专利名称：表征在圆极化信号中的多径干扰的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用于在诸如测距系统中所用的圆极化信号的接收机，具体地涉及一种提供多径干扰度的指示的接收机。
诸如美国的全球定位系统(GPS)和俄国的全球导航系统(GLONASS)等测距系统允许用户精确地确定他/她的纬度，经度和海拔。接收机通过对由一组地球轨道卫星发送的精确定时测距信号进行译码来完成测距。用唯一的高频伪随机噪音(PRN)码来调制这些信号，该接收机使用这些码的定时来确定传输时间，从而确定距每个卫星的距离。
在理想的通信信道中在接收机上只存在直接的或视距信号。该接收机将该视距信号与本地产生的PRN码相关，并利用该相关函数峰值精确地确定该传输时间。通常，还可接收到该发送信号的反射。具体地说，从地球的表面和各种人造的建筑物反射以后也可到达该接收机天线。将这些总起来称为多路径的信号在接收机上与视距信号组合。
多径信号相对于视距信号的时间延迟导致了测距精度的降低。具体地说，它可使该相关函数畸变，从而移动了该函数的视在的峰值。导致的不精确的严重程度是卫星和相对于各种反射客体的接收天线位置的函数。已研究出一些方法来抵消多径对测距系统性能的影响。例如，美国专利No.5495499描述了一种窄相关器，来减少多径对测距估算的影响，美国专利No.5615232公开了一种迭代曲线匹配机构，大大地消除了多径对相关函数的影响。
然而，这些方法在解决多径的影响中有许多局限性和限制，而且一个GPS定位系统的用户不能知道多径干扰使测距估算的精度降到何种程序。例如，即使该相关函数的形状的失真是最小时，也可存在视距信号与多径信号的定时和载波相位的差别。该差别导致了相关峰值的移动，和相关的测距精度的降低。这种情况发生在由“接近”的反射器产生多径时，即当视距与多径信号的相对路径长度的差值小于PRN片的主要部分时。
所需要的是用于表征因多径干扰(特别是当该干扰由“接近”的反射器产生时)在接收信号中的误差的简单低成本的系统。可将这些结果用于给用户提供接收信号质量的表示和多径的存在。该系统并未不适当地增加当前可用的接收单元的成本或尺寸。
实施本发明的GPS接收机包括优先处理视距信号的第一信道和优先处理多径信号的第二信道。然后将这些结果进行比较以确定是否该多径降低了该视距信号的处理结果。
该GPS卫星发送右旋圆极化(RHCP)信号。当该多径信号被反射时，根据反射器的特征，他们通常或者转换极性变为左旋圆极化(LHCP)信号，或者变为线性级化信号。在多径干扰存在时，GPS接收机可接收来自卫星的直接信号和反射信号的复合，也就是RHCP，LHCP和线性极化信号的复合。构成通常的GPS接收机天线单元的提供主要对RHCP信号敏感的信道。理想地，只有右旋信号会出现在这个信道，面左旋信号会被大量地消除。然而，线性极化信号和LHCP信号没有完全被该接收天线单元所抑制。因此，一些多径分量通常将与该信道中的视距信号组合，从而降低了接收机性能。
我们改进了该接收机天线单元以提供优先通过LHCP信号的第二信道。因此这个信道一般对多径分量比对视距信号更敏感。以通常的方式分别处理在右旋信道中(对于视距信号衰减的多径信号)和左旋信道中(对于多径衰减的视距信号)的信号。然后将结果的距离，信号强度和/或载波相位估算比较，以检测多径的存在，并确定自该右旋信道获得的读数降到何种程度。
尽管可采用两个天线分别接收RHCP和LHCP分量，最好是采用单个的双端天线，以便保证每个信道中的信号起源于共同相位中心。90°的混合耦合器分开该两个天线信号，以产生在一个输出端口上的右旋信号和在第二输出端口上的左旋信号。
下面参考附图描述本发明，其中
图1是实施本发明的测距系统的图示；图2是接收机相关函数的曲线图。
如图1中所示，一个测距系统由天线单元100，接收机单元102和用户显示单元104组成。该天线100可以是美国专利5 200 756(’756)(在此引用作为参考)中描述的部件的修改型。然而，可采用任何其它种类的双(左旋和右旋)圆极化天线来提供本发明的特征。天线部件110具有两端112和114，分别连接到90°的混合耦合器120的输入端口122和124。通过耦合器120将天线输入端112和114上的信号组合，以提供在第一输出端口126上的右旋信号，和在第二输出端口128上的左旋信号。以与右旋信号同样的方式处理该左旋信号。这不同于由’756天线单元进行的左旋信号的处理，它在输出端口128以匹配的负载端接该左旋信号。
天线单元100包括滤波器130a和130b，低噪音放大器132a和132b，用于来自端口126和128的信号。将结果的输出信号传送到接收机单元102。该接收机单元102可包括视距(LOS)信道接收机106a，多径信道接收机106b，和比较单元108。LOS信道接收机106a和多径信道接收106b是相同的，我们下面将描述LOS信道接收机106a的操作。可以理解，不用两个分立的接收机，可用单一的接收机来分开处理来自LOS和多径信道的信号。
该LOS接收机106a下变频并数字化该接收信号以产生同相(Ⅰ)和正交(Q)样本。将该I和Q样本用于产生自各种GPS卫星的距离，信号强度和载波相位估算。通过将该接收信号与本地产生的PRN码相关来计算距离估值。在图2的曲线A中示出了理想的相关函数202。该LOS信道接收机106a通过确定相关函数202的峰值203的位置来估算该距离，然后它用该距离估算来计算位置输出信号105，将它供给用户显示器104。当该多径干扰是可忽略时，该相关函数202将不被畸变，该位置将是精确的无误差。
即使小量的多径干扰也可畸变该相关函数202，如图2的曲线B中所示。该相关函数202包括来自视距信号相关函数204和多径信号相关函数206二者的贡献。该LOS信道接收机106a采用诸如在美国专利5 495 499和5 612 232(在此引用作为参考)中分别描述的窄相关和迭代曲线匹配等处理方法，成功地确定相关函数202的峰值203的位置，在这种失真存在的情况下计算精确的距离估值。
然而更明显的多径干扰可降低该距离估值。例如，窄相关器不可能精确地确定该峰值的位置，或锁定已由多径干扰时偏了的相关函数202的峰值203，如图2的曲线C中所示。操作迭代曲线匹配机构，以大范围地估算来自曲线C的该接收相关函数202的多径失真，并精确地确定视距相关函数204的峰值205的位置。然而，在某些情况，多径信号可能不是明显地畸变该相关函数，在视距和多径信号的相对载波相位中的差别仍产生该相关函数的一个小的时间偏移，它对该距离估算造成误差。该迭代曲线匹配机构不能检测和校正这个误差。同样，该窄相关器也不能检测这种时间偏移，任何一个系统的用户都不会知道多径干扰对该距离估算引入了误差。
当出现足够高的多径信号电平时，该多径信道接收机106b将能够锁定和跟踪该复合GPS信号。该多径信道接收机106b产生I和Q样本，以此可估算距离，信号强度和载波相位。LOS信道接收机106a和多径信道接收机106b将它们的估算值发送到比较单元108。该比较单元108比较这些估算值，以确定是否该多径干扰已在该距离估算中引入了明显的误差，并对用户显示器104输出一个误差表示信号109，警告该用户在该位置输出信号105中的误差。在该最佳实施方案中，由一处理器以软件来实施该比较单元108所执行的功能，该处理器还执行相关，估算距离、信号强度和载波相位，并估算位置。
上面描述的是本发明的具体实施方案。然而很明显，为达到它的一些或全部的优点可对本发明作许多变化和修改。因此所附权利要求书的目的是覆盖按照本发明的精神和范围的所有这些变化和修改。
权利要求
1．一种用于表征多径干扰的设备包括(a)天线，用于接收包括单旋(one-hand)圆极化发送信号，反旋圆极化多径干扰和线性极化多径干扰的信号；(b)用于从由该天线所接收的右旋圆极化(RHCP)信号中优先取得右旋信号的装置；(c)用于从由该天线所接收的左旋圆极化(LHCP)信号中优先取得左旋信号的装置；(d)分别处理所述的右旋和左旋信号，以提供对应于各个源的右旋和左旋输出数据的装置；(e)从与发送信号相关的该输出数据确定多径影响的装置。
2．根据权利要求1的设备，其中所述的发送信号包括来自一组源的信号。
3．根据权利要求1的设备，其中所述的右旋和左旋输出数据包括载波相位、信号强度和距离估算。
4．根据权利要求2的设备，其中所述的确定装置包括用于计算所述每个源的右旋和左旋估算之间的差值的装置，所述的差值是在所述距离估值中多径误差的表示。
全文摘要
公开了一种用于表示多径干扰的设备,一个天线接收包括右旋圆极化(RHCP)发送信号、左旋圆极化(LHCP)多径干扰和线性极化多径干扰的信号。自该RHCP信号优先取得右旋信号,并自该LHCP信号优先取得左旋信号。以通常方式分别处理该右旋信号(对于视距信号衰减的多径信号)和左旋信号(对于多径衰减的视距信号)。然后将对于右旋和左旋信号的所得距离、信号强度和/或载波相位估值比较,以检测多径干扰的存在,并确定它把自该右旋信道获得的读数降低到何种程度。
文档编号H04J11/00GK1299468SQ99805669
公开日2001年6月13日 申请日期1999年4月27日 优先权日1998年5月1日
发明者W·库尼斯兹, T·J·福德, J·纽曼 申请人:诺瓦特尔有限公司