借助两个不同全球导航卫星系统(GNSS)信号的比较识别多路径传输的制作方法

本发明涉及一种在全球导航卫星系统(gnss)接收器中用于识别多路径传输效应的方法以及一种用于在机动车辆中执行类似方法的系统。

背景技术：

multipath这一概念也常被归属为多路径传输概念。因此，英语概念multipath是多路径传输的同义词。它描述了一个例如卫星发射的信号，不仅可通过直接途径到达接收器，而且也可在事先被周围环境中的目标反射后间接到达接收器的情形。这种情形不仅适用于卫星信号，而且还适用于各种通过电磁波传输的信号，其中对卫星导航的影响会导致定位时特别明显的偏差。无论是在反射信号和原始信号之间的结构性干扰还是破坏性干扰中都会出现偏差。因此,为了提高定位精度，识别此类信号非常重要。

在机动车辆的应用领域中，基于定位的功能日益重要。由于对计算性能的需求日益增加，而同时由于高成本压力，计算性能的增长相对较弱，因此需要一种以简单方式识别多路径传输信号的方法。

因此，本发明的任务是展示一种方法或一套系统，籍此可以简单的方法识别一信号是以直接还是间接的方式到达接收器的。

技术实现要素：

multipath这一概念也常被归属为多路径传输概念。因此，英语概念multipath是多路径传输的同义词。它描述了一个例如卫星发射的信号，不仅可通过直接途径到达接收器，而且也可在事先被周围环境中的目标反射后间接到达接收器的情形。这种情形不仅适用于卫星信号，而且还适用于各种通过电磁波传输的信号，其中对卫星导航的影响会导致定位时特别明显的偏差。无论是在反射信号和原始信号之间的结构性干扰还是破坏性干扰中都会出现偏差。因此,为了提高定位精度，识别此类信号非常重要。

在机动车辆的应用领域中，基于定位的功能日益重要。由于对计算性能的需求日益增加，而同时由于高成本压力，计算性能的增长相对较弱，因此需要一种以简单方式识别多路径传输信号的方法。

因此，本发明的任务是展示一种方法或一套系统，籍此可以简单的方法识别一信号是以直接还是间接的方式到达接收器的。

根据本发明的一个第一观点，具备权利要求1中所示特征的方法，通过开始时提到的方式解决这一问题。优选实施形式是从属权利要求的标的，从属权利要求通过参考方式让说明书的内容变得更加明确。

根据本发明所提供的方法，建议借助一全球导航卫星系统(gnss)接收器接收一全球导航卫星系统(gnss)中卫星的不同信号，其中，全球导航卫星系统(gnss)接收器包括一个从直接接收到的信号中计算得出的特征参数，以及一个基本恒定的额定值。其中，该方法具有以下步骤：

-接收至少两个相互独立的信号，优选接收基于一个测量值的信号，

-从至少第一个和第二个信号确定一个当前的特征参数值，

-根据额定值分析评估特征参数值，并且

-如果特征参数值与预先已知的额定值之间存在偏差时，识别一多路径传输效应。

本发明的基本思路是利用特征参数值的变化来识别接收信号上的多路径传输效应。在此，主要的假设是，正常情况下，也就是说，在没有多路径传输效应影响情况下，所述特征值基本是恒定的，但由于多路径传输效应会明显变化。因此，根据特征参数额定值之间的差异以及一个当前所算出的特征参数值可执行多路径传输效应的识别。

所述特征参数值可从至少两个不同的信号中得出。在没有影响信号的多路径传输效应时，所述特征参数值是基本保持恒定的，因此等于特征参数的额定值或额定特征参数值。如果以当前接收到的、被多路径传输效应改变的信号为基础测定该特征参数值，那么当前的特征参数值与恒定的额定特征参数值之间存在偏差。如果根据两个接收信号得出当前特征参数值与额定特征参数值有偏差，则可由此得出结论，两个接收信号之一或两个接收信号事先已在某一目标上进行了反射。通过连续观察或根据两个当前所接收的信号测定当前的特征参数值并将当前特征参数值与额定特征参数值进行比较，对接收到的每对信号均可确定多路径传输效应的影响。例如，可从第一个信号偏置与第二个信号偏置之间的比例中得出特征参数值。偏置优选运行时间测量中的偏置。

必须首先确定并存在额定特征参数值。其中，有待解决的问题是，以何种方式确定特征参数额定值以及该数值的更新频率如何。一旦确定了额定特征参数值，至少可在一定时间段内将其假设为恒定。

一个基本前提是，根据接收到的信号或此类信号对可推断出相同的测量值，但这些信号相互独立。这类测量值例如可以是根据信号从卫星发射出来的相同时刻计算出的信号运行时间。由此，所述信号可让接收器以两种不同方式测定相同的测量值。这样例如可为每个信号执行一个与其他信号无关的运行时间测量，以便确定两个信号是否提供大致相同的结果。

优选这些信号具有不同的载波信号或载波频率。例如在导航卫星应用领域，不同的载波信号可以是c/a码信号和p/y码信号。具有不同载波频率的信号例如可以是具有l1、l2或l5频率的信号。

所述方法可应用于大量当今常见的全球卫星导航系统，例如全球定位系统(gps)、伽利略定位系统(galileo)、格洛纳斯定位系统(glonass)以及北斗(beidou)定位系统。

所述特征参数值包含信号中一因大气原因引起的错误，优选通过这种方式对本发明所提供的方法作进一步发展。所述特征参数值考虑了因对流层和电离层引起的信号接收延迟。因此特别优选使用因大气影响导致的信号运行时间偏差作为特性参数。公路机动车辆的全球导航卫星系统(gnss)接收器中通常可计算大气原因对运行时间的影响，因此对此无需额外的计算耗费。通过较小的计算投入可实现当前特征参数值与在此所述额定值的比较。此外，特别优选在公路机动车辆上使用所述方法，因为假设恒定额定值适合一个具有足够高精度的限定移动范围。

在出现预先定义的结果或环境变化时，在预先定义的周期结束后重新确定额定特征参数的额定值，优选以此方式对本发明所提供的方法作进一步研发。以此方式确保额定值尽量保持为当前最新状态。

特征参数值超越或低于预定义的上下阈值，优选通过这种方式对本发明所提供的方法作进一步研发。

在此，本方法的一种扩展特别有益，即在额定特征参数值或绝对值方面，规定相对的上下阈值。

此外，本发明所提供方法另一特别优选的实施方式包括，不经过准备阶段便基本超越其中一个阈值，也就是说特征参数值突然或瞬间变化并超过其中一个阈值。以此方式可识别到更明显但可能单一出现的多路径传输效应影响。例如可将待观察的时间段限定为一个或几个数据或样本的数量。例如该时间段可在远小于一秒钟的范围内。

本发明所提供方法的另一种优选实施方式考虑了一种偏差。在此偏差中，特征参数值在预先定义的时间段内超越第一个公差范围。这里所使用的时间段基本大于上述实施形式的时间段。时间范围例如可在几秒范围内。在第一个试验中，5秒的持续时间被证明非常有益。

优选将本发明所示方法的上述扩展加以组合，并考虑特征参数的时间变化或特征参数的差值或偏差是否显示出一种趋势。籍此方式可识别因多路径传输导致的蠕动效应(drift)。这种效应因为偏差的振幅很小，仍可保持在可接受的偏差之内。

在此，本发明所提供方法构成了另一种优选形式，籍此参考或根据第一和/或第二个信号中的一个测量值设置第一个公差范围。以此方式，可对整个时间段的偏差大小加以调整，以适应各相应的信号值，目的是调整多路径传输识别的灵敏度。

另外，本发明所提供方法的一种优选实施方式包含了一种偏差。在此偏差中，特征参数值超越了第二个公差范围。

在此，根据本发明所提供方法另一种实施方式应特别优选下列形式，即在第一和/或第二个信号的信号强度方面，对第二个公差范围进行设置。籍此方式，可更好地考虑多路径传输对信号噪声性能的影响。

根据本发明所提供方法的另一种优选实施方式的构成方式是，通过其载波频率区分信号。

根据本发明所提供方法的另一种优选实施方式的构成方式是，通过其调制频率区分信号。

根据本发明所提供方法的另一种优选实施方式的构成方式是，相互比较c/a信号和p/y信号。

根据本发明所提供方法的另一种实施方式应特别优选下列形式，即相互比较信号l1和l2或信号l5或一全球导航卫星系统(gnss)的其他载波频率组合。

根据本发明所提供方法的另一种优选实施方式的构成方式是，在识别一多路径传输效应后，将所接收全球导航卫星系统(gnss)信号标记为错误。

此外，所述任务根据本发明的一个第二观点解决，这里涉及的是一种用于确定机动车辆本身位置和执行根据上述实施形式之一接收卫星信号的机动车系统，其中，接收器用于接收和处理不同频率的信号。

这类系统优选一种用于归并众多具有不同输出量的传感器数据的传感器汇总系统。

附图说明

图1是用于执行根据本发明所提供方法的一套根据本发明所提供系统的一方框图，并且

图2是一信号运行时间检测的示意图。

图3a，是根据两个信号运行时间检测的特征参数规定的一示意图。

3b

具体实施方式

下面根据一实施例并按照附图对本发明进行详细说明。

图1是本发明所提供系统1的一个实施例，它包含一个接收器或用于接收不同频率f1、f2的两个不同的、相互独立的信号s1、s2的多频接收器a。此类多频接收器a可从最新技术状态中详细了解。

可根据接收器以及信号的可用性对待观察信号进行选择。但优选使用两个通过其载波频率、调制频率和/或信号类型(例如c/a信号和p/y信号)区分的信号。也可使用两个以上的信号，用于分析评估多路径传输。

图2是所接收信号s的3个相位延迟复现的比较，即超前e(early)、即时p(prompt)和滞后l(late)三个不同相位。横坐标上描绘了时间延迟，其中，零点是接收器时间标记的起始点。鉴于科学中复现信号的常用英语概念，在以下内容中将采用这些概念的缩写。

从即时(prompt)到其他复现超前(early)和滞后(late)的相位偏移分别是一个导航芯片长度，这在一个c/a码上相当于10毫秒，在p/y码上相当于1毫秒。图2展示复现超前(early)和滞后(late)必须偏移多少时间，才能与所接收信号s一致。由此得出在最大关联性korr_max下，持续时间为t2的运行时间测量。

如果现在不仅接收到一个信号，而是两个信号s1、s2，并测定了与卫星的距离或确定两个信号(例如c/a码信号和p/y码信号)在同一时刻的信号运行时间测量，那么结果应大致相同，因为两个信号s1、s2在相同时刻应与卫星具有相同距离。

在不同的信号中反射作用稍有不同。此外，基于其他的采样率和分辨率，测量方法不同也会有不同影响。

因此，一个由于多路径传输而失真的信号导致，即时(prompt)复现信号和所接收信号在时刻t2达到关联最大值korr_max，这一时刻比t2'偏移一定数值，例如导航芯片长度的5％。此类偏移的一个后果是，多路径传输对根据c/a码信号的影响可能是500微秒＝149500米，但对p/y码仅为50微秒＝14950米。因为c/a和p/y之间的距离应大致相同，但在本例中相互之间相差135公里，可通过多路径传输方法加以识别。

图3a和3b展示了关联最大值以及信号s1和s2的信号运行时间。

图3a是理想条件下两个信号的偏置，以及因此得出的特征参数额定值。因为基于不同的信号特性(例如：不同的频率)，两个信号的信号运行时间略有不同，信号s2在传输途径(例如：通过电离层)上延迟得更严重，由此导致两个信号的偏置。

图3b展示了如果存在基于不同的信号特性，对两个信号产生不同影响的多路径传输时，当前特征参数值是如何变化的。两个信号s1和s2均由于多路径传输而延迟，但信号s2的延迟比s1更严重。

因此可从两个信号s1和s2之间偏置的变化中识别出多路径传输效应。特征参数的额定值是两个信号s1、s2之间运行时间测量的差值或偏置，优选扣除因大气因素导致的运行时间的各相应失真。然后在当前所接收信号基础上计算当前的特征参数值，其中一个信号可能由于多路径传输而失真。

特征参数正常的额定值可能在信号之间偏置5米。如果当前特征参数值，即一对信号的偏置跳到15米，则可认为存在多路径传输效应。还可以其他单位(例如：导航芯片长度)计算两个信号之间的差值。

以下描述了特征参数的另一示例。借助多路径接收器可从所接收信号中测定大气干扰效应的影响。该参数同样可被用作特征参数。另外还考虑电离层和对流层对信号折射和吸收的影响。特征参数绝大部分取决于电离层和对流程中的多种因素，例如：白天时间、空气湿度、温度、云层厚度等，并且在一定时间段内可假设其恒定。基于该假设，特征参数的额定值也可作为恒定偏置使用。如果从当前特征参数值或当前大气偏置中减去额定值，则剩下不受大气限制并可归因于多路径传输效应的剩余差值。由此计算出的差值适用于识别由于多路径传输导致的不同偏差类型。

因此本发明意义上的一个特征参数优选是所接收信号之间的偏置。该偏置通常有一个恒定值，并由于多路径传输可与额定值具有不同偏差。

为了比较额定值和当前特征参数值，系统1具有一个从两个参数中计算差值δk的计算单元c。此外，

系统还有多个比较单元20、30、40，其适合用于根据差值δk识别一次性蠕动多路径传输效应或因多路径传输而改变对信号噪声性能的影响。

第一个比较单元20依据上下阈值s_max、s_min比较差值δk。在特征参数额定值或绝对值方面，可对阈值进行相对规定。如果差值δk超越阈值s_max、s_min中某个阈值，则确定信号s1、s2中的某个信号未通过直接路径到达接收器，因此是错误的并将被拒绝。以此方式，可识别出特征参数值中由于多路径传输效应导致的各个偏差值。

第二个比较值单元30检查差值δk是否存在缓慢变化或蠕动变化。在此定义了时间段t_d。在此时间段内，差值δk必须保持在公差范围d内。籍此方式可识别由于多路径传输而导致的所谓信号蠕动效应(drift)。当前的特征参数值，例如：运行时间测量中的偏置，在几秒内的变化可达到每秒几个毫米。对时间段或时间窗规定的公差范围确保可识别到这种蠕动效应(drift)。

比较单元40考虑了多路径传输对噪声性能是否存在负面影响。为此引入了另一个根据信号强度设置的公差范围d_r。

本发明的优势在于，用于识别多路径传输效应的计算耗费相对较低。因为只需要从两个信号中计算出当前的参数特征值并与一个基本上恒定的额定特征参数值进行比较。