全球导航卫星天线系统和方法技术方案

一种用于在确定固定或几乎固定的位置的位置时减少多路径的方法包含：从相对于所述固定或几乎固定的位置而不断地移动的天线接收信号，所述信号包含多路径分量；处理包含所述多路径分量的所述接收到的信号，其中在所述处理期间减少所述接收到的信号中的多路径误差；以及基于所述多路径误差减少的所述经处理的接收到的信号来确定所述固定或几乎固定的位置的位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全球导航卫星系统，且更明确地说，涉及。
技术介绍
本专利技术涉及全球导航卫星系统(GNSS)天线系统和方法。GNSS是指用以确定实际上全世界任何地方的用户的接收器的位置的各种基于卫星的导航系统。目前操作中的若干GNSS系统包含(例如)由美国操作的全球定位系统 (GPS)和由俄罗斯联邦操作的全球轨道导航卫星系统(GL0NASS)。GNSS被军用部门和民用部门广泛使用。每一 GNSS包含与地面站网络一起工作来使用三角测量的形式以定位用户的接收器的多个卫星。每一卫星以精确的间隔来发射经编码信号。用户的接收器将接收到的信号转换成位置、速度和时间估计。接收器可接着计算发射卫星的确切位置以及(由发射时间延迟来计算)发射卫星与接收器之间的距离。通过协调来自多个卫星的信号数据，接收器能够确定其位置。虽然GNSS对定位接收器的位置提供高度可靠且准确的能力，但并不是没有出错。 GNSS性能可能会遭受若干误差，包含电离层延迟、对流层延迟、接收器噪声和多路径。多路径(本文中也被称作相位多路径和伪距离多路径)是GNSS应用中主要的误差来源。多路径是指在来自单个来源的波经由两个或两个以上的路径行进到接收器而导致同一个波的分量异相时出现的现象。这可以是(例如)由于来自例如建筑物、地面、树木、 水面等物体的对信号的外来反射而发生。在合适的条件下，波的两个(或两个以上)分量可发生干涉，从而导致接收器中的追踪误差。已使用各种技术来尝试减轻由多相引起的问题，包含改进的天线设计、改进的接收器内部结构以及改进的后处理技术。在最佳条件下，GNSS系统允许毫米级的定位。然而，在遭受多路径问题的环境中， 误差可以按2到5倍的倍数来增长。因此，相位多路径仍然是GNSS定位中的主要问题。
技术实现思路
一种用于在确定固定或几乎固定的位置的位置时减少多路径的方法包含从相对于所述固定或几乎固定的位置不断地移动的天线接收信号，所述信号包含多路径分量；处理包含所述多路径分量的所述接收到的信号，其中在所述处理期间减少所述接收到的信号中的多路径误差；以及基于所述多路径误差减少的所述经处理的接收到的信号来确定所述固定或几乎固定的位置的位置。一种用于在确定固定或几乎固定的位置的位置时减少多路径的系统包含移动平台，其上面安装有天线，所述移动平台使所述天线相对于所述固定或几乎固定的位置不断地移动；接收器，用于从所述不断地移动的天线接收信号，所述信号包含多路径分量；处理器，用于处理包含所述多路径分量的所述接收到的信号，其中在所述处理期间减少所述接收到的信号中的多路径误差；以及位置确定单元，用于基于所述多路径误差减少的所述经处理的接收到的信号来确定所述固定或几乎固定的位置的位置。一种用于在确定固定或几乎固定的位置的位置时减少多路径误差的系统包含多个天线，其布置在相对于所述固定或几乎固定的位置固定的位置中；组合单元，用于组合来自所述多个天线的信号以及输出复合的接收到的信号，所述复合的接收到的信号包含多路径分量；处理器，用于处理包含所述多路径分量的所述复合的接收到的信号，其中在所述处理期间减少所述复合的接收到的信号中的多路径误差；以及位置确定单元，用于基于所述多路径误差减少的所述经处理的复合的接收到的信号来确定所述固定或几乎固定的位置的位置。附图说明将易于获得对本专利技术和其许多伴随优点的更完整了解，因为在结合附图考虑时通过参考以下详细描述能更好地理解本专利技术和其许多伴随优点，在附图中图IA展示GNSS系统中多路径的可能原因的实例；图IB展示相干的直接接收到且经反射的信号的相差；图2展示速度对多路径干涉的影响；图3A展示静态多路径的模拟的实例；图3B展示根据本专利技术的实施例的按圆形图案移动的天线的多路径的模拟的实例；图4展示固定天线四周的区域中的LI载波相位多路径误差的模拟的实例；图5展示根据本专利技术的实施例的安装在旋转平台上的天线的实例的顶视图6展示根据本专利技术的实施例的安装在旋转平台上的天线的侧视图7A、图7B展示根据本专利技术的实施例的将来自在平台上旋转的天线的信号提供给接收器的方式的实例；以及图8展示根据本专利技术的实施例的在垂直方向上移动的天线的实例；图9和图10展示根据本专利技术的实施例的对安装在正在旋转的平台上的天线的可观测量的实验结果；图11和图12展示根据本专利技术的实施例的对安装在不在旋转的平台上的天线的相同可观测量的实验结果；图13描绘根据本专利技术的实施例的固定天线阵列布置；图14是用于描述用于组合来自多个天线的输出信号的系统的示意图15描绘组合两个信号；以及图16描绘根据本专利技术的实施例的天线输出信号的增益的实例。具体实施方式陈述以下示范性实施例以辅助理解本专利技术的标的，但所述示范性实施例无意且不能被理解为以任何方式限制所附权利要求书。因此，虽然为清楚起见使用特定术语来描述一些示范性实施例，但是本专利技术无意限于如此选择的特定术语，且应理解，每一特定元件包含以类似方式操作的所有技术等效物。虽然大气的各个层可影响卫星信号，但是载波一般是从卫星(S)沿直线(D)传播到接收器/天线(A)，如图IA中所示。多路径是由载波从附近物体(例如，建筑物(B))反射(R)造成的结果。反射可由许多其它类型的人造结构和/或自然形成的表面(例如，包含地面、树木、水等)造成。图IB描绘当相干波⑶和(R)沿两个不同路径行进且到达接收器/天线(A)时的相移e。本质上，相位多路径误差随时间过去发生的改变相对缓慢。这对于固定或几乎固定的天线尤其成立。举例来说，对于固定或几乎固定的天线，相位多路径误差随时间的改变可以在分钟范围或更长的范围中。另一方面，就移动天线而论，相位多路径误差实质上较快地改变。在处理期间可相对快速地将快速改变的多路径信号平均掉或滤掉，而在处理期间不容易将缓慢改变的多路径信号平均掉或滤掉。因此，多路径对定位的影响在移动天线的情况下比在固定天线的情况下产生的影响少得多。这个现象说明于图2中，图2展示天线速度(V)对多路径干涉的影响。如图所示，多路径干涉随天线的速度增加而减小。本专利技术涉及减少GNSS系统中多路径的影响且尤其是减少对固定或几乎固定GNSS 天线的影响，在固定或几乎固定GNSS天线的情况下，多路径干涉一般来说是最高的。图4是展示由三个镜面反射器造成的在固定天线四周+/-25cm的区域中的LI载波相位多路径误差的模拟的图像。所述图像展示天线四周的区域中的最大值和最小值。根据本专利技术的实施例，使GNSS接收器天线相对于固定或几乎固定的位置按覆盖所述信号的至少一个波长的定义明确的图案来移动。具体来说，天线应该按某图案移动， 以使得经历天线附近的可能多路径影响的最大值和最小值。举例来说，对于具有特定波长 (对于GPS LI是19cm，对于GPS L2是24cm)的GNSS信号来说，天线的路径应该覆盖所述天线的至少一个波长，使得所追踪的数据将经历天线附近的可能多路径影响的最大值和最小值。以此方式，多路径将与天线移动一样快地改变，且将包含最大和最小多路径值。因此， 将通常相对缓慢地改变的多路径转换成相对较快地改变的多路径。这允许在处理期间将多路径有效地平均掉或滤掉。此外，如果天线的运动路径是已知的，那么在移动天线处接收到的信号可用来返回参考实际的相关位置(例如，天线在其周围移动的固定或几乎固定的位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：乌尔利希·沃拉芙，
申请(专利权)人：崔宝导航有限公司，
类型：发明
国别省市：