прямого сигнала с использованием узких стробов дискриминатора. В настоящее время разработаны различные модификации этого метода, такие, как описанные в [6]…[9]. Недостатком, общим для этих решений, является тот факт, что, хотя они и обеспечивают повышение точности измерений псевдодальности, но неэффективны при измерениях фазы несущей, в то время как искажение фазы несущей навигационного сигнала в условиях многолучевого распространения является главным источником ошибок в прецизионных дифференциально-фазовых системах позиционирования [10].A solution to the problem of receiving navigation signals in multipath conditions is known, i.e. with interfering effects of reflected signals. This solution is based on the selection of the leading edge of the direct signal using narrow discriminator gates. Various modifications of this method have been developed at present, such as those described in [6] ... [9]. A drawback common to these solutions is the fact that, although they provide an increase in the accuracy of pseudorange measurements, they are ineffective in measuring the phase of the carrier, while the distortion of the phase of the carrier of the navigation signal in multipath conditions is the main source of errors in precision differential phase positioning systems [10].
Например, известен приемник [9], содержащий последовательно соединенные радиочастотный преобразователь, дискретизатор, многоканальный коррелятор и микропроцессор. На Рис. 1 представлена упрощенная функциональная схема навигационного приемника-аналога 10, на которой отражены только основные существенные функциональные блоки. Сигнал, принятый антенной 11, подается на радиочастотный преобразователь 12, который его усиливает, фильтрует и выполняет преобразование на более низкие частоты.For example, a receiver is known [9], comprising a series-connected radio frequency converter, a sampler, a multi-channel correlator, and a microprocessor. In Fig. 1 shows a simplified functional diagram of a navigation receiver-
Радиочастотный преобразователь 12 имеет несколько радиочастотных трактов и, соответственно, несколько выходов, каждый из которых соответствует определенной навигационной системе и определенному частотному диапазону. Выход каждого радиочастотного тракта преобразуется в цифровую форму в соответствующем аналого-цифровом преобразователе (АЦП) 14 (на Рис. 1 показан только один АЦП) и подается на вход многоканального коррелятора 16 (на Рис. 1 показан только один канал).The radio frequency Converter 12 has several radio frequency paths and, accordingly, several outputs, each of which corresponds to a specific navigation system and a specific frequency range. The output of each RF path is converted to digital form in the corresponding analog-to-digital converter (ADC) 14 (only one ADC is shown in Fig. 1) and fed to the input of the multi-channel correlator 16 (only one channel is shown in Fig. 1).
Каждый канал корреляционной обработки содержит миксер 25, перемножители 26, генератор несущей частоты 22, генератор кода 24 и аккумуляторы 28. Миксер 25 умножает комплексный входной сигнал на комплексно сопряженный сигнал опорной частоты, поступающий от генератора несущей частоты 22. Перемножители 26 умножают сигнал на три копии псевдослучайного кода Early, Punctual, Late (E-P-L), соответствующие выбранному спутнику и сдвинутые по задержке на некоторую величину друг относительно друга. Копии псевдослучайного кода вырабатываются генератором кода 24. Выходы перемножителей 26 интегрируются в аккумуляторах 28. Прямой (Punctual) выход аккумулятора 28 (I,Q)P подается на вход фазового дискриминатора 52, а в дискриминаторе кода 54 вырабатывается сигнал, зависящий от рассогласования фазы кода сигнала и фазы кода копии Punctual.Each correlation processing channel contains a
Выход фазового дискриминатора 52 обрабатывается в фильтре Системы Слежения за Фазой (ССФ, PLL) 60, а выход кодового дискриминатора 54 обрабатывается в фильтре Системы Слежения за Задержкой (ССЗ, DLL) 62. Полная фаза на выходе ССФ используется в ССЗ для повышения точности и надежности слежения за задержкой.The output of the
Система подавления отраженных сигналов включает в себя совокупность регистров-аккумуляторов 32 и процессор подавления многолучевости 50 (Multipath Mitigation Technique, ММТ). В регистрах-аккумуляторах 32 производится накопление комплексного сигнала с выхода перемножителя Early 28 в стробах, сформированных генератором кода 24 и привязанных к различным фазам символа кода. Процессор ММТ 50 анализирует сигналы, накопленные в регистрах-аккумуляторах 32, выделяя скачки уровней синфазной и квадратурной компонент, соответствующие фронтам отраженных сигналов. По вычисленным значениям амплитуд и фаз отраженных сигналов процессор ММТ рассчитывает поправки к измерениям задержки и фазы несущей, которые он вводит в петли слежения за задержкой и фазой с помощью сумматоров 58 и 56 соответственно.The reflected signal suppression system includes a combination of
Недостатками приемника-аналога [9] (Рис. 1) являются:The disadvantages of the analog receiver [9] (Fig. 1) are:
- отсутствие средств формирования сырых измерений фазы, пригодных для использования в дифференциально-фазовых системах, в том числе, нет точного определения момента оцифровки фаз;- the lack of means of forming raw phase measurements suitable for use in differential-phase systems, including, there is no exact determination of the moment of phase digitization;
- оценка фазы, основанная на использовании только части сигнала, попадающей в строб, т.е. содержащейся в малой части символа кода, характеризуется повышенной случайной ошибкой по сравнению с устройствами, использующими полный сигнал, содержащийся в целом символе кода;- phase estimation based on using only the part of the signal falling into the strobe, i.e. contained in a small part of the code symbol is characterized by an increased random error compared to devices using the full signal contained in the whole code symbol;
- вследствие ограниченности полосы пропускания радиочастотного тракта, фронты прямого и отраженных сигналов не являются идеально крутыми, что также приводит к увеличению случайных ошибок оценки фазы.- due to the limited bandwidth of the radio frequency path, the edges of the direct and reflected signals are not perfectly steep, which also leads to an increase in random errors in the phase estimation.
Наиболее близким из известных решений является способ (прототип) [11] (Рис. 2), в котором осуществляется формирование вектора корреляций входного сигнала с совокупностью опорных передаваемых сигналов, перекрывающих область возможных моментов появления прямого и отраженного сигналов. Подавление отраженных сигналов осуществляется путем вычитания копий отраженных сигналов из входной смеси, а получение этих копий основано на совместной оценке совокупности случайных параметров всего входного сигнала, представляемого в видеThe closest known solution is the method (prototype) [11] (Fig. 2), in which the formation of the correlation vector of the input signal with a set of reference transmitted signals overlapping the region of possible moments of the appearance of the direct and reflected signals is carried out. The suppression of reflected signals is carried out by subtracting copies of the reflected signals from the input mixture, and obtaining these copies is based on a joint assessment of the set of random parameters of the entire input signal, presented in the form
Здесь А - комплексная амплитуда прямого сигнала,Here A is the complex amplitude of the direct signal,
τ - момент прихода сигнала (задержка прямого сигнала),τ is the moment of arrival of the signal (delay of the direct signal),
αi - комплексные амплитуды отдельных составляющих отраженного сигнала, имеющих задержки i⋅Δ, причем Δ - минимально различимая задержка между составляющими, принимаемая равной периоду дискретизации сигнала;α i are the complex amplitudes of the individual components of the reflected signal having delays i⋅Δ, and Δ is the minimum distinguishable delay between the components, taken equal to the sampling period of the signal;
n(t) - внутренний шум приемника.n (t) is the internal noise of the receiver.
Согласно синтезу оптимального алгоритма наилучшая среднеквадратичная оценка вектора α, составленного из весов отраженных сигналов αi i=1…L, получаемая для каждого значения τ из диапазона неопределенности при фиксированном значении А, равнаAccording to the synthesis of the optimal algorithm, the best mean-square estimate of the vector α, composed of the weights of the reflected signals α i i = 1 ... L, obtained for each value of τ from the uncertainty range for a fixed value of A, is
где К - матрица коэффициентов размером L×L, определяемая формой сигнала, уровнем внутренних шумов и априорной информацией о величине комплексных амплитуд прямого и отраженного сигналов,where K is a matrix of coefficients of size L × L, determined by the waveform, the level of internal noise and a priori information about the magnitude of the complex amplitudes of the direct and reflected signals,
qτ - вектор длиной L, содержащий отсчеты сигнала на выходе коррелятора, вычисленные для соответствующих значений задержки сигнала τ+Δ, …, τ+L⋅Δ.q τ is a vector of length L containing the signal samples at the output of the correlator calculated for the corresponding signal delay values τ + Δ, ..., τ + L⋅Δ.
Таким образом, вектор комплексных амплитуд отраженных сигналов в [11] получают в виде линейной комбинации L последовательных по задержке выходов коррелятора, а алгоритм оценки задержки сигнала сводят к поиску максимума функционалаThus, the vector of complex amplitudes of the reflected signals in [11] is obtained in the form of a linear combination of L consecutive delay outputs of the correlator, and the algorithm for estimating the signal delay is reduced to finding the maximum functional
где q0 - отсчет сигнала на выходе коррелятора для задержки τ,where q 0 - reference signal at the output of the correlator for the delay τ,
а - вектор длиной L, учитывающий взаимную корреляцию прямого и отраженных сигналов с задержками Δ, …, L⋅Δ относительно прямого,a is a vector of length L, taking into account the mutual correlation of the direct and reflected signals with delays Δ, ..., L⋅Δ relative to the direct,
К0 - весовой коэффициент.To 0 is the weight coefficient.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
- для расчета матрицы К и оценки отраженных сигналов по формуле (2), а далее для оценки задержки прямого сигнала по формуле (3) необходима априорная информация о величине комплексных амплитуд прямого и отраженного сигналов;- to calculate the matrix K and estimate the reflected signals by the formula (2), and then to estimate the delay of the direct signal by the formula (3), a priori information is needed on the magnitude of the complex amplitudes of the direct and reflected signals;
- для вычисления вектора а и далее для оценки задержки прямого сигнала по формуле (3) необходима априорная информация о взаимной корреляции прямого и отраженных сигналов;- to calculate the vector a and further for estimating the delay of the direct signal according to formula (3), a priori information is needed on the mutual correlation of the direct and reflected signals;
- поиск максимума функционала (3) осуществляется с помощью итерационных процедур, которые связаны с большими затратами времени и вычислительных ресурсов;- the search for the maximum of functional (3) is carried out using iterative procedures, which are associated with large expenditures of time and computing resources;
- в алгоритме Рис. 2 отсутствует формирование сырых измерений фазы прямого сигнала, что требуется для дифференциально-фазовых измерений местоположения.- in the algorithm of Fig. 2 there is no formation of raw measurements of the direct signal phase, which is required for differential phase measurements of the location.
Предлагаемым изобретением решается задача оптимального неитерационного оценивания фазы прямого сигнала и формирования сырых фазовых измерений, необходимых для дифференциально-фазовых систем определения местоположения в условиях воздействия шумов и мешающих отражений без необходимости априорной информации о величине комплексных амплитуд прямого и отраженного сигналов и о их взаимной корреляции. Для достижения этого технического результата предлагается новый способ оценивания фазы навигационного сигнала, основанный на применении метода максимального правдоподобия [12], который сводится к минимизации функционала:The present invention solves the problem of optimal non-iterative estimation of the direct signal phase and the formation of crude phase measurements necessary for differential-phase positioning systems under the influence of noise and interfering reflections without the need for a priori information about the magnitude of the complex amplitudes of the direct and reflected signals and their mutual correlation. To achieve this technical result, a new method is proposed for estimating the phase of the navigation signal, based on the application of the maximum likelihood method [12], which reduces to minimizing the functional:
где x(t) - комплексный сигнал на выходе радиочастотной части предлагаемого приемника (Рис. 3), представляющий собой аддитивную смесь прямого навигационного сигнала, отраженных сигналов и гауссова шума;where x (t) is the complex signal at the output of the radio frequency part of the proposed receiver (Fig. 3), which is an additive mixture of the direct navigation signal, reflected signals and Gaussian noise;
r(t-τk)⋅ej(ωt+ϕ) - реплика сигнала на входе к-го подканала коррелятора;r (t-τ k ) ⋅e j (ωt + ϕ) is the replica of the signal at the input of the k-th subchannel of the correlator;
wk, k=0,…L - неизвестные комплексные амплитуды сигналов, приходящих с задержками τk, причем w0 соответствует прямому навигационному сигналу.w k , k = 0, ... L are the unknown complex amplitudes of the signals arriving with delays τ k , and w 0 corresponds to the direct navigation signal.
Кроме вышеупомянутого нового способа, в настоящем изобретении предлагается устройство для его реализации, которое содержит регистр весовых коэффициентов, сдвиговый регистр копии, вход которого соединен с выходом опережающей копии генератора дальномерного кода, совокупность М смесителей кода, у каждого из которых первый вход соединен с сигнальным входом устройства подавления мешающих отражений, а второй вход m-го смесителя кода соединен с m-й ячейкой сдвигового регистра, совокупность М накапливающих сумматоров, причем вход m-го накапливающего сумматора соединен с выходом m-го смесителя кода, совокупность М перемножителей, причем первый вход m-го перемножителя соединен с выходом m-го накапливающего сумматора, а второй вход m-го перемножителя соединен с выходом m-й ячейки регистра весовых коэффициентов, и М-входовой сумматор, входы которого соединены с выходами перемножителей, а выход является выходом устройства подавления мешающих отражений при оценке фазы.In addition to the above-mentioned new method, the present invention proposes a device for its implementation, which contains a register of weighting coefficients, a shift register of the copy, the input of which is connected to the output of the leading copy of the rangefinder code generator, a set of M code mixers, each of which has a first input connected to a signal input interfering reflection suppression devices, and the second input of the mth code mixer is connected to the mth cell of the shift register, the set M of accumulating adders, the input of the mth accumulating the adder is connected to the output of the m-th code mixer, the set of M multipliers, the first input of the m-th multiplier connected to the output of the m-th accumulating adder, and the second input of the m-th multiplier connected to the output of the m-th register of the weight coefficients, and M-input adder, the inputs of which are connected to the outputs of the multipliers, and the output is the output of the device for suppressing interfering reflections when evaluating the phase.
Кроме того, в настоящем изобретении предлагается приемник спутниковой навигации, в котором вышеупомянутое устройство используется для оценивания фазы с подавлением мешающих отражений многолучевого распространения, и который содержит задающий генератор, генератор временной шкалы, вход которого соединен с выходом задающего генератора, последовательно соединенные радиочастотный преобразователь, вход которого образует сигнальный вход приемника, многоканальный цифровой коррелятор, многоканальное устройство цифровой обработки корреляционных отсчетов и навигационный процессор, вход которого соединен с выходом многоканального устройства цифровой обработки корреляционных отсчетов, причем каждый канал цифрового коррелятора содержит генератор несущей, смеситель несущей, генератор кода, смеситель кода и интегратор, а каждый канал многоканального устройства цифровой обработки корреляционных отсчетов содержит систему слежения за задержкой, фазовый дискриминатор и систему слежения за фазой, отличающийся тем, что в каждый канал многоканального коррелятора дополнительно вводится устройство подавления мешающих отражений при оценке фазы, первый вход которого является сигнальным и соединен с выходом смесителя несущей, второй вход соединен с выходом опережающей копии генератора дальномерного кода, и выход соединен с входом фазового дискриминатора многоканального устройства цифровой обработки корреляционных отсчетов, а в каждый канал многоканального устройства цифровой обработки корреляционных отсчетов дополнительно вводится модуль формирования фазовых измерений, первый вход которого соединен с фазовым выходом системы слежения за фазой, второй вход соединен с выходом частоты системы слежения за фазой, третий вход соединен с выходом оцифровки времени системы слежения за фазой, четвертый вход соединен с выходом генератора временной шкалы приемника, а выход соединен с входом навигационного процессора.In addition, the present invention provides a satellite navigation receiver in which the aforementioned device is used for phase estimation with suppression of interfering multipath reflections, and which comprises a master oscillator, a timeline generator, the input of which is connected to the output of the master oscillator, a radio frequency converter connected in series, an input which forms the signal input of the receiver, multi-channel digital correlator, multi-channel device for digital processing of correl samples and a navigation processor, the input of which is connected to the output of a multi-channel device for digital processing of correlation samples, each channel of the digital correlator contains a carrier generator, carrier mixer, code generator, code mixer and integrator, and each channel of a multi-channel device for digital processing of correlation samples contains a tracking system delay, phase discriminator and phase tracking system, characterized in that in each channel of the multichannel correlator an additional but an interfering reflection suppression device is introduced when evaluating the phase, the first input of which is a signal input and connected to the output of the carrier mixer, the second input is connected to the output of the leading copy of the ranging code generator, and the output is connected to the input of the phase discriminator of the multichannel device for digital processing of correlation samples, and in each the channel of the multichannel device for digital processing of correlation samples is additionally introduced a module for generating phase measurements, the first input of which is connected to zovym output by phase tracking system, a second input connected to the output frequency of the phase of the tracking system, a third input coupled to the output time of digitizing the phase of a tracking system, a fourth input connected to the output of the receiver timeline generator, and an output coupled to the input of navigation processor.
В предлагаемом способе функционал (4) представляется в виде:In the proposed method, the functional (4) is represented in the form:
где:Where:
Условие минимума функционала (5):The minimum condition for functional (5):
Уравнение (8) представляется в виде:Equation (8) is represented as:
где:Where:
R={Rkm} - теплицева матрица, соответствующая автокорреляционной функции дальномерного кода;R = {R km } is the Toeplitz matrix corresponding to the autocorrelation function of the rangefinder code;
w={wk} - вектор неизвестных комплексных амплитуд сигналов;w = {w k } is the vector of unknown complex signal amplitudes;
ρ={ρk} - вектор комплексных выходных сигналов подканалов коррелятора, причем его среднее значение равно R⋅w.ρ = {ρ k } is the vector of the complex output signals of the correlator subchannels, and its average value is equal to R⋅w.
Оптимальная по критерию максимального правдоподобия оценка комплексных амплитуд сигналов определяется из (9) как:Optimal according to the criterion of maximum likelihood, an estimate of the complex amplitudes of the signals is determined from (9) as:
где Where
Элемент вектора w с индексом k=0 представляет комплексную амплитуду прямого навигационного сигнала. Из (10) следует формула для его вычисления:The vector element w with index k = 0 represents the complex amplitude of the direct navigation signal. From (10) follows the formula for its calculation:
где q - первая строка матрицы Q, т.е. qm=Q0m, m=0, …, L.where q is the first row of the matrix Q, i.e. q m = Q 0m , m = 0, ..., L.
Аргумент ϕ комплексного значения w0=r⋅еjϕ, вычисленного по (12), является значением фазы прямого навигационного сигнала, которое требовалось определить. Предлагаемый способ формирования оценки комплексной амплитуды (12) не требует априорных сведений о величине комплексных амплитуд прямого и отраженных сигналов и о их взаимной корреляции. Предлагаемый способ не требует каких-либо итераций для формирования оценки комплексных амплитуд сигналов. Оценки (10), (12) являются несмещенными, т.е. при отсутствии случайных шумов оценка прямого сигнала (12) в точности равна истинной комплексной амплитуде прямого сигнала независимо от интенсивности отраженных сигналов. Кроме того, при наличии случайных шумов информационная матрица Фишера [13] вероятностного распределения вектора ρ с параметром w равна I=R, как это следует из (7), следовательно, как известно из [13], нижняя граница дисперсии оценки параметра w0 равна , т.е. равна . С другой стороны, ковариационная матрица оценки вектора w из (10) равна R-1, т.е. оценка (10) имеет минимальную дисперсию среди несмещенных оценок, т.е. является наиболее точной среди всех возможных оценок.The argument ϕ of the complex value w 0 = r⋅е jϕ calculated according to (12) is the phase value of the direct navigation signal that was to be determined. The proposed method for forming an estimate of the complex amplitude (12) does not require a priori information about the magnitude of the complex amplitudes of the direct and reflected signals and their mutual correlation. The proposed method does not require any iteration to form an estimate of the complex amplitudes of the signals. Estimates (10), (12) are unbiased, i.e. in the absence of random noise, the estimate of the direct signal (12) is exactly equal to the true complex amplitude of the direct signal, regardless of the intensity of the reflected signals. In addition, in the presence of random noise, the Fisher information matrix [13] of the probability distribution of the vector ρ with the parameter w is equal to I = R, as follows from (7), therefore, as is known from [13], the lower bound of the variance of the estimate of the parameter w 0 is , i.e. is equal to . On the other hand, the covariance matrix for estimating the vector w from (10) is equal to R -1 , i.e. estimate (10) has minimal variance among unbiased estimates, i.e. is the most accurate of all possible estimates.
На Рис. 3…7 приведен пример формирования оценки фазы прямого навигационного сигнала на фоне мешающего отраженного сигнала в следующих условиях:In Fig. 3 ... 7 shows an example of the formation of an estimate of the phase of a direct navigation signal against a background of an interfering reflected signal under the following conditions:
- полоса пропускания радиочастотного тракта достаточно широкая по сравнению со спектром навигационного сигнала, так что автокорреляционная функция навигационного сигнала считается идеальным треугольником;- the passband of the radio frequency path is wide enough in comparison with the spectrum of the navigation signal, so that the autocorrelation function of the navigation signal is considered an ideal triangle;
- шаг панорамы по задержке =0.1 длительности символа дальномерного кода GPS (длительности чипа GPS);- delay panorama step = 0.1 symbol duration of the GPS ranging code (GPS chip duration);
- количество параллельных подканалов по задержке L+1=26;- the number of parallel subchannels by delay L + 1 = 26;
- задержка отраженного сигнала относительно прямого =0.1 длительности чипа;- delay of the reflected signal relative to the direct = 0.1 chip duration;
- амплитуда отраженного сигнала =0.8 амплитуды прямого;- amplitude of the reflected signal = 0.8 of the amplitude of the direct;
- фаза прямого сигнала =0.2 цикла =72°;- phase of the direct signal = 0.2 cycle = 72 °;
- фаза отраженного сигнала =0.45 цикла =162°.- phase of the reflected signal = 0.45 cycles = 162 °.
В этом примере шумы на входе приемника не учитываются, чтобы сделать более ясным воздействие мешающего отраженного сигнала.In this example, the noise at the receiver input is not taken into account to make the effect of the interfering reflected signal clearer.
Действительная и мнимая компоненты смеси прямого и отраженного сигналов на выходе коррелятора, а также модуль комплексного сигнала на выходе коррелятора приведены на Рис. 3, а на Рис. 4 приведен тот же комплексный сигнал в виде модуля и фазы, на нем видны значительные искажения фаза корреляционных отсчетов (до 0.1 цикла и более). На Рис. 5 приведена матрица Q, рассчитанная по (11), а на Рис. 6 - ее первая строка q, которая используется в (12).The real and imaginary components of the mixture of direct and reflected signals at the output of the correlator, as well as the module of the complex signal at the output of the correlator are shown in Fig. 3a in Fig. Figure 4 shows the same complex signal in the form of a module and a phase; it shows significant distortions in the phase of correlation samples (up to 0.1 cycles or more). In Fig. Figure 5 shows the matrix Q calculated according to (11), and Fig. 6 - its first line q, which is used in (12).
Результаты расчета по (10) представлены на Рис. 7, из которого видно, что оценка фазы, соответствующая τk=0, в точности равна истинной фазе прямого сигнала, несмотря на значительные искажения фазы необработанных корреляционных интегралов (до 0.1 цикла и более), которые видны на Рис. 4. Таким образом, искажающее воздействие отраженного сигнала на оценку фазы прямого сигнала полностью устранено и предлагаемый способ обеспечивает точную оптимальную неитерационную оценку фазы прямого сигнала в условиях воздействия шумов и мешающих отражений без необходимости априорной информации о величине комплексных амплитуд прямого и отраженного сигналов и о их взаимной корреляции.The calculation results according to (10) are presented in Fig. 7, from which it can be seen that the phase estimate corresponding to τ k = 0 is exactly equal to the true phase of the direct signal, despite the significant phase distortions of the raw correlation integrals (up to 0.1 cycles or more), which are visible in Fig. 4. Thus, the distorting effect of the reflected signal on the estimation of the phase of the direct signal is completely eliminated and the proposed method provides an accurate optimal non-iterative estimation of the phase of the direct signal in the presence of noise and interfering reflections without the need for a priori information about the magnitude of the complex amplitudes of the direct and reflected signals and their mutual correlations.
Устройство оценивания фазы с подавлением мешающих отражений, реализующее предложенный выше способ, показано на Рис. 8. Входной сигнал x(t)⋅e-jωt в L+1 перемножителях 103 умножается на копии псевдослучайного дальномерного кода r(t-τm), m=0, …, L, получаемые на сдвиговом регистре 102 из кода r(t), соответствующего прямому навигационному сигналу. В аккумуляторах 104 формируются значения комплексных корреляционных интегралов ρm (5), m=0, …, L, которые в умножителях 105 умножаются на действительные коэффициенты qm, хранящиеся в регистрах 106, а результаты перемножений qm⋅ρm суммируются в сумматоре 107. Таким образом, максимально правдоподобная оценка комплексной амплитуды прямого сигнала получается на выходе сумматора 107 в соответствии с (12), а аргумент комплексной амплитуды на выходе сумматора 107 представляет собой оценку фазы прямого навигационного сигнала, «очищенную» от мешающих отражений многолучевого распространения.A phase estimator with suppression of interfering reflections that implements the method proposed above is shown in Fig. 8. The input signal x (t) ⋅e -jωt in L + 1
Предлагаемый приемник спутниковой навигации 201 с устройством подавления мешающих отражений многолучевого распространения при оценке фазы (Рис. 9) содержит последовательно соединенные радиочастотный преобразователь 204, многоканальный коррелятор 211 (на Рис. 9 показан только один канал коррелятора), блоки цифровой обработки корреляционных данных 220 (на Рис. 9 показан только один такой блок) и навигационный процессор 232, причем работа всех составных частей синхронизируется от одного задающего генератора 203. Кроме того, в приемнике имеется генератор временной шкалы 231, выход которого используется для оцифровки моментов времени, к которым относятся сырые измерения и данные навигационных определений. Приемник работает следующим образом. Сигнал, принятый антенной 202, подается на радиочастотный блок 204, который его усиливает, фильтрует, выполняет преобразование на более низкие частоты и преобразует в цифровую форму. Все вышеуказанные операции в приемнике 201 полностью аналогичны тем, которые выполняются в приемнике-аналоге и приемнике-прототипе. Оцифрованный сигнал подвергается корреляционной обработке в многоканальном корреляторе 211.The proposed
Каждый канал многоканального коррелятора может быть настроен на частоту и код одного спутника в одном частотном диапазоне. Для этого входной дискретизированный по времени комплексный сигнал x(t) в умножителе 207 умножается на комплексный опорный сигнал e-jωt, частота которого с высокой точностью выравнена с частотой прямого навигационного сигнала данного спутника. Полученный в результате сигнал y(t)=x(t)⋅e-jωt умножается на дальномерный код данного спутника в умножителе 208 и интегрируется в аккумуляторе 209, выход которого обычным образом обрабатывается и фильтруется в системе слежения за задержкой 221 в блоке цифровой обработки корреляционных данных 220 данного спутника, а отфильтрованные данные управляют генератором кода 206, обеспечивая замкнутую обратную связь петли слежения за задержкой. Параллельно с этим, сигнал y(t)=x(t)⋅e-jωt подается на вход устройства оценивания фазы 101, на другой вход которого подается сигнал копии дальномерного кода от генератора кода 206. Выходной комплексный сигнал блока 101, "очищенный" от мешающих отражений, обрабатывается в фазовом дискриминаторе 222, по результатам которого в системе слежения за фазой 223 вырабатываются сглаженные оценки фазы ϕ и частоты ω. Сглаженная частота ω используется обычным образом для управления генератором несущей 205, обеспечивая замкнутую обратную связь петли слежения за фазой несущей.Each channel of the multi-channel correlator can be tuned to the frequency and code of one satellite in the same frequency range. For this, the input time-discrete complex signal x (t) in the
В каждом блоке цифровой обработки корреляционных данных 220 имеется также модуль формирования фазовых измерений (МФФИ) 224 (Рис. 10), в котором на основе сглаженных оценок фазы ϕ, частоты ω, оцифрованного значения момента считывания корреляционных данных ti и с использованием данных генератора шкалы времени приемника tr 231 вырабатывается измерение фазы несущей ψ, приведенное к заданному моменту tr по шкале времени приемника. Все данные, полученные на выходе блока цифровой обработки корреляционных данных 220, передаются в навигационный процессор 232, в котором осуществляется решение навигационной задачи и передача потребителю сообщений, содержащих координаты, компоненты вектора скорости навигационных определений и сырые измерения псевдодальностей и псевдодопплеровских фаз.In each block of digital processing of
Заявляемый приемник и устройство оценивания фазы с подавлением мешающих отражений состоят из функциональных блоков, устройство которых широко известно в области спутниковой навигации. Например, различные методы реализации радиочастотного преобразователя 204 описаны в [14], [15] и [16], в заявляемом приемнике может быть использована любая из микросхем, описанных в [15]. Устройства ССЗ 221 и ССФ 223 также хорошо известны из [14], а различные способы формирования фазовых измерений в блоке 224 подробно рассмотрены в [5]. В качестве навигационного процессора 232 могут быть использованы, например, различные микропроцессорные ядра, разработанные компанией ARM Limited. В качестве задающего генератора 203 может быть использована любая из выпускаемых различными компаниями микросхем ТСХО или кварцевых генераторов, в качестве генератора временной шкалы 231 - любые из выпускаемых электронной промышленностью микросхем двоичных счетчиков.The inventive receiver and a phase estimator with suppression of interfering reflections consist of functional blocks, the device of which is widely known in the field of satellite navigation. For example, various implementation methods of the
Предлагаемый приемник спутниковой навигации с устройством оценивания фазы с подавлением мешающих отражений обеспечивает решение технической задачи исключения ошибок фазовых измерений, вызванных отраженными сигналами, без затрат времени и ресурсов на выполнение итерационных процессов и без необходимости априорной информации о величине комплексных амплитуд прямого и отраженного сигналов и о их взаимной корреляции.The proposed satellite navigation receiver with a phase estimator with suppression of interfering reflections provides a solution to the technical problem of eliminating phase measurement errors caused by reflected signals, without spending time and resources on iterative processes and without the need for a priori information about the magnitude of the complex amplitudes of the direct and reflected signals and their cross-correlation.
На Рис. 1 представлена функциональная схема приемника-аналога.In Fig. 1 shows a functional diagram of a receiver-analogue.
На Рис. 2 представлена функциональная схема приемника-прототипа.In Fig. 2 presents a functional diagram of the receiver of the prototype.
На Рис. 3 представлены пример смеси прямого и отраженного сигналов на выходе коррелятора, действительная часть, мнимая часть и модуль.In Fig. Figure 3 presents an example of a mixture of direct and reflected signals at the output of the correlator, the real part, imaginary part and module.
На Рис. 4 представлена та же смесь прямого и отраженного сигналов, как на Рис. 3, но в виде модуля и аргумента комплексных корреляционных интегралов.In Fig. Figure 4 presents the same mixture of direct and reflected signals as in Fig. 3, but in the form of a module and an argument of complex correlation integrals.
На Рис. 5 представлена матрица R-1 рассматриваемого примера.In Fig. 5 shows the matrix R -1 of the considered example.
На Рис. 6 представлен вектор весовых коэффициентов q={qm} рассматриваемого примера.In Fig. Figure 6 shows the vector of weights q = {q m } of the considered example.
На Рис. 7 представлены результаты расчета оценок модуля и аргумента комплексных амплитуд прямого (при к=0) и отраженных сигналов.In Fig. 7 presents the results of calculating the estimates of the modulus and argument of the complex amplitudes of the direct (at k = 0) and reflected signals.
На Рис. 8 представлена функциональная схема заявляемого устройства подавления мешающих отражений при оценке фазы.In Fig. 8 presents a functional diagram of the inventive device for suppressing interfering reflections during phase evaluation.
На Рис. 9 представлена функциональная схема заявляемого приемника спутниковой навигации с устройством подавления мешающих отражений при оценке фазы.In Fig. 9 is a functional diagram of the inventive satellite navigation receiver with a device for suppressing interfering reflections during phase estimation.
На Рис. 10 представлен пример функциональной схемы модуля формирования фазовых измерений.In Fig. 10 is an example of a functional diagram of a phase measurement forming unit.
Источники информацииInformation sources
1. "Глобальная Навигационная Спутниковая Система - ГЛОНАСС. Интерфейсный контрольный документ (редакция 5.1). РНИИКП 2008"1. "Global Navigation Satellite System - GLONASS. Interface control document (version 5.1). RNIIKP 2008"
2. Interface Specification IS-GPS-200, rev. H, 2013.2. Interface Specification IS-GPS-200, rev. H, 2013.
3. Galileo Open Service Signal In Space Interface Control Document, issue 1.1, Sept.2010.3.Galileo Open Service Signal In Space Interface Control Document, issue 1.1, Sept. 2010.
4. BDS-SIS-ICD-B1I-1.0, Dec.2012.4. BDS-SIS-ICD-B1I-1.0, Dec.2012.
5. Поваляев A.A. Спутниковые радионавигационные системы: время, показания часов, формирование измерений и определение относительных координат. - М.: Радиотехника, 2008.5. Povalyaev A.A. Satellite radio navigation systems: time, clock readings, formation of measurements and determination of relative coordinates. - M.: Radio Engineering, 2008.
6. Garin L., Van Diggelen F. and Rousseau J.M. "Strobe and Edge Correlator Multipath Mitigation for Code", proceedings of ION GPS-96, Kansas City, September 17-20.6. Garin L., Van Diggelen F. and Rousseau J.M. "Strobe and Edge Correlator Multipath Mitigation for Code", proceedings of ION GPS-96, Kansas City, September 17-20.
7. Garin L. and Rousseau J.M. Enhanced Strobe Correlator, Proceedings of ION GPS-97, Kansas City, September 16-19.7. Garin L. and Rousseau J.M. Enhanced Strobe Correlator, Proceedings of ION GPS-97, Kansas City, September 16-19.
8. Townsend, В., et al, (1995) "Performance evaluation of the multipath estimating delay lock loop," Navigation: Journal of the Institute of Navigation, vol 42, no 3, Fall, pp. 503-514.8. Townsend, B., et al, (1995) "Performance evaluation of the multipath estimating delay lock loop," Navigation: Journal of the Institute of Navigation,
9. Fenton P.C, Apparatus for and Method of Making Pulse-Shape measurements. US Pat. No. 8,467,433 B2, Jun. 18, 2013.9. Fenton P.C., Apparatus for and Method of Making Pulse-Shape Measurements. US Pat. No. 8,467,433 B2, Jun. 18, 2013.
10. J.k. Ray, M.E. Cannon. Characterization of GPS Carrier Phase Multipath. ION NTM-99, San Diego, January 25-27.10. J.k. Ray, M.E. Cannon. Characterization of GPS Carrier Phase Multipath. ION NTM-99, San Diego, January 25-27.
11. Мун Вэнг Джин (KR), Донгвук Ким (KR), Джае Чэн Чанг (KR), Харисов В.Н. (RU), Ефименко B.C. (RU), Булавский Н.Т. (RU), Иванов В.И. (RU), Емец С.В. (RU), Третьяков А.Н. (RU). Способ синхронизации радиосигнала. Патент РФ №2278470 С2, 20.06.2006.11. Moon Wang Jin (KR), Dongwook Kim (KR), Jae Cheng Chang (KR), Kharisov V.N. (RU), Efimenko B.C. (RU), Bulavsky N.T. (RU), Ivanov V.I. (RU), Yemets S.V. (RU), Tretyakov A.N. (RU). A method of synchronizing a radio signal. RF patent No. 2278470 C2, 06.20.2006.
12. Б.Р. Левин. Теоретические основы статистической радиотехники. М., Сов. радио, 1968.12. B.R. Levin. Theoretical foundations of statistical radio engineering. M., Sov. radio, 1968.
13. М. Кендалл, А. Стьюарт. Статистические выводы и связи. М., Наука, 1973.13. M. Kendall, A. Stewart. Statistical conclusions and relationships. M., Science, 1973.
14. Van Dierendonck, A.J., "GPS Receivers," in: Global Positioning System: Theory and Applications, Vol I, Parkinson, B.W. and Spilker, J.J. Jr., eds., American Institute of Aeronautics and Astronautics, Washington, 1996, pp. 329-407.14. Van Dierendonck, A.J., “GPS Receivers,” in: Global Positioning System: Theory and Applications, Vol I, Parkinson, B.W. and Spilker, J.J. Jr., eds., American Institute of Aeronautics and Astronautics, Washington, 1996, pp. 329-407.
15. D.K. Shaeffer, T.H. Lee. The Design and Implementation of Low-Power CMOS Radio Receivers. Kluwer Academic Publishers, Boston/Dordrecht/London, 1999.15. D.K. Shaeffer, T.H. Lee The Design and Implementation of Low-Power CMOS Radio Receivers. Kluwer Academic Publishers, Boston / Dordrecht / London, 1999.
16. Raymond A. Eastwood "An Integrated GPS/Glonass receiver". - "Navigation" (USA), 1990, 2, - pp. 141-151.16. Raymond A. Eastwood "An Integrated GPS / Glonass receiver". - "Navigation" (USA), 1990, 2, - pp. 141-151.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016122452A RU2625804C1 (en) | 2016-06-07 | 2016-06-07 | Method of estimating navigation signal phase on background of interfering reflections of multipath distribution and navigation receiver with device for suppressing interfering reflections in phase estimation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016122452A RU2625804C1 (en) | 2016-06-07 | 2016-06-07 | Method of estimating navigation signal phase on background of interfering reflections of multipath distribution and navigation receiver with device for suppressing interfering reflections in phase estimation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2625804C1 true RU2625804C1 (en) | 2017-07-19 |
Family
ID=59495355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016122452A RU2625804C1 (en) | 2016-06-07 | 2016-06-07 | Method of estimating navigation signal phase on background of interfering reflections of multipath distribution and navigation receiver with device for suppressing interfering reflections in phase estimation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2625804C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2737948C1 (en) * | 2020-02-18 | 2020-12-07 | Александр Ефимович Фридман | Method of detecting, estimating parameters and suppressing imitation interference and navigation receiver with device for detecting, estimating parameters and suppressing interference |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008085220A2 (en) * | 2006-10-19 | 2008-07-17 | Datagrid, Inc. | L1/l2 gps receiver with programmable logic |
| CN102213766A (en) * | 2010-04-01 | 2011-10-12 | 开曼晨星半导体公司 | Method and device for avoiding multi-path errors in satellite navigation receiver |
-
2016
- 2016-06-07 RU RU2016122452A patent/RU2625804C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008085220A2 (en) * | 2006-10-19 | 2008-07-17 | Datagrid, Inc. | L1/l2 gps receiver with programmable logic |
| CN102213766A (en) * | 2010-04-01 | 2011-10-12 | 开曼晨星半导体公司 | Method and device for avoiding multi-path errors in satellite navigation receiver |
| RU2432585C1 (en) * | 2010-04-01 | 2011-10-27 | Мстар Семикондактор, Инк. | Method of suppressing multipath errors in satellite navigation receiver |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2737948C1 (en) * | 2020-02-18 | 2020-12-07 | Александр Ефимович Фридман | Method of detecting, estimating parameters and suppressing imitation interference and navigation receiver with device for detecting, estimating parameters and suppressing interference |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110418979B (en) | Global Navigation Satellite System (GNSS) Signal Tracking | |
| US10018731B2 (en) | Processor for a radio receiver | |
| WO2019027726A1 (en) | Gps-based navigation system a nonlinear discrete-time tracking filter | |
| CN107817506B (en) | Cepstrum-Based Multipath Suppression for Spread Spectrum Radio Communication Signals | |
| KR102747771B1 (en) | System and method for providing multipath mitigation in global navigation satellite system receiver | |
| US8907844B2 (en) | Dual frequency receiver for satellite based positioning and associated method of reception | |
| CN104422939B (en) | Method and apparatus for being associated with the signal received from navigational satellite system | |
| JP2017063411A (en) | Wireless communication unit, integrated circuit, satellite communication system, and ionospheric group delay correction method | |
| Tamazin et al. | A new high-resolution GPS multipath mitigation technique using fast orthogonal search | |
| RU2625804C1 (en) | Method of estimating navigation signal phase on background of interfering reflections of multipath distribution and navigation receiver with device for suppressing interfering reflections in phase estimation | |
| KR100687243B1 (en) | Code Tracking Loop and Multipath Error Elimination Method for Multipath Error Elimination | |
| RU2341898C2 (en) | Receiver of satellite navigation with device for quick searching of navigation signals under conditions of object high dynamics | |
| CN111308521B (en) | Code phase estimation and pseudo-range measurement method and device of GNSS (Global navigation satellite System), and terminal | |
| RU2737948C1 (en) | Method of detecting, estimating parameters and suppressing imitation interference and navigation receiver with device for detecting, estimating parameters and suppressing interference | |
| RU227214U1 (en) | Navigation processor chip | |
| CN114981675B (en) | System and method for determining time of flight using classification of both code and phase in a received signal | |
| RU2278470C2 (en) | Method for synchronization of radio signal | |
| RU2419809C1 (en) | Method of measuring interperiod factor of passive interference correlation | |
| JP2014041025A (en) | Multi-path estimation device, multi-path detection device, gnss receiver, multi-path estimation method, information terminal appliance and multi-path estimation program | |
| Brahim et al. | An MCMC algorithm for BOC and AltBOC signaling acquisition in multipath environments | |
| Fridman | Estimation of navigation signal carrier phase in multipath environment | |
| Pany et al. | Analysis of the Ionospheric Influence on Signal Propagation and Tracking of Binary Offset Carrier (BOC) Signals For Galileo And GPS | |
| Jwo et al. | Multipath Parameter Estimation Using the Unscented Particle Filter Based Code Tracking Loop for Non-Gaussian Noises | |
| TWI394974B (en) | Frequency tracking method and associated apparatus applied to positioning system | |
| Djogatović et al. | GNSS Signal Simulation and a Multipath Delay Estimation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180608 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200114 |