Спосіб подавлення помилок багатопроменевості в приймачах супутникової навігації

1 Спосіб подавления помилок багатопроменевості в приймачах супутникової навігації, який полягає в тому, що виконують операції пошуку сигналів навігаційних супутників по несучій частоті і затримці коду, супроводу знайдених сигналів слід кувальними контурами по несучій і затримці, виміру радіонавігаційних параметрів, а також амплітуди прийнятого сигналу, бітової синхронізації і виділення переданої супутником службової інформації, який відрізняється тим, що далі послідовно проводять операції згладжування амплітуди, згладжування дальності, формування варіацій амплітуди, формування варіацій дальності, формування коваріацм як добутку варіацій амплітуди і дальності, первинного згладжування коваріацій, виявлення (детектування) факту впливу багатопроменевості (порівняння з порогом), ухвалення рішення (по перевищенню порога), вторинного згладжування коваріацій, обчислення оцінки помилки дальності шляхом розподілу згаданої коваріацм на поточне значення варіації амплітуди і введення виправлень у кодові і фазові дальності, обчислення різниці фаз прямого і відбитого сигналів, обчислення оцінки помилки поточної фази, викликаної багатопроменевістю і уведення виправлень у виміри поточної фази, причому обчислення різниці фаз прямого і відбитого сигналів (поточний фазовий кут ють за формулою t де ц/ 1 -t - поточний фазовий кут, - поточний момент часу, ) визнача t - момент найближчого до поточного поперед нього максимуму амплітуди, Т - період коливань амплітуди, викликаних багатопроменевою інтерференцією (інтервал між сусідніми максимумами, що вміщає а оцінку помилки поточної фази, викликаної багатопроменевістю обчислюють по формулі = arccos де через у \ + Y COS Ц/ \-у2 +2у cos ц/ позначене відношення амплітуд відбитого і прямого сигналів, Д^9 ц/ - поточна помилка фазометра, - різниця фаз прямого і відбитого сигналів, як амплітуду прямого сигналу приймають її поточне згладжене значення, як амплітуду відбитого сигналу напіврізницю максимального і мінімального значень амплітуди, найближчих до поточного моменту часу t 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що згладжування ВІДЛІКІВ амплітуди і коваріацій виконують будь-яким з відомих у математичній статистиці методом, наприклад за формулою Х=(1де X - обновлена оцінка величини, що зглад жується, X X , - попередня оцінка, - елемент вибірки параметра, що зглад жується, ^ - коефіцієнт згладжування З Спосіб за пп 1, 2, який відрізняється тим, що згладжування обмірюваних значень дальностей D проводять рекурентно з використанням інфо рмації про обмірювані значення доплерівських О (О со Ю 53604 інтегралів ДМ,, наприклад за формулою D. - та ж оцінка на попередньому кроці, & - коефіцієнт згладжування, де D - обновлена оцінка згладженої дальності D - знову обмірюване значення дальності при надходженні чергового /-го виміру, Винахід відноситься до області радіотехніки, і зокрема, радіонавігації з використанням сигналів навігаційних супутникових систем GPS і ГЛОНАСС Пропонований спосіб може бути використаний для подавления помилок багатопроменевості в приймачах супутникової навігації, які одночасно приймають і паралельно обробляють сигнали супутникових навігаційних систем GPS і ГЛОНАСС Антена приймача супутникової навігації сприймає як прямий сигнал супутника, так і відбитий від навколишніх предметів і об'єктів, іншими словами, реальні супутникові приймачі працюють в умовах багатопроменевого поширення сигналів Затримка відбитого сигналу щодо прямого спотворює передній край взаємокореляційної функції (ВКФ) прийнятого й очікуваного сигналу і приводить до помилок виміру дальності (широкого положення піка ВКФ на часовій осі) Знак цієї помилки міняється в залежності від різниці фаз прямого і відбитого сигналів ( відбитий у фазі з прямими, чи в протифазі), а величина звичайно складає одиниці метрів (для сучасних приймачів з вузкостробовим корелятором і розширеною смугою частот радютракту) Іноді ця помилка може досягати 1015 метрів Помилки багатопроменевості стають незалежними в двох антенах при рознесенні їх навіть на частки довжини хвилі Ця обставина обмежує точність диференційного режиму на рівні вищевказаних величин навіть у тому випадку, якщо в опорній станції помилок багатопроменевості немає, чи вони усунуті яким-небудь ускладненням апаратури цієї станції, або алгоритмом обробки вимірів У споживача, що знаходиться в більш складних з погляду можливості віддзеркалення сигналів умовах і який використовує звичайні приймачі, ці помилки завжди присутні Таке обмеження спонукало розробників прийомної апаратури шукати прості й ефективні способи для подавления помилок багатопроменевості в самому приймачі Таких способів у даний час відомо досить багато (кожна фірма-розробник широко рекламує свої), але далеко не всі вони забезпечують субметровий рівень точності, а якщо забезпечують, то ціною істотного ускладнення і подорожания приймачів ВІДОМІ аналоги пропонованого способу, засновані на аналізі варіацій амплітуди прийнятого багатопроменевого сигналу для подавления помилок далекоміра [1], [2] Відомий спосіб подавления помилок багатопроменевості, заснований на аналізі через т зв "strength parameter X" - добавку потужності відбитого сигналу до потужності прямого [1] Однак цей спосіб дуже складний апаратно і потребує значної ресурсомісткості у програмній реалізації По-перше, він вимагає наявності банку кореляторів з різними затримками опорних сигналів (MEDLL - Multypath Estimading Delay Lock Loop - контур спостереження для оцінювання затримки багатопроменевого сигналу) По-друге, виходи цих кореляторів підсумовують з вагами, що вимагають громіздких складних обчислень (із застосуванням дворазового підсумовування) і компенсують зсуви піка ВКФ, викликані багатопроменевістю Компенсація досягається зворотним зсувом місця перетинання нуля дискримінаційною характеристикою далекоміра, що стежить Найбільш близьким аналогом (прототипом) пропонованого способу є спосіб подавления помилок багатопроменевості, у якому вихідним є відношення сигнал/шум (SNR), виражене в одиницях AM (Trimble Amplitude Units), з якого формується й обробляється амплітудне відношення сигнал/шум (SNRA) [2] SNRA, ВІДПОВІДНО до [2] проходить повний спектральний аналіз у два етапи -ініціалізація й уточнення за рахунок двохразового застосування ANF (Adaptive North Filter) і ALS (Adaptive Least Sguare), тобто адаптивного фільтра Hopca (ANF) і способу найменших квадратів (ALS) Отримані в такий спосіб оцінки амплітуд, частот і початкових фаз відбитих сигналів використовуються для обчислення фазових помилок по коду і несущої У даному способі не використовується сильна взаємна кореляція (коефіцієнт цієї кореляції близький до одиниці) МІЖ SNRA і помилками вимірів, а використовується відома функціональна залежність між параметрами відбитого сигналу і помилками дальності і фази несучої Оцінки зазначених помилок радіонавігаційних параметрів обчислюють з використанням оцінок параметрів відбитого сигналу, отриманих з аналізу амплітуд (SNRA) Цей спосіб найбільш близький до пропонованого, заснованому на вищевказаній сильній взаємній кореляції Як і в пропонованому способі, тут, крім стандартних операцій, виконуваних будь-яким навігаційним приймачем, а саме • пошук сигналів навігаційних супутників по несучій частоті і затримці коду, • супровід сигналів знайдених супутників контурами, що стежать за несучою і затримкою, • вимір (оцінка) радіонавігаційних параметрів, • бітова синхронізація і виділення переданої супутниками службової інформації, • виробляється також вимір, згладжування й аналіз амплітуди прийнятого сигналу Недоліки прототипу 53604 • затримки у фільтрах SNRA, що не дозволятром загасання а, що надалі будемо називати ають формувати виправлення до вимірів у реальБІХ фільтром) ному часі (у темпі відновлення координат), що істотно обмежує область застосувань цього способу, де ' - обновлена оцінка величини, що згла• недостатня вірогідність одержуваних резульджується, татів, оскільки для обчислення виправлень до вимірів радіонавігаційних параметрів використовуX,1 - л 1 - попередня оцінка, ється інформація тільки одного непрямого X, - елемент вибірки параметра, що згладжуджерела - варіації амплітуди (можуть вироблятися ється, помилкові виправлення до вимірів через вплив на а - коефіцієнт згладжування амплітуду інших видів перешкод), Якщо X - це коваріація, тобто добуток варіацій • складність і ресурсномісткість обчислюваль(відхилень від поточних середніх значень амплітуних операцій, що обмежують його застосування в ди 5А| і дальності 5D,), то параметр "а" бажано апаратурі масового споживача вибирати в діапазоні 0,015-0,03 В основу винаходу покладена задача усунення Таку ж процедуру виконують для обчислення недоліків прототипу, що зважується тим, що в просереднього значення амплітуди Варіації дальнопонованому способі подавления помилок багатостей обчислюють як відхилення поточних вимірів променевості, що включає операції пошуку сигнавід згладженого тренда Тренд дальності одержулів навігаційних супутників по несучій частоті і ють згладжуванням кодових дальностей високотозатримці коду, супроводу знайдених сигналів кончними фазовими вимірами (доплерівськими інтегтурами, що стежать, по несучій і затримці, виміру ралами) по формулі радіонавігаційних параметрів, а також амплітуди прийнятих сигналів, бітової синхронізації і виділення переданої супутником службової інформації формуються варіації (відхилення від згладженого тренда) вимірів дальності й амплітуди, обчислюють другий змішаний момент зв'язку дальності й амплітуди Qx коваріацію) Технічний результат у пропонованому винаході досягається тим, що в способі подавления помилок багатопроменевості в приймачах супутникової навігації додатково проводять операції згладжування амплітуди, згладжування дальності, формування варіацій амплітуди, формування варіацій дальності, формування коваріацм як добутку варіацій амплітуди і дальності, первинного згладжування коваріацій, виявлення (детектування) факту впливу багатопроменевості (порівняння з порогом), ухвалення рішення (по перевищенню порога), вторинного згладжування коваріацій, обчислення оцінки помилки дальності шляхом розподілу згаданої коваріацм на поточне значення варіації амплітуди і введення виправлень у кодові і фазові дальності, обчислення різниці фаз прямого і відбитого сигналів, обчислення оцінки помилки поточної фази, викликаною багатопроменевістю і введення виправлень у виміри поточної фази Сукупність перерахованих ознак дозволяє підвищити вірогідність одержуваних результатів, спростити обчислювальні операцій, що обмежують застосування алгоритмів в апаратурі масового споживача У способі додатково формують варіації (відхилення від згладженого тренда) вимірів дальності й амплітуди, обчислюють другий змішаний момент зв'язку дальності й амплітуди (їх коваріацію) Коваріацію додатково згладжують на інтервалі 30-60сек (періоду багатопроменевої інтерференції) Поточну оцінку багатопроменевої помилки в дальності обчислюють розподілом поточної оцінки коваріацм на поточне відхилення амплітуди від м середнього значення Коваріацію згладжують за допомогою рекурентної лінійної процедури 1 порядку (фільтр із нескінченною імпульсною характеристикою і параме п 1 і=і 1 D, та ' - обмірюване і згладжене значення кодової дальності ВІДПОВІДНО, ДЦ - доплеровський інтеграл (набіг фази несучої) на інтервалі від tk •] до tk Отримані варіації ампулідуди і дальності додатково згладжують по рекурентній формулі (1) з коефіцієнтом (у діапазоні 0,1-0,3) Для підвищення надійності і вірогідності подавления помилок багатопроменевості вводять попередню операцію їхнього виявлення Детектором багатопроменевості є результат порівняння згаданої коваріацм, згладженої з а=0,1 із заздалегідь установленим порогом С Величину порогу визначають через припустимий залишковий рівень помилок багатопроменевості ВІДПОВІДНО ДО теорії перевірки статистичних гіпотез за критерієм максимальної правдоподібності й уточнюють експериментально Співвідношення між поточною фазою фі вектора відбитого сигналу tt-tm (3) t, - поточний момент часу, t m - момент найближчого попереднього максимуму амплітуди, фі - різниця фаз прямого і відбитого сигналів, Т - період коливань амплітуди, викликаних багатопроменевою інтерференцією і поточною помилкою фазометра Дер, представлено векторною діаграмою На фіг показана векторна діаграма, де а - вектор прямого сигналу, b - вектор відбитого сигналу З відомих формул зв'язку елементів косокутного трикутника ОСВ одержуємо (4) 53604 Дфі - поточна помилка фазометра, через у позначено відношення амплітуд відбитого і прямого сигналів, фі - різниця фаз прямого і відбитого сигналів Амплітуда прямого сигналу згладжене середнє значення Амплітуда відбитого сигналу - напіврізниця її максимального і мінімального відхилення від середнього 8 Джерела інформації 1 Gadallah El - Sayed A , Meiz Pachter and Steward L Devilbiss "Design of GPS Receiver Code and Carrier Tracking Loops for Multipath Mitigation" Proc of ION-98 pp 1041-1053 2 Christopher Y Comp and Penma Axelrad An adaptive SNR -based carrier phase multipath mitigation tecmgue" Proc of ION GPS-96, pp 683-696 A Фіг. TOB "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24