專利名稱：一種gnss反射信號參數(shù)估計的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號處理領(lǐng)域，涉及一種信號處理方法和裝置，具體涉及一種GNSS反射信號參數(shù)估計的方法和裝置
背景技術(shù)：
多徑是高精度定位中影響精度的主要誤差源。差分定位系統(tǒng)(DGPS)中，包含許多誤差源，有衛(wèi)星時鐘誤差、星歷誤差、電離層延遲誤差、對流層延遲誤差、接收機(jī)鐘差、熱噪聲、多徑誤差等。通過差分技術(shù)和建模技術(shù)，大部分誤差可以被消除，但是熱噪聲和多徑誤差由于在基準(zhǔn)站和用戶站之間不相關(guān)而不能被消除。熱噪聲引起的誤差通常只有毫米級，可以忽略不計，因此多徑誤差就成為高精度差分定位應(yīng)用中的主要誤差源。與消除多徑相對應(yīng)的是，近年來反射信號應(yīng)用的逐漸興起。人們運(yùn)用準(zhǔn)確估計出的GNSS反射信號碼延時和載波相位進(jìn)行測高。
無論是消除還是利用多徑，準(zhǔn)確估計密集多徑的相對幅度，碼相位和載波相位信息是很有價值的。而在這方面已經(jīng)存在的技術(shù)，有MEDLL等，但是它們的計算比較復(fù)雜，計算量大。還有些方法也是基于自適應(yīng)濾波方法的，但使用不是RLS濾波或搭建的框架和這個有不同，并且這類方法中的很多只解決了碼片的多徑估計問題，對載波并沒有解決。
可見，在估計密集多徑的相對幅度、碼相位和載波相位等參數(shù)方面，缺乏用自適應(yīng)濾波技術(shù)解決的有效方法。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種GNSS反射信號參數(shù)估計的方法和裝置。通過對含有近距離多徑的信號進(jìn)行解調(diào)解擴(kuò)后得到的相關(guān)值進(jìn)行遞歸最小二乘自適應(yīng)(RLS)濾波估計出多徑的各個參數(shù)，參數(shù)包括直射支路的碼和載波相位的跟蹤誤差，各多徑分量相對于直射信號的幅度、延時和載波頻率、相位等信息。估計的多徑分量的信息可以用做反射信號的應(yīng)用；估計出來的直射信號的跟蹤誤差的信息使得接收機(jī)在近距離多徑環(huán)境下仍能夠精密跟蹤碼和載波，提高了其處理精度。當(dāng)系統(tǒng)體制改變時，相關(guān)模塊的基本結(jié)構(gòu)不變，調(diào)整其中的部分參數(shù)和函數(shù)就能夠?qū)Πl(fā)射和直射信號進(jìn)行估計和跟蹤處理，是一種適用于各種GNSS系統(tǒng)的估計方案。
一種GNSS反射信號參數(shù)估計的裝置，包括接收天線模塊、射頻模塊、信號處理模塊和應(yīng)用處理模塊；所述接收天線模塊用于接收發(fā)射機(jī)發(fā)出的模擬射頻信號，射頻模塊用于把從天線接收的射頻信號轉(zhuǎn)化為模擬中頻信號，信號處理模塊把中頻模擬信號進(jìn)行處理，應(yīng)用處理模塊利用信號處理模塊處理的結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的處理； 所述信號處理模塊包括A/D轉(zhuǎn)換器、相關(guān)模塊和提取模塊；模擬中頻信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器處理為數(shù)字中頻信號，并輸入至相關(guān)模塊中進(jìn)行相關(guān)處理，提取模塊從相關(guān)模塊中取得直射支路和多徑支路的信息并傳遞到應(yīng)用處理模塊； 所述相關(guān)模塊包括解擴(kuò)解調(diào)單元、多徑處理單元和閉環(huán)控制單元；將接收到的數(shù)字信號中頻信號先在解擴(kuò)解調(diào)單元處理得到相關(guān)值。相關(guān)值一方面直接輸出到閉環(huán)控制單元，另一方面輸出到多徑處理單元進(jìn)行自適應(yīng)處理，得到自適應(yīng)濾波器收斂以后的濾波系數(shù)，由這些濾波系數(shù)可以估計出反射信號的各個參數(shù)和直射信號的碼和載波的跟蹤誤差，把濾波系數(shù)輸出給閉環(huán)控制單元。閉環(huán)控制單元先用常規(guī)的捕獲和跟蹤方法根據(jù)相關(guān)值計算出碼和載波控制字并反饋給解擴(kuò)解調(diào)單元，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整后，接收機(jī)進(jìn)入精密跟蹤狀態(tài)；然后閉環(huán)控制單元利用濾波系數(shù)產(chǎn)生碼和載波的控制字，其中碼控制字反饋給解擴(kuò)解調(diào)單元和多徑處理單元，載波控制字反饋給解擴(kuò)解調(diào)單元，進(jìn)行抗多徑的精密跟蹤。
所述的解擴(kuò)解調(diào)單元包括復(fù)數(shù)本地載波單元，同步碼映射單元，相關(guān)器單元。在解擴(kuò)解調(diào)單元中，由復(fù)數(shù)本地載波單元在載波控制字的作用下產(chǎn)生復(fù)數(shù)本地載波信號sl(n)。同步碼映射單元在碼控制字的作用下可以產(chǎn)生同步本地碼

。相關(guān)器單元利用復(fù)數(shù)本地載波信號sl(n)和同步本地碼

對輸入的信號sd(n)進(jìn)行解擴(kuò)解調(diào)處理以后得到相關(guān)值 所述多徑處理單元包括緩存單元，相關(guān)函數(shù)的映射單元、橫向濾波器單元，抽頭系數(shù)計算單元和減法單元；所述緩存單元把解擴(kuò)解調(diào)單元產(chǎn)生的相關(guān)值緩存，并把這些緩存值在時鐘的作用下依次串行輸出，產(chǎn)生期望信號d(n)送至減法單元；相關(guān)函數(shù)的映射單元在閉環(huán)控制單元的控制字的作用下，產(chǎn)生本地相關(guān)值序列，即濾波輸入u(n)信號；橫向濾波器單元對輸入濾波輸入u(n)序列利用抽頭系數(shù)計算單元計算的濾波系數(shù)進(jìn)行濾波處理，產(chǎn)生濾波輸出y(n)；濾波輸出序列y(n)輸入到減法器，作為減數(shù)與期望信號d(n)相減，得到誤差e(n)反饋給抽頭系數(shù)計算單元；抽頭系數(shù)計算單元用RLS算法根據(jù)誤差e(n)和設(shè)置的初始值計算更新抽頭系數(shù)，并把抽頭系數(shù)輸出至橫向濾波器單元。以上的序列的輸入、輸出和更新系數(shù)的過程在時鐘的統(tǒng)一控制下進(jìn)行。
所述的閉環(huán)控制單元利用相關(guān)值先用常規(guī)的捕獲和跟蹤方法計算出碼和載波控制字，并把控制字反饋給解擴(kuò)解調(diào)單元和多徑處理單元控制解擴(kuò)解調(diào)和自適應(yīng)濾波，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整后，接收機(jī)完成粗略跟蹤；然后待多徑處理單元的自適應(yīng)濾波器收斂以后，閉環(huán)控制單元利用濾波系數(shù)產(chǎn)生碼和載波的控制字，反饋給解擴(kuò)解調(diào)單元和多徑處理單元進(jìn)行抗多徑的精密跟蹤。
所述閉環(huán)控制單元可以利用自適應(yīng)濾波器的系數(shù)實現(xiàn)進(jìn)一步的精密跟蹤，假設(shè)濾波系數(shù)得到幅度最大值是wj0，表示直射支路的碼片所在位置。得到的wj0的位置和標(biāo)準(zhǔn)的wb差值，可以知道碼的估計誤差，此誤差大于一個Ts的間隔。第一個最大值所對應(yīng)的復(fù)數(shù)的角度對應(yīng)的是直射信號的載波相位估計殘差。濾波系數(shù)中其他幅度較大的依次表示各多徑支路的信息，系數(shù)所在位置和相位分別表示多徑的位置和相位殘差。這樣就得到了多徑的時延和載波相位估計誤差的信息，根據(jù)多徑的時延和載波相位估計誤差的信息閉環(huán)控制單元利用濾波系數(shù)產(chǎn)生碼和載波的控制字； 閉環(huán)控制單元在精密跟蹤階段產(chǎn)生的碼控制字分別反饋到多徑處理單元的相關(guān)函數(shù)的映射單元產(chǎn)生本地相關(guān)函數(shù)和反饋到解擴(kuò)解調(diào)單元的同步碼映射單元產(chǎn)生本地碼；閉環(huán)控制單元產(chǎn)生的載波控制字反饋到復(fù)數(shù)本地載波單元產(chǎn)生本地復(fù)數(shù)載波。所述提取模塊從相關(guān)模塊中提取直射和多徑的信息，包括直射支路的載波頻率、相位信息，碼相位信息，各反射支路的時延、載波相位信息。
一種GNSS反射信號參數(shù)估計的方法，包括如下步驟 步驟1接收天線接收發(fā)射機(jī)發(fā)出的模擬射頻信號，根據(jù)應(yīng)用選擇僅接收RHCP信號或同時接收LHCP和RHCP信號，并將通過模擬射頻信號傳遞給射頻模塊； 步驟2射頻模塊將模擬射頻信號轉(zhuǎn)化為模擬中頻信號，并將模擬中頻信號傳遞到信號處理模塊； 步驟3信號處理模塊中的A/D轉(zhuǎn)換器把模擬中頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字中頻信號；再經(jīng)過解擴(kuò)解調(diào)得到相關(guān)值，利用相關(guān)值利用常規(guī)的捕獲和跟蹤方法計算出碼和載波控制字，并使用控制字反饋控制解擴(kuò)解調(diào)過程，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整后，接收機(jī)完成粗略的跟蹤； 步驟4相關(guān)值另一方面輸出到多徑處理單元進(jìn)行自適應(yīng)處理，得到自適應(yīng)濾波器收斂以后濾波系數(shù)，由這些濾波系數(shù)可以估計出反射信號的各個參數(shù)和直射信號的碼和載波的跟蹤誤差，把濾波系數(shù)輸出給閉環(huán)控制單元； 步驟5閉環(huán)控制單元利用濾波系數(shù)產(chǎn)生碼和載波的控制字，反饋給解擴(kuò)解調(diào)單元和多徑處理單元進(jìn)行抗多徑的精密跟蹤； 步驟6提取模塊從相關(guān)模塊中提取直射支路碼相位和載波頻率與相位的信息，多徑信號各個支路的延時和相位信息，并傳到應(yīng)用處理模塊，由應(yīng)用處理模塊進(jìn)行定位解算處理； 步驟7應(yīng)用處理模塊對所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行定位解算處理導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)，并進(jìn)行顯示和分析，進(jìn)行定位解算處理。
所述步驟3中解擴(kuò)解調(diào)得到的結(jié)果是時域相關(guān)的結(jié)果

其中

表示相關(guān)的間距為mTs(m＝1，2，…一個碼片周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù))，估計的頻率為

時候的各條多徑支路的相關(guān)值。
其中

表示相關(guān)的間距為mTs(m＝1，2，…一個碼片周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù))，估計的頻率為

時候的第i條多徑支路的相關(guān)值。α是一個復(fù)數(shù)，它的幅度表示直射支路相關(guān)后的幅度信息，角度表示直射支路的相位跟蹤誤差，α在接收機(jī)變化不劇烈，且跟蹤誤差在一定范圍內(nèi)的時候可視為常數(shù)。βi是復(fù)增益，角度部分表示第i路多徑支路信號相對于直射信號引起的額外的相位差，這樣可以分辨多徑的載波相位信息；βi的幅度部分代表多徑支路相對于直射支路的幅度信息。
R(·)表示偽隨機(jī)碼序列的自相關(guān)函數(shù)。信號由一路直射信號和M路多徑信號組成，直射支路信號用i＝0表示，令則其中第i路(i＝0，1，2，…，M)多徑信號幅度分別是Ani，相對于直射信號的延時分別是

()附加的載波相位變化分別是φjump_ni(i＝0，1，2，…，M)。設(shè)是對直射信號到達(dá)時間延時的估計誤差，那么 所述步驟4中首先通過緩存單元把解擴(kuò)解調(diào)單元產(chǎn)生的相關(guān)值

(m＝1，2，…一個碼片周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù))緩存，并把這些緩存值在時鐘的作用下依次串行輸出，產(chǎn)生期望信號d(n)送至減法單元； 在閉環(huán)控制單元的控制字的作用下，相關(guān)函數(shù)的映射單元產(chǎn)生本地相關(guān)值序列，即濾波輸入u(n)信號其中

為對Δn0的估計。該濾波器輸入信號在時鐘的控制下依次輸入到橫向濾波器，在橫向濾波器里表現(xiàn)為 濾波輸入u(n)序列在橫向濾波器單元濾波系數(shù)濾波，產(chǎn)生濾波輸出y(n)；濾波輸出序列y(n)輸入到減法器，作為減數(shù)與期望信號d(n)相減，得到誤差e(n)反饋給抽頭系數(shù)計算單元供其進(jìn)行抽頭系數(shù)的更新。更新抽頭系數(shù)的過程是用的是RLS算法。這樣產(chǎn)生的y(n)來估計d(n)，濾波器收斂的時候，濾波器系數(shù)ρq估計了α·βi，用q描述對

的估計。
因為

為對Δn0的估計可能不準(zhǔn)，所以濾波器的階數(shù)Q取得比多徑的可能范圍大一些，

，E是考慮的多徑的范圍對應(yīng)的時間，ε是常規(guī)閉環(huán)控制方法的碼跟蹤的精度，這里考慮了跟蹤滯后的情況。
由于Q和E相關(guān)，在近距離多徑的情況下濾波器的階數(shù)Q才取得小。所以該方法在近距離多徑的情況下更為適用。而近距離多徑正是很多大多數(shù)技術(shù)不容易解決的多徑范圍。濾波器的輸入序列n的取值為N≥2Q，N≤一個碼片周期中的采樣點(diǎn)的個數(shù)。
所述步驟5中閉環(huán)控制單元可以利用自適應(yīng)濾波器的系數(shù)實現(xiàn)進(jìn)一步的精密跟蹤，假設(shè)濾波系數(shù)得到幅度最大值是wj0，表示直射支路的碼片所在位置。得到的wj0的位置和標(biāo)準(zhǔn)的wb差值，這里標(biāo)準(zhǔn)的意思表示按照d(n)序列和y(n)序列關(guān)于碼片的前后關(guān)系的設(shè)置，當(dāng)碼片的估計誤差為零的時候，直射支路應(yīng)該在系數(shù)中出現(xiàn)的位置，可以知道碼的估計誤差，此誤差大于一個Ts的間隔。第一個最大值所對應(yīng)的復(fù)數(shù)的角度對應(yīng)的是直射信號的載波相位估計殘差。濾波系數(shù)中其他幅度較大的依次表示各多徑支路的信息，系數(shù)所在位置和相位分別表示多徑的位置和相位殘差。這樣就得到了多徑的時延和載波相位估計誤差的信息，根據(jù)多徑的時延和載波相位估計誤差的信息閉環(huán)控制單元利用濾波系數(shù)產(chǎn)生碼和載波的控制字； 閉環(huán)控制單元在精密跟蹤階段產(chǎn)生的碼控制字分別反饋到多徑處理單元的相關(guān)函數(shù)的映射單元2產(chǎn)生本地相關(guān)函數(shù)和反饋到解擴(kuò)解調(diào)單元的同步碼映射單元產(chǎn)生本地碼；閉環(huán)控制單元產(chǎn)生的載波控制字反饋到復(fù)數(shù)本地載波單元產(chǎn)生本地復(fù)數(shù)載波。
本發(fā)明一種GNSS反射信號參數(shù)估計的裝置和方法的優(yōu)點(diǎn)在于 (1)本發(fā)明的信號處理模塊采自適應(yīng)濾波的算法，能夠精確估計出直射信號的碼和載波頻率、相位的信息，根據(jù)這些信息進(jìn)行同步跟蹤，從而消除了多徑信號的干擾，提高了跟蹤精度。
(2)本發(fā)明的信號處理模塊的閉環(huán)控制單元能夠通過濾波器系數(shù)以一定的分辨率估計出任意多路多徑的延時和載波頻率、相位信息，這些信息可以在反射信號的應(yīng)用環(huán)境中發(fā)揮作用。
(3)本發(fā)明的多徑處理單元能夠適應(yīng)于各種GNSS信號體制和定位信號的結(jié)構(gòu)，使本發(fā)明具為多導(dǎo)航系統(tǒng)兼容、多星座組合的GNSS反射信號應(yīng)用提供了核心技術(shù)儲備。



圖1是本發(fā)明一種GNSS反射信號參數(shù)估計的裝置總體結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明一種GNSS反射信號參數(shù)估計的裝置的接收天線模塊的結(jié)構(gòu)圖； 圖3是本發(fā)明一種GNSS反射信號參數(shù)估計的裝置的信號處理模塊的結(jié)構(gòu)圖； 圖4是本發(fā)明一種GNSS反射信號參數(shù)估計的裝置的相關(guān)模塊的結(jié)構(gòu)； 圖5是本發(fā)明一種GNSS反射信號參數(shù)估計的裝置的解擴(kuò)解調(diào)單元的結(jié)構(gòu)圖； 圖6是本發(fā)明一種GNSS反射信號參數(shù)估計的裝置的多徑處理單元的結(jié)構(gòu)圖； 圖7是本發(fā)明一種GNSS反射信號參數(shù)估計的處理方法和裝置的自適應(yīng)濾波器濾波的均方誤差|e(n)|2隨著濾波器迭代次數(shù)的變化的圖示； 圖8是本發(fā)明一種GNSS反射信號參數(shù)估計處理方法的步驟流程圖。
圖中1.接收天線模塊 101.LHCP天線 102.RHCP天線 103.控制單元2.射頻模塊3.信號處理模塊 301.A/D轉(zhuǎn)換器 302.相關(guān)模塊 302a.解擴(kuò)解調(diào)單元 302a1.復(fù)數(shù)本地載波單元302a2.同步碼映射單元 302a3.相關(guān)器單元302b多徑處理單元 302b1.緩存單元 302b2.相關(guān)函數(shù)的映射單元 302b3.橫向濾波器 302b4.抽頭系數(shù)計算單元302b5減法器 302c.閉環(huán)控制單元 303提取模塊 4.應(yīng)用處理模塊
具體實施例方式 一種GNSS反射信號的處理裝置，如圖1所示，由接收天線模塊1、射頻模塊2、信號處理模塊3和應(yīng)用處理模塊4組成；所述接收天線模塊1用于接收發(fā)射機(jī)發(fā)出的模擬射頻信號，射頻模塊2用于把從接收天線模塊1接收的射頻信號轉(zhuǎn)化為模擬中頻信號。
如圖2所示，所述接收天線模塊1由控制單元103、LHCP天線101、RHCP天線102組成。其中的LHCP天線101主要能接收左旋極化波，RHCP天線102接收右旋極化波，并且RHCP天線102是具有抗多徑性能的天線?？刂茊卧?03控制兩個天線的工作狀態(tài)，當(dāng)在利用直射信號，需要抑制多徑的模式中控制單元103控制RHCP天線102工作，LHCP天線101不工作，只把RHCP天線102接收到的模擬射頻信號傳遞給射頻模塊2。當(dāng)在利用反射信號的模式中，控制單元103控制RHCP天線102、LHCP天線101一起工作，把接收到的模擬射頻信號分別傳遞給射頻模塊2，再分別通過信號處理模塊3處理。
如圖3所示，信號處理模塊3由A/D轉(zhuǎn)換器301、相關(guān)模塊302和提取模塊303組成，所述A/D轉(zhuǎn)換器301把模擬中頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字中頻信號；相關(guān)模塊302將接收到的數(shù)字信號中頻信號經(jīng)過解擴(kuò)解調(diào)后得到相關(guān)值，對相關(guān)值進(jìn)行分析處理和自適應(yīng)濾波，得到精確的閉環(huán)控制量反饋控制解擴(kuò)解調(diào)過程和自適應(yīng)濾波過程。提取模塊303從相關(guān)模塊302中提取直射支路碼相位和載波頻率與相位的信息，多徑信號各個支路的延時和相位信息，并傳到應(yīng)用處理模塊4，由應(yīng)用處理模塊4進(jìn)行定位解算處理。
模擬中頻信號通過A/D轉(zhuǎn)換器301之后變?yōu)閿?shù)字中頻信號，表示為 其中，n表示信號的第n個采樣時刻，n＝0，1，2，3，…，TS表示信號的采樣間隔，τ表示第n個采樣時刻的碼的傳播延時。D(·)表示衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)，C(·)表示偽隨機(jī)碼序列。設(shè)采樣開始于第tno個采樣值，ω0為數(shù)字中頻頻率，ωd為多普勒頻移，φn為參考時刻tnoTs時的載波相位，信號由一路直射信號和M路多徑信號組成，直射支路信號用i＝0表示，令φjump_n0＝0。則其中第i路(i＝0，1，2，...，M)多徑信號幅度分別是Ani，相對于直射信號的延時分別是Δn′iTs，(ni＝n+Δn′i)附加的載波相位變化分別是φjump_ni(i＝0，1，2，…，M)，則在nTs時刻對第i路多徑延時進(jìn)行采樣得到 sni(n)＝AniD(niTs-τ)C(niTs-τ)·cos[(ω0+ωd)(niTs-tn0)+φn+φjump_ni] 如圖4所示，所述相關(guān)模塊302包括解擴(kuò)解調(diào)單元302a，多徑處理單元302b，閉環(huán)控制單元302c；轉(zhuǎn)換后的數(shù)字中頻信號輸入到解擴(kuò)解調(diào)單元302a進(jìn)行解擴(kuò)解調(diào)處理，得到相關(guān)值

相關(guān)值一方面直接輸出到閉環(huán)控制單元302c，另一方面輸出到多徑處理單元302b進(jìn)行自適應(yīng)處理，得到自適應(yīng)濾波器收斂以后濾波系數(shù)由這些濾波系數(shù)可以估計出反射信號的各個參數(shù)和直射信號的碼和載波的跟蹤誤差，把濾波系數(shù)輸出給閉環(huán)控制單元302c；閉環(huán)控制單元302c利用相關(guān)值先用常規(guī)的捕獲和跟蹤方法計算出的碼和載波控制字反饋給解擴(kuò)解調(diào)單元302a，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整后，接收機(jī)進(jìn)入精密跟蹤狀態(tài)，然后閉環(huán)控制單元302c利用濾波系數(shù)產(chǎn)生碼和載波的控制字，由濾波器的系數(shù)可以得到 反饋給解擴(kuò)解調(diào)單元302a和多徑處理單元302b進(jìn)行抗多徑的精密跟蹤。
如圖5所示所述的解擴(kuò)解調(diào)單元302a包括復(fù)數(shù)本地載波單元302a1，同步碼映射單元302a2，相關(guān)器單元302a3。
在解擴(kuò)解調(diào)單元302a中，由復(fù)數(shù)本地載波單元302a1在載波控制字的作用下產(chǎn)生復(fù)數(shù)本地載波信號sl(n) 其中，Al為本地信號幅值，

為第n個采樣時刻對碼傳播延時的估計，

為對ωd的估計值，

為對φn的估計值。
同步碼映射單元b302a2在碼控制字的作用下可以產(chǎn)生同步本地碼
相關(guān)器單元302a3利用復(fù)數(shù)本地載波信號sl(n)和同步本地碼

對輸入的信號sd(n)進(jìn)行解擴(kuò)解調(diào)處理以后得到相關(guān)值
解擴(kuò)解調(diào)單元302a進(jìn)行解擴(kuò)解調(diào)處理，得到相關(guān)值
其中

表示相關(guān)的間距為mTs(m＝1，2，…一個碼片周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù))，估計的頻率為

時候的第i條多徑支路的相關(guān)值。α是一個復(fù)數(shù)，它的幅度表示直射支路相關(guān)后的幅度信息，角度表示直射支路的相位跟蹤誤差。βi是復(fù)增益，角度部分表示第i路多徑支路信號相對于直射信號引起的額外的相位差，這樣可以分辨多徑的載波相位信息；βi的幅度部分代表多徑支路相對于直射支路的幅度信息。R(·)表示偽隨機(jī)碼序列的自相關(guān)函數(shù)。R(·)表示偽隨機(jī)碼序列的自相關(guān)函數(shù)。設(shè)是對直射信號到達(dá)時間延時的估計誤差，那么 則相關(guān)值可以表示為 α在接收機(jī)變化不劇烈，且跟蹤誤差在一定范圍內(nèi)的時候可視為常數(shù)。
如圖6所示所述的多徑處理單元302b包括緩存單元302b1，相關(guān)函數(shù)的映射單元302b2，橫向濾波器302b3，抽頭系數(shù)計算單元302b4，減法器302b5。
所述緩存單元302b1把解擴(kuò)解調(diào)單元302a產(chǎn)生的相關(guān)值緩存，并把這些緩存值在時鐘的作用下依次串行輸出，產(chǎn)生期望信號d(n)送至減法單元302b5；相關(guān)函數(shù)的映射單元302b2在閉環(huán)控制單元302c的控制字的作用下，產(chǎn)生本地相關(guān)值序列，即濾波輸入u(n)信號；橫向濾波器302b3對輸入濾波輸入u(n)序列利用抽頭系數(shù)計算單元302b4計算的濾波系數(shù)

進(jìn)行濾波處理，產(chǎn)生濾波輸出y(n)；濾波輸出序列y(n)輸入到減法器302b5，作為減數(shù)與期望信號d(n)相減，得到誤差e(n)反饋給抽頭系數(shù)計算單元302b4供其進(jìn)行抽頭系數(shù)的更新；抽頭系數(shù)計算單元302b4用RLS算法根據(jù)誤差e(n)和設(shè)置的初始值進(jìn)行計算更新抽頭系數(shù)

，輸出至橫向濾波器302b3作為濾波器的濾波系數(shù)。以上的序列的輸入、輸出和更新系數(shù)的過程在時鐘的統(tǒng)一控制下進(jìn)行。
解擴(kuò)解調(diào)單元302a產(chǎn)生的相關(guān)值

(m＝1，2，…，一個碼片周期內(nèi)的點(diǎn)數(shù))在緩存單元302b1進(jìn)行緩存并在時鐘的控制下串行輸出至減法器302b5，作為自適應(yīng)濾波器的期望信號 相關(guān)函數(shù)的映射單元302b2在閉環(huán)控制單元的控制字的作用下，產(chǎn)生本地相關(guān)值序列，即濾波輸入u(n)信號。其中

為對Δn0的估計。該濾波器輸入信號在時鐘的控制下依次輸入到橫向濾波器，在橫向濾波器302b3里表現(xiàn)為 橫向濾波器302b3對輸入濾波輸入u(n)序列利用抽頭系數(shù)計算單元302b4計算的濾波系數(shù)進(jìn)行濾波處理，產(chǎn)生濾波輸出y(n)； 濾波器系數(shù)表示為濾波輸出為 減法器302b5把期望信號d(n)減去濾波輸出序列y(n)，得到誤差e(n)反饋給抽頭系數(shù)計算單元302b4供其進(jìn)行抽頭系數(shù)的更新。
抽頭系數(shù)計算單元302b4用RLS算法根據(jù)誤差e(n)進(jìn)行計算更新抽頭系數(shù)，輸出至橫向濾波器302b3作為濾波器的濾波系數(shù)。抽頭系數(shù)計算采用RLS算法，步驟為先初始化ρq(0)＝uq(0)＝0，C(0)＝δI(δ>1)，然后計算(對n＝1，2，…N) (1)更新輸入d(n)，xq(n) (2)更新增益矢量 (3)更新濾波器參量 (4)更新逆矩陣 其中δ為非常大的純量。這里表現(xiàn)的是標(biāo)量運(yùn)算，實質(zhì)上由于q＝1，2，…，Q，合起來其實為矢量運(yùn)算。所以式中(·)T表示取共軛運(yùn)算。
這樣產(chǎn)生的y(n)來估計d(n)，收斂的時候，自適應(yīng)濾波器系數(shù)ρq估計了α·βi，用q描述對

的估計。n表示被估計序列編號。
因為

為對Δn0的估計可能不準(zhǔn)，所以濾波器的階數(shù)Q取得比多徑的范圍大一些，為

E是考慮的多徑的范圍對應(yīng)的時間，ε是常規(guī)閉環(huán)控制方法的碼跟蹤的精度，這里考慮了跟蹤滯后的情況。N≥2Q，N≤一個碼片周期中的采樣點(diǎn)的個數(shù)。由于Q和E相關(guān)，在近距離多徑的情況下濾波器的階數(shù)Q才取得小。所以該方法在近距離多徑的情況下更為適用。而近距離多徑正是很多大多數(shù)技術(shù)不容易解決的多徑范圍。
所述的閉環(huán)控制單元302c對輸入的相關(guān)值用常規(guī)的捕獲和跟蹤方法計算出的碼和載波控制字，再把控制字反饋給解擴(kuò)解調(diào)單元302a和多徑處理單元302b，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整后，接收機(jī)完成粗略跟蹤；然后待多徑處理單元302b的自適應(yīng)濾波器收斂以后，閉環(huán)控制單元302c利用濾波系數(shù)產(chǎn)生碼和載波的控制字，反饋給解擴(kuò)解調(diào)單元302a和多徑處理單元302b進(jìn)行抗多徑的精密跟蹤。
閉環(huán)控制單元302c可以利用自適應(yīng)濾波器的系數(shù)實現(xiàn)進(jìn)一步的精密跟蹤，假設(shè)濾波系數(shù)得到幅度最大值是wj0，表示直射支路的碼片所在位置。得到的wj0的位置和標(biāo)準(zhǔn)的wb差值(這里標(biāo)準(zhǔn)的意思表示按照d(n)序列和y(n)序列關(guān)于碼片的前后關(guān)系的設(shè)置，當(dāng)碼片的估計誤差為零的時候，直射支路應(yīng)該在系數(shù)中出現(xiàn)的位置)，可以知道碼的估計誤差，此誤差大于一個Ts的間隔。第一個最大值所對應(yīng)的復(fù)數(shù)的角度對應(yīng)的是直射信號的載波相位估計殘差。濾波系數(shù)中其他幅度較大的依次表示各多徑支路的信息，系數(shù)所在位置和相位分別表示多徑的位置和相位殘差。這樣就得到了多徑的時延和載波相位估計誤差的信息，根據(jù)多徑的時延和載波相位估計誤差的信息閉環(huán)控制單元利用濾波系數(shù)產(chǎn)生碼和載波的控制字； 閉環(huán)控制單元302c在精密跟蹤階段產(chǎn)生的碼控制字分別反饋到多徑處理單元302b的相關(guān)函數(shù)的映射單元302b2產(chǎn)生本地相關(guān)函數(shù)和反饋到解擴(kuò)解調(diào)單元302a的同步碼映射單元302a2產(chǎn)生本地碼；閉環(huán)控制單元302c產(chǎn)生的載波控制字反饋到復(fù)數(shù)本地載波單元302a1產(chǎn)生本地復(fù)數(shù)載波。
由上面的說明即可知，由濾波器系數(shù)可以得到對直射路徑估計的延時誤差和載波相位誤差，由這些估計的誤差可以產(chǎn)生碼和載波的控制字，反饋給解擴(kuò)解調(diào)單元302a和多徑處理單元302b進(jìn)行抗多徑的精密跟蹤。
提取模塊303從相關(guān)模塊302中提取直射支路碼相位和載波頻率與相位的信息，多徑信號各個支路的延時和相位信息，并傳到應(yīng)用處理模塊4，由應(yīng)用處理模塊4進(jìn)行定位解算處理。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
一種GNSS反射信號的處理方法，如圖8所示，具有如下步驟 步驟一:接收天線模塊1接收發(fā)射機(jī)發(fā)出的模擬射頻信號，根據(jù)應(yīng)用選擇僅接收RHCP信號或同時接收LHCP和RHCP信號，并將通過模擬射頻信號傳遞給射頻模塊2； 步驟二射頻模塊2將模擬射頻信號轉(zhuǎn)化為模擬中頻信號，并將模擬中頻信號傳遞到信號處理模塊3； 步驟三信號處理模塊3中的A/D轉(zhuǎn)換器301把模擬中頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字中頻信號；數(shù)字中頻信號中包括接收的直射和經(jīng)過反射延時后的多路徑信號。再經(jīng)過解擴(kuò)解調(diào)單元302a處理得到相關(guān)值，將相關(guān)值輸出到閉環(huán)控制單元302c，閉環(huán)控制單元302c對輸入的相關(guān)值先用常規(guī)的捕獲和跟蹤方法計算出的碼和載波控制字，并把控制字反饋給解擴(kuò)解調(diào)單元302a，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整后，接收機(jī)完成粗略的跟蹤； 模擬中頻信號通過A/D轉(zhuǎn)換器301之后變?yōu)閿?shù)字中頻信號，表示為 其中，n表示信號的第n個采樣時刻，n＝0，1，2，3......，Ts表示信號的采樣間隔，τ表示第n個采樣時刻的碼的傳播延時。D(·)表示衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)，C(·)表示偽隨機(jī)碼序列。設(shè)采樣開始于第tno個采樣值，ω0為數(shù)字中頻頻率，ωd為多普勒頻移，φn為參考時刻tnoTs時的載波相位，信號由一路直射信號和M路多徑信號組成，直射支路信號用i＝0表示，令φjump_n0＝0。則其中第i路(i＝0，1，2，…，M)多徑信號幅度分別是Ani，相對于直射信號的延時分別是

(ni＝n+Δn′i)附加的載波相位變化分別是φjump_ni(i＝0，1，2，…，M)，則在nTs時刻對第i路多徑延時進(jìn)行采樣得到 sni(n)＝AniD(niTs-τ)C(niTs-τ)·cos[(ω0+ωd)(niTs-tn0)+φn+φjump_ni] 控制復(fù)數(shù)本地載波單元302a1產(chǎn)生本地載波速率的控制字是由相關(guān)模塊302的閉環(huán)控制單元302c產(chǎn)生的。復(fù)數(shù)本地載波單元302a1產(chǎn)生復(fù)數(shù)本地載波信號sl(n) 其中，Al為本地信號幅值，

為第n個采樣時刻對碼傳播延時的估計，

為對ωd的估計值，

為對φn的估計值。
復(fù)數(shù)本地載波單元302a1在載波控制字的作用下產(chǎn)生復(fù)數(shù)本地載波信號sl(n) 其中，Al為本地信號幅值，

為第n個采樣時刻對碼傳播延時的估計，

為對ωd的估計值，

為對φn的估計值。
同步碼映射單元302a2在碼控制字的作用下可以產(chǎn)生同步本地碼
復(fù)數(shù)本地載波信號sl(n)和同步本地碼

在相關(guān)器單元302a3對輸入的信號sd(n)進(jìn)行解擴(kuò)解調(diào)處理以后得到相關(guān)值

則相關(guān)值可以表示為 其中

表示相關(guān)的間距為mTs(m＝1，2，…，一個碼片周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù))，估計的頻率為

時候的第i條多徑支路的相關(guān)值。α是一個復(fù)數(shù)，它的幅度表示直射支路相關(guān)后的幅度信息，角度表示直射支路的相位跟蹤誤差，α在接收機(jī)變化不劇烈，且跟蹤誤差在一定范圍內(nèi)的時候可視為常數(shù)。。其中βi復(fù)增益，它的角度部分表示第i路多徑支路信號相對于直射信號引起的額外的相位差，這樣可以分辨多徑的載波相位信息；βi的幅度部分代表多徑支路相對于直射支路的幅度信息。R(·)表示偽隨機(jī)碼序列的自相關(guān)函數(shù)。R(·)表示偽隨機(jī)碼序列的自相關(guān)函數(shù)。設(shè)是對直射信號到達(dá)時間延時的估計誤差，那么 閉環(huán)控制單元302c里利用常規(guī)的捕獲和跟蹤方法計算出碼和載波控制字，并把控制字反饋給解擴(kuò)解調(diào)單元302a和多徑處理單元302b，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整后，接收機(jī)完成粗略跟蹤。
步驟四相關(guān)值另一方面輸出到多徑處理單元302b進(jìn)行自適應(yīng)處理，得到自適應(yīng)濾波器收斂以后濾波系數(shù)，由這些濾波系數(shù)可以估計出反射信號的各個參數(shù)和直射信號的碼和載波的跟蹤誤差，把濾波系數(shù)輸出給閉環(huán)控制單元302c； 在多徑處理單元302b中，相關(guān)值首先通過緩存單元302b1，把解擴(kuò)解調(diào)單元302a產(chǎn)生的相關(guān)值

(m＝1，2，…一個碼片周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù))緩存，并把這些緩存值在時鐘的作用下依次串行輸出，產(chǎn)生期望信號d(n)送至減法單元302b5； 在閉環(huán)控制單元302c的控制字的作用下，相關(guān)函數(shù)的映射單元302b2產(chǎn)生本地相關(guān)值序列，即濾波輸入u(n)信號其中

為對Δn0的估計。該濾波器輸入信號在時鐘的控制下依次輸入到橫向濾波器302b3，在橫向濾波器302b3里表現(xiàn)為 濾波輸入u(n)序列在橫向濾波器單元302b3被抽頭系數(shù)計算單元302b4計算的濾波系數(shù)濾波，產(chǎn)生濾波輸出y(n)； 濾波器系數(shù)表示為濾波輸出為 濾波輸出序列y(n)輸入到減法器302b5，作為減數(shù)與期望信號d(n)相減，得到誤差e(n)反饋給抽頭系數(shù)計算單元302b4供其進(jìn)行抽頭系數(shù)的更新。
更新抽頭系數(shù)的過程是由抽頭系數(shù)計算單元302b4用RLS算法按照如下公式進(jìn)行計算的。
先初始化ρq(0)＝uq(0)＝0，C(0)＝δI(δ>1)，然后計算(對n＝1，2，...N) (1)更新輸入d(n)，xq(n) (2)更新增益矢量 (3)更新濾波器參量 (4)更新逆矩陣 其中δ為非常大的純量。這里表現(xiàn)的是標(biāo)量運(yùn)算，實質(zhì)上由于q＝1，2，...，Q，合起來其實為矢量運(yùn)算。所以式中(·)T表示取共軛運(yùn)算。
把濾波系數(shù)輸出給閉環(huán)控制單元302c。
減法器，抽頭系數(shù)單元，和橫向濾波器302b3，和輸入的d(n)和xq(n)在一起，構(gòu)成的整體是遞歸最小二乘自適應(yīng)濾波器(即RLS濾波器)，我們下面簡稱這個整體為“自適應(yīng)濾波器”。“收斂”一般指的是減法器的輸出誤差足夠小的時的自適應(yīng)濾波器的一種工作狀態(tài)。
由于產(chǎn)生的y(n)用來估計d(n)，自適應(yīng)濾波器收斂的時候，濾波器系數(shù)ρq估計了α·βi，用q描述對

的估計。n表示被估計序列編號。
因為

為對Δn0的估計可能不準(zhǔn)，所以濾波器的階數(shù)Q取得比多徑的可能范圍大一些，

，E是考慮的多徑的范圍對應(yīng)的時間，ε是常規(guī)閉環(huán)控制方法的碼跟蹤的精度，這里考慮了跟蹤滯后的情況。N≥2Q，N≤一個碼片周期中的采樣點(diǎn)的個數(shù)。
由于Q和E相關(guān)，在近距離多徑的情況下濾波器的階數(shù)Q才取得小。所以該方法在近距離多徑的情況下更為適用。而近距離多徑正是很多大多數(shù)技術(shù)不容易解決的多徑范圍。
步驟五閉環(huán)控制單元302c利用濾波系數(shù)產(chǎn)生碼和載波的控制字，反饋給解擴(kuò)解調(diào)單元302a和多徑處理單元302b進(jìn)行抗多徑的精密跟蹤； 閉環(huán)控制單元302c可以利用自適應(yīng)濾波器的系數(shù)實現(xiàn)進(jìn)一步的精密跟蹤，假設(shè)濾波系數(shù)得到幅度最大值是wj0，表示直射支路的碼片所在位置。得到的wj0的位置和標(biāo)準(zhǔn)的wb差值(這里標(biāo)準(zhǔn)的意思表示按照d(n)序列和y(n)序列關(guān)于碼片的前后關(guān)系的設(shè)置，當(dāng)碼片的估計誤差為零的時候，直射支路應(yīng)該在系數(shù)中出現(xiàn)的位置)，可以知道碼的估計誤差，此誤差大于一個Ts的間隔。第一個最大值所對應(yīng)的復(fù)數(shù)的角度對應(yīng)的是直射信號的載波相位估計殘差。濾波系數(shù)中其他幅度較大的依次表示各多徑支路的信息，系數(shù)所在位置和相位分別表示多徑的位置和相位殘差。這樣就得到了多徑的時延和載波相位估計誤差的信息，根據(jù)多徑的時延和載波相位估計誤差的信息閉環(huán)控制單元利用濾波系數(shù)產(chǎn)生碼和載波的控制字； 閉環(huán)控制單元302c在精密跟蹤階段產(chǎn)生的碼控制字分別反饋到多徑處理單元302b的相關(guān)函數(shù)的映射單元302b2產(chǎn)生本地相關(guān)函數(shù)和反饋到解擴(kuò)解調(diào)單元302a的同步碼映射單元302a2產(chǎn)生本地碼；閉環(huán)控制單元302c產(chǎn)生的載波控制字反饋到復(fù)數(shù)本地載波單元302a1產(chǎn)生本地復(fù)數(shù)載波。
由上面的說明即可知，由濾波器系數(shù)可以得到對直射路徑估計的延時誤差和載波相位誤差，由這些估計的誤差可以產(chǎn)生碼和載波的控制字，反饋給解擴(kuò)解調(diào)單元302a和多徑處理單元302b進(jìn)行抗多徑的精密跟蹤。
步驟六提取模塊303從相關(guān)模塊302中提取直射支路碼相位和載波頻率與相位的信息，多徑信號各個支路的延時和相位信息，并傳到應(yīng)用處理模塊4，由應(yīng)用處理模塊4進(jìn)行定位解算處理； 步驟七應(yīng)用處理模塊4對所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行定位解算處理導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)，并進(jìn)行顯示和分析，進(jìn)行定位解算處理。
仿真環(huán)境GPS L1 C/A碼信號，采樣率fs＝40.92MHz，Ts＝1/fs＝1/40chip。為了方便，假設(shè)直射信號碼的估計誤差小于Ts，直射支路的載波跟蹤誤差為0，直射支路的歸一化幅度為1，那么α。假設(shè)第一路多徑是延時4個采樣點(diǎn)相對增益是β1＝0.5ej0.25π；第二條多徑延時7個采樣點(diǎn)相對增益β2＝0.4ej1.25π。抽頭延時的個數(shù)Q＝12。忽略噪聲的仿真，由于常規(guī)的GPS環(huán)境下SNR≈17dB比較高，噪聲可以忽略。
從仿真結(jié)果我們得到多徑的估計值ρ0＝0.9875ej0.0015π，ρ4＝0.4397ej0.2532π，ρ7＝0.3614e-j0.7499π，ρq<0.1(q＝其他)。ρ0估計了直射支路的信息，它的幅度0.9875基本接近假設(shè)的直射支路的歸一化幅度1，角度部分0.0015π近似為0。而只有ρ4和ρ7的幅度部分大于0.1，證明了估計的多徑在時延4和7個采樣點(diǎn)處，與假設(shè)的一致。并且ρ4＝0.4397ej0.2532π代表估計的第一條多徑的相對幅度為0.4397，相對角度為0.2532π，與假設(shè)的β1的信息，幅度為0.5，角度為0.25π基本一致。第二條多徑的估計情況ρ7＝0.3614e-j0.7499π＝0.3614ej1.2501π和假設(shè)的情況β2＝0.4ej1.25π也基本一致。估計的誤差幅度在0.05以內(nèi)，角度在0.005π以內(nèi)，基本上證明了反射信號參數(shù)估計的裝置和方法的有效性。把輸入d(n)和x(n)進(jìn)行歸一化處理，得到峰值在約4.092的時候，自適應(yīng)濾波器濾波的均方誤差|e(n)|2隨著濾波器迭代次數(shù)的變化。把變化的過程在圖7中進(jìn)行描述。圖7表現(xiàn)出濾波器在50次迭代后已經(jīng)以很小的誤差收斂，大約是|e(n)|2＝7.5e-7的均方誤差。
權(quán)利要求
1、一種GNSS反射信號參數(shù)估計的方法，其特征在于，包括如下步驟
步驟一接收天線接收發(fā)射機(jī)發(fā)出的模擬射頻信號，根據(jù)應(yīng)用選擇僅接收RHCP信號或同時接收LHCP和RHCP信號，并將通過模擬射頻信號傳遞給射頻模塊；
步驟二射頻模塊將模擬射頻信號轉(zhuǎn)化為模擬中頻信號，并將模擬中頻信號傳遞到信號處理模塊；
步驟三信號處理模塊中的A/D轉(zhuǎn)換器把模擬中頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字中頻信號；再經(jīng)過解擴(kuò)解調(diào)得到相關(guān)值，利用相關(guān)值采用常規(guī)的捕獲和跟蹤方法計算出碼和載波控制字，并使用控制字反饋控制解擴(kuò)解調(diào)過程，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整后，接收機(jī)完成粗略的跟蹤；
步驟四相關(guān)值另一方面輸出到多徑處理單元進(jìn)行自適應(yīng)處理，得到自適應(yīng)濾波器收斂以后濾波系數(shù)，由這些濾波系數(shù)估計出反射信號的各個參數(shù)和直射信號的碼和載波的跟蹤誤差，把濾波系數(shù)輸出給閉環(huán)控制單元；
步驟五閉環(huán)控制單元利用濾波系數(shù)產(chǎn)生碼和載波的控制字，反饋給解擴(kuò)解調(diào)單元和多徑處理單元進(jìn)行抗多徑的精密跟蹤；
步驟六提取模塊從相關(guān)模塊中提取直射支路碼相位和載波頻率與相位的信息，多徑信號各個支路的延時和相位信息，并傳到應(yīng)用處理模塊，由應(yīng)用處理模塊進(jìn)行定位解算處理；
步驟七應(yīng)用處理模塊對所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行定位解算處理導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)，并進(jìn)行顯示和分析，進(jìn)行定位解算處理。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述一種GNSS反射信號參數(shù)估計的方法，其特征在于所述步驟四中首先通過緩存單元把解擴(kuò)解調(diào)單元產(chǎn)生的相關(guān)值
(m＝1，2，…一個碼片周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù))緩存，其中并把這些緩存值在時鐘的作用下依次串行輸出，產(chǎn)生期望信號d(n)送至減法單元；
其中，
表示相關(guān)的間距為mTs(m＝1，2，…一個碼片周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù))、估計的頻率為
時候的第i條多徑支路的相關(guān)值；α是一個復(fù)數(shù)，它的幅度表示直射支路相關(guān)后的幅度信息，角度表示直射支路的相位跟蹤誤差，α在接收機(jī)變化不劇烈，且跟蹤誤差在一定范圍內(nèi)的時候視為常數(shù)；其中βi復(fù)增益，它的角度部分表示第i路多徑支路信號相對于直射信號引起的額外的相位差，這樣能夠分辨多徑的載波相位信息，βi的幅度部分代表多徑支路相對于直射支路的幅度信息；R(·)表示偽隨機(jī)碼序列的自相關(guān)函數(shù)；信號由一路直射信號和M路多徑信號組成，直射支路信號用i＝0表示，令φjump_n0＝0，則其中第i路(i＝0，1，2，…，M)多徑信號幅度分別是Ani，相對于直射信號的延時分別是
附加的載波相位變化分別是φjump_ni(i＝0，1，2，…，M)，設(shè)是對直射信號到達(dá)時間延時的估計誤差，那么
在閉環(huán)控制單元的控制字的作用下，相關(guān)函數(shù)的映射單元產(chǎn)生本地相關(guān)值序列，即濾波輸入u(n)信號其中
為對Δn0的估計，該濾波器輸入信號在時鐘的控制下依次輸入到橫向濾波器，在橫向濾波器里表現(xiàn)為
濾波輸入u(n)序列在橫向濾波器單元經(jīng)過濾波系數(shù)濾波，產(chǎn)生濾波輸出y(n)；濾波輸出序列y(n)輸入到減法器，作為減數(shù)與期望信號d(n)相減，得到誤差e(n)反饋給抽頭系數(shù)計算單元供其進(jìn)行抽頭系數(shù)的更新，更新抽頭系數(shù)的過程是用的RLS算法，這樣產(chǎn)生的y(n)來估計d(n)，濾波器收斂的時候，濾波器系數(shù)ρq估計了α·βi，用q描述對
的估計，n表示被估計序列編號，這樣由這些濾波系數(shù)估計出反射信號的各個參數(shù)和直射信號的碼和載波的跟蹤誤差，把濾波系數(shù)輸出給閉環(huán)控制單元。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述一種GNSS反射信號參數(shù)估計的方法，其特征在于所述步驟四中考慮
對Δn0的估計不準(zhǔn)的情況，濾波器的階數(shù)Q取
，E是多徑的范圍對應(yīng)的時間，ε是常規(guī)閉環(huán)控制方法的碼跟蹤的精度，這里考慮了跟蹤滯后的情況；濾波器的輸入序列n的取值為N≥2Q，N≤一個碼片周期中的采樣點(diǎn)的個數(shù)。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述一種GNSS反射信號參數(shù)估計的方法，其特征在于所述步驟五中反饋給解擴(kuò)解調(diào)單元和多徑處理單元進(jìn)行抗多徑的精密跟蹤；
閉環(huán)控制單元利用自適應(yīng)濾波器的系數(shù)實現(xiàn)進(jìn)一步的精密跟蹤，若濾波系數(shù)得到幅度最大值是wj0，表示直射支路的碼片所在位置，得到的wj0的位置和標(biāo)準(zhǔn)的wb差值，即按照d(n)序列和y(n)序列關(guān)于碼片的前后關(guān)系的設(shè)置，當(dāng)碼片的估計誤差為零的時候，直射支路在系數(shù)中出現(xiàn)的位置，得到碼的估計誤差，此誤差大于一個Ts的間隔；第一個最大值所對應(yīng)的復(fù)數(shù)的角度對應(yīng)的是直射信號的載波相位估計殘差；濾波系數(shù)中其他幅度較大的依次表示各多徑支路的信息，系數(shù)所在位置和相位分別表示多徑的位置和相位殘差；這樣就得到了多徑的時延和載波相位估計誤差的信息，根據(jù)多徑的時延和載波相位估計誤差的信息閉環(huán)控制單元利用濾波系數(shù)產(chǎn)生碼和載波的控制字；
閉環(huán)控制單元在精密跟蹤階段產(chǎn)生的碼控制字分別反饋到多徑處理單元的相關(guān)函數(shù)的映射單元產(chǎn)生本地相關(guān)函數(shù)和反饋到解擴(kuò)解調(diào)單元的同步碼映射單元產(chǎn)生本地碼；閉環(huán)控制單元產(chǎn)生的載波控制字反饋到復(fù)數(shù)本地載波單元產(chǎn)生本地復(fù)數(shù)載波。
5、一種GNSS反射信號參數(shù)估計的裝置，包括接收天線模塊、射頻模塊、信號處理模塊和應(yīng)用處理模塊；所述接收天線模塊用于接收發(fā)射機(jī)發(fā)出的模擬射頻信號，射頻模塊用于把從天線接收的射頻信號轉(zhuǎn)化為模擬中頻信號，信號處理模塊把中頻模擬信號進(jìn)行處理，應(yīng)用處理模塊利用信號處理模塊處理的結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的處理；
所述信號處理模塊包括A/D轉(zhuǎn)換器、相關(guān)模塊和提取模塊；模擬中頻信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器處理為數(shù)字中頻信號，并輸入至相關(guān)模塊中進(jìn)行相關(guān)處理，提取模塊從相關(guān)模塊中取得直射支路碼相位延時的估計誤差和載波頻率與相位的估計誤差、多徑信號各個支路的延時和歸一化增益信息，并傳到應(yīng)用處理模塊；
所述相關(guān)模塊包括閉環(huán)控制單元和解擴(kuò)解調(diào)單元，其特征在于，還包括多徑處理單元；上述A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字中頻信號輸入到解擴(kuò)解調(diào)單元進(jìn)行解擴(kuò)解調(diào)處理，得到相關(guān)值
(m＝1，2，…一個碼片周期的點(diǎn)數(shù))，并輸入至多徑處理單元對信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波，得到收斂的時候的濾波系數(shù)把濾波系數(shù)輸出到閉環(huán)控制單元，閉環(huán)控制單元利用濾波器系數(shù)估計的直射支路碼相位延時的估計誤差和載波頻率與相位的估計誤差產(chǎn)生載波控制字和碼控制字分別輸出到解擴(kuò)解調(diào)單元和多徑處理單元；
所述多徑處理單元包括緩存單元，同步碼的緩存單元、橫向濾波器單元，抽頭系數(shù)計算單元和減法單元；所述緩存單元把解擴(kuò)解調(diào)單元產(chǎn)生的相關(guān)值緩存，并把這些緩存值在時鐘的作用下依次串行輸出，產(chǎn)生期望信號d(n)送至減法單元；相關(guān)函數(shù)的映射單元在閉環(huán)控制單元的控制字的作用下，產(chǎn)生本地相關(guān)值序列，即濾波輸入u(n)信號；橫向濾波器單元對輸入濾波輸入u(n)序列利用抽頭系數(shù)計算單元計算的濾波系數(shù)進(jìn)行濾波處理，產(chǎn)生濾波輸出y(n)；濾波輸出序列y(n)輸入到減法器，作為減數(shù)與期望信號d(n)相減，得到誤差e(n)反饋給抽頭系數(shù)計算單元；抽頭系數(shù)計算單元用RLS算法根據(jù)誤差e(n)和設(shè)置的初始值進(jìn)行計算更新抽頭系數(shù)，輸出至橫向濾波器單元，以上的序列的輸入、輸出和更新系數(shù)的過程在時鐘的統(tǒng)一控制下進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種GNSS反射信號參數(shù)估計的方法和裝置，通過對含有近距離多徑的信號進(jìn)行解調(diào)解擴(kuò)后得到的相關(guān)值進(jìn)行遞歸最小二乘自適應(yīng)(RLS)濾波估計出多徑的各個參數(shù)，參數(shù)包括直射支路的碼和載波相位的跟蹤誤差，各多徑分量相對于直射信號的幅度、延時和載波頻率、相位等信息；估計的多徑分量的信息可以用做反射信號的利用；估計出來的直射信號的跟蹤誤差的信息使得接收機(jī)在近距離多徑環(huán)境下仍能夠精密跟蹤碼和載波，消除了多徑信號的干擾，提高了跟蹤精度。當(dāng)系統(tǒng)體制改變時，相關(guān)模塊的基本結(jié)構(gòu)不變，調(diào)整其中的部分參數(shù)和函數(shù)就能夠?qū)Πl(fā)射和直射信號進(jìn)行估計和跟蹤處理，是一種適用于各種GNSS系統(tǒng)的估計方案。
文檔編號G01S5/02GK101377542SQ20081022263
公開日2009年3月4日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者姚彥鑫, 楊東凱, 張其善 申請人:北京航空航天大學(xué)