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题目:卫星导航复杂多径环境建模及动态多径抑制研究

关键词:多径建模;数字环境;射线追踪;粒子滤波;卡尔曼滤波;多径抑制

  摘要

迄今,多径仍是卫星导航系统最主要的误差源。卫星导航在多径严重的复杂环境中应用越来越受到重视,城市环境的高精度导航、野外复杂地形数据采集、飞机进近着陆舰艇、编队飞行等动态及高精度GNSS应用场合对多径抑制提出了更高要求,令传统方法有效性明显下降甚至不再适用。因此,研究卫星导航系统多径问题对于我国的卫星导航系统的发展具有重要的实际意义和价值。 本文首先研究了卫星导航多径建模。GPS多径建模的主要目的是使对于多径抑制技术的测试能够在相对真实、精确可控及可重复的环境中进行,本文通过构建逼近真实GPS信号传播环境的数字环境模型,运用射线追踪技术确定从GPS卫星到用户接收天线的多径传播路径,基于电磁场计算得到每条传播路径上信号到达接收天线时的幅度、时延和相位,实现GPS多径建模。将本文提出的多径模型应用于导航卫星信号模拟器,接收机处理模拟器输出的导航信号,通过比较引入多径模型和不加多径条件下的接收机通道跟踪,初步验证了本文提出的多径模型。 其次,本文研究了基于粒子滤波信道估计技术的多径抑制算法。首先介绍了运用粒子滤波技术估计多径时延以及利用卡尔曼滤波估计多径的幅度的方法;其次提出了利用估计得到的多径信道参数值在跟踪通道的本地码生成环节加入多径分量,使得受多径“污染”的导航信号与含有多径分量的本地码进行相关处理,使得原来畸变了的相关函数重拾对称性,消除了多径的影响;最后,基于导航信号模拟器和采集的数据进行了两个多径抑制的实验验证,实验结果表明利用估计得到的多径信道参数值对相关通道补偿后,相关函数的对称性大大改观,消除了多径对于接收机跟踪性能的影响。