GNSS接收机多径抑制技术研究

摘要

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)因其具有全球覆盖、全天候、高精度、自动化、高效率等特点而被广泛使用。然而由于轨道误差、卫星时钟偏差、电离层延迟、对流层延迟、干扰和多径效应等GNSS信号误差源的影响，降低了GNSS接收机的定位精度。随着GNSS的增强和现代化程度的提高，可以通过模型改正或差分系统将许多误差源基本消除，剩下多径成为重要的、有时甚至是支配性的误差源。
　　多径效应是指接收机除接收到卫星信号的直射波之外，还接收到该直射波的一份甚至是多份反射波的现象，多径在不同时间、不同地方通常表现出不同的特征。由于多径误差与接收机所处实时环境密切相关，无法利用差分技术有效消除，因此多径误差成为影响卫星导航系统定位精度的主要因素之一。
　　本文主要针对 GNSS接收机中的多径抑制技术展开研究，所做的主要研究工作如下：
　　1、分析了卫星导航系统多径信号的特点以及多径效应形成机理，分别建立了静态条件下和动态条件下的多径效应模型，重点研究了接收机码跟踪延迟锁定环(Delay Lock Loop，DLL)的数学模型，详细推导了多径效应对GNSS接收机码跟踪环路和载波跟踪环路的影响。
　　2、分析了目前常用的消除多径干扰的信号处理技术，主要有窄相关延迟锁定环、Strobe相关器以及多径估计延迟锁定环(MEDLL)等，并讨论了这些多径抑制技术的优缺点。本文在最大似然多径估计技术的基础上，提出了一种基于多相关器的多径估计技术，并分别仿真了无噪声条件下和AWGN信道下该算法的估计性能，仿真结果表明其能在较高信噪比条件下，对直射信号和多径信号的延迟、幅度等参数进行较精确的估计。
　　3、针对现有多径抑制技术存在的不足，尤其是无法消除短延时条件下的多径干扰，本文在分析了多径信号相关器模型的基础上，提出了一种对多径不敏感的延迟锁定环(Multipath Insensitive Delay Lock Loop，MIDLL)。文中详细推导了MIDLL的鉴相函数，并研究了不同射频前端滤波器带宽对MIDLL鉴相函数的影响。理论分析与仿真表明，MIDLL能减轻任意延时的多径，可以显著改善由多径引起的跟踪误差，且与传统的多径抑制算法相比，MIDLL对短延时多径抑制效果显著，同时基于伪距的跟踪误差被限制在1m以内。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要内容

2 GPS多径信号建模及误差分析

2.1 GPS卫星信号的特性

2.2 GPS接收机

2.3 多径对接收机跟踪环路的影响

2.4 本章小结

3 抗多径技术研究

3.1 窄相关器(Narrow Correlator)

3.2 Strobe Correlator（滤波相关器）

3.3 MEDLL

3.4 MMT\(Multipath Mitigation Technology\)

3.5 多径抑制技术的性能分析

3.6 本章小结

4 基于多相关器的多径估计技术

4.1 多径模型与多径估计

4.2 基于多相关器的多径估计技术

4.3 本章小结

5 基于MIDLL的多径抑制方法

5.1 对多径不敏感的码跟踪环路

5.2 分析与仿真

5.3 本章小结

6 总结与展望

参考文献

致谢

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