基于卡尔曼滤波GNSS接收机抗多径技术的研究

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在GNSS导航系统中,由于多径误差受多方面的影响,难以建立较为准确的模型对其分析,多径误差很难通过一般的方法进行消除,而其他误差源都可以通过差分技术或者某种数学的方法进行消除,因此多径误差已经成为影响卫星导航的主要误差源。因此在传统多径抑制技术的基础上,提出了两种多径抑制技术,分别为基于小波去噪的Strobe相关器技术和基于自适应扩展Kalman滤波的MEDLL技术。首先,传统的Strobe相关器技术受噪声影响很大,因此在传统Strobe相关器技术基础上提出了一种基于小波去噪的Strobe相关器技术。小波变换用于滤除接收信号中的噪声和相对较弱的多径信号,可以准确定位自相关函数的峰值;然后通过控制相关器的间距,滤除相对较强的多径信号,因此基于小波去噪的Strobe相关器技术不仅有着更为优秀的多径抑制性能,而且可以支持较强的用户高动态性的能力。其次,在低信噪比条件下,MEDLL技术的多径误差比较大,而且计算速度较慢。在此基础上加入了扩展Kalman滤波技术,该技术可以滤除多径信号中的噪声成分,提高信噪比,并且通过MEDLL技术对多径信号中的各个参数进行最大似然值估算,分离出多径信号,然而残余噪声和短延时多径对接收信号有一定的影响,因此提出了一种基于自适应扩展Kalman滤波的MEDLL技术。自适应算法可以对测量的多径残差和噪声残差进行选定范围拟合,确定误差协方差,并把该方差传给扩展Kalman滤波,然后利用MEDLL技术对多径信号的各个参数进行最大似然估计,确定自相关函数峰值的精确位置,减小多径误差值。最后,两种改进的多径抑制技术通过Matlab仿真均取得了良好的多径抑制性能。接下来在实测卫星数据中,通过U-center对U-BLOX模块进行配置,然后从GNSS的基站和移动站接收导航信号,并利用RTKLIB开源软件编写代码,实现对接收卫星导航信号的解析,最终在U-center上显示出各项定位信息及误差值。实验结果表明本文提出的基于自适应Kalman滤波MEDLL技术在多径抑制性能上优于其他的多径抑制技术。
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