一种在时分多址(TDMA)定位网络中抑制多径及提高信噪比的系统和方法技术方案

阐述了一种包括若干按时序同步的时分多址（ＴＤＭＡ）定位单元装置和一个包含ＴＤＭＡ自适应定向天线阵的位置接收机的定位系统。若干按时序同步的定位单元装置被放置在已知位置，按照预定的时分多址（ＴＤＭＡ）序列发射定位信号，以便每个定位单元装置有一个唯一发送时隙。ＴＤＭＡ自适应定向天线阵被配置来不断控制定向接收天线和若干时分多址（ＴＤＭＡ）定位单元装置发射保持空间同步，以便定向接收天线对朝当前发射的定位单元装置，或者定向接收天线对朝当前收到的定位信号的信号源。ＴＤＭＡ自适应定向天线阵由一个确定性算法控制，这个算法基于这些信息：定位单元装置的位置、ＴＤＭＡ自适应定向天线阵的位置、ＴＤＭＡ自适应定向天线阵的空间方位角、网络时分多址（ＴＤＭＡ）发射序列、定位单元装置定位信号的传播延迟以及网络时间。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种在时分多址(TDMA)定位网络中抑制多径及提高信噪比的系统和方法
本专利技术一般涉及用于为噪音和多径干扰下的移动设备产生精确的位置测定的系统和方法。本专利技术尤其应用于在接收到的由时分多址(TDMA)定位网络产生的定位信号中抑制码和载波相位多径以及提高信噪比。
技术介绍
在所有射频(RF)定位系统中最大的误差源之一是多径。多径是指信号通过两条道路或更多路径到达接收天线的现象。典型的情况是接收天线收到直达信号以及由接收天线附近建筑反射的一个或多个信号。接下来由位置接收机测定的距离是这些接收到的信号的叠加，其通常由于多径反射的延迟特性而被测定为“长”。所以，多径反射造成了定位网络中码基伪距偏差，从而实质上降低位置接收机测定的绝对位置精度。此外，多径反射到达接收天线的信号相位不同于直达信号，与直达信号叠加时会减弱信号，因而造成接收信号功率损失，称作信号衰落。中等程度的信号衰落造成被测载波相位误差达到+/-90度，伪距偏差则达到几十至上百米。严重的信号衰落造成接收机跟踪回路不稳定，周跳，达数百上千米的伪距离偏差，并且可能完全失去对定位信号的锁定。而且，意外测量偏轴的多径信号会破坏接收机的多普勒测量，导致位置接收机测量的速度和载波距精度明显降低。这样读取的速度测量值为“低”，综合载波相位的测距为“短”。接收到的定位信号信噪比也影响测距信号的测量精度。一般来说，接收的信号强度越大，测量精度越高。信噪比因为这些因素降低：(1)与发射源间的距离增加，(2)由于建筑和树木等视线遮挡物造-->成的信号衰减，(3)多径信号衰落，以及(4)蓄意或无意的信号干扰发射机以定位信号的频率发射信号而造成本底噪声增加。使用天线设计来抑制噪音和多径的先有技术方法主要集中在两个关键领域：(1)多径限制天线，和(2)可编程多波束天线阵。多径限制天线通过改变接收天线增益方向图来减少反射的偏轴信号强度。这种天线最常见的形式是所谓的扼流环(choke ring)天线，其在GPS应用中用来抑制卫星信号地面反射。多径限制天线通常在一个固定方向放置一个定向增益天线，它一般被放置以避开不希望遇到的反射面(对于扼流环GPS天线来说即地面)。这种方法在强多径环境中应用不多，比如室内或市区，其中存在许多方向包括建筑，墙，地板，天花板、家具和人反射来的信号。可编程多波束天线阵动态改变接收天线增益方向图来减少干扰源(如蓄意的信号干扰发射机)的影响，同时也减少多径效应。可编程多波束天线阵或者(1)组合若干天线单元在单个天线增益方向图中产生一个零陷(gain null)，或者(2)组合若干定向增益天线，每个天线对朝一个GPS卫星，以在单个天线增益方向图中产生若干峰值，或者(3)通过一个接收机电路矩阵，分别监测若干定向增益天线，每个天线对朝一个GPS卫星。在天线增益方向图上产生动态可调零陷的可编程多波束天线阵，可用于抑制信号干扰的影响，从而通过减少噪音源方向的天线增益来提高接收的信噪比。但是这种天线阵在强多径环境中用于抑制多径的应用不多，在所述环境下多径信号的反射来自许多个方向。在天线增益方向图上产生若干动态可调增益峰值的可编程多波束天线阵，通过增加卫星方向的增益和减小噪音源方向的增益来抑制信号干扰的影响并提高接收的信噪比。但是这种天线阵在强多径环境中用于抑制多径的应用不多，在所述环境下在本用来接收其它卫星定位信号的偏轴天线增益峰上接收到大量多径信号。通过一个接收机电路矩阵分别监测若干定向增益天线可用于抑制信号干扰的影响并提高接收的信噪比，同时抑制多径效应。但是接收机电路矩阵有许多不足，包括：(a)可能把因使用不同接收路径带来的时变的群延迟-->和线路偏差引入各个定位信号的测量中。这些延迟随元件温度和供电电压的改变而改变，造成时变的测距误差，从而引起位置接收机位置速度时间(PVT)解求得的位置不精确；(b)由于附加的射频(RF)电路产生大量的电消耗，使位置接收机不适合电池重量和尺寸受限的应用；(c)比起标准单前端接收机设计需要成比例地增加电子元件，使位置接收机的生产相对昂贵；以及(d)为容纳附加接收电路而需要大尺寸因子，使得接收机比标准单前端接收机更大。能产生定位信号而不受严重多径和信噪比下降这些阻碍的影响、也不受以上任何约束的系统是迫切需要的。如下所述，本专利技术通过让时分多址(TDMA)自适应定向天线阵空间地同步于一个按时序同步的时分多址(TDMA)定位网络来实现这个迫切需要的目标。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种定位系统和方法用于进行精确的码和载波相位测距，而不受严重多径阻碍，以便求得精确的码和载波相位的位置、速度和时间(PVT)解。本专利技术还有一个目的是提供一种定位系统和方法用于提高被测定位信号的信噪比(SNR)，以便求得精确的码和载波相位的位置、速度和时间(PVT)解。本专利技术还有一个目的是提供一种定位系统和方法用于在相对远距离时，或跨越射频(RF)遮挡环境时，或跨越射频(RF)干扰环境时提高被测定位信号的信噪比(SNR)，以便求得精确的码和载波相位的位置、速度和时间(PVT)解。本专利技术还有一个目的是提供一种定位系统和方法用于在有噪音和多径时利用一个包含单前端接收机设计的位置接收机进行精确的码和载波相位测距。本专利技术的上述目标是通过不断控制定向接收天线和若干时分多址(TDMA)定位单元装置发射保持空间同步，以便定向接收天线对朝当前发射的定位单元装置，或者对朝当前收到的定位信号的信号源-->来实现的。定向接收天线由一个确定性算法来控制，这个算法基于这些信息：定位单元装置的位置，定向接收天线的位置，定向接收天线的空间方位角，网络时分多址(TDMA)发射序列，定位单元装置定位信号传播延迟以及网络时间。附图说明图1是根据本专利技术的时分多址(TDMA)定位系统的图示，其中一个按时序同步的定位单元装置网络通过一个未按空间同步的TDMA自适应定向天线阵发射按时序同步的时分多址(TDMA)定位信号给一个流动位置接收机。将未按空间同步的TDMA自适应定向天线阵配置成全向增益方向图以便获取定位信号。图2是根据本专利技术的时分多址(TDMA)定位系统的图示，描绘的是接图1之后的一个时期。一个位置接收机通过一个按空间同步的TDMA自适应定向天线阵接收从一个当前发射的定位单元装置发射的时分多址(TDMA)定位信号。将按空间同步的TDMA自适应定向天线阵配置为控制定向增益方向图对朝当前发射的定位单元装置以便跟踪各个定位信号。图3是根据本专利技术的时分多址(TDMA)定位系统的图示，描绘的是接图2之后的一个时期。一个位置接收机通过一个按空间同步的TDMA自适应定向天线阵接收从一个当前发射的定位单元装置发射的时分多址(TDMA)定位信号。将按空间同步的TDMA自适应定向天线阵配置来控制定向增益方向图对朝当前发射的定位单元装置以便跟踪各个定位信号。图4是一个包括若干定向增益天线的TDMA自适应定向天线阵的图示。每个定向增益天线经一个包括若干射频(RF)开关的控制器连接到位置接收机。图5是根据本专利技术的时分多址(TDMA)定位系统的图示，其中一个位置接收机通过一个包括若干定向增益天线的TDMA自适应定向天线阵接收时分多址(TDMA)定位信号。-->具体实施方式综述若干按时序同步的定位单元装置被放置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于时分多址位置网络抑制多径和提高接收信噪比的方法，所述方法包括：　　　　ａ）部署若干按时序同步的定位单元装置，放置在已知位置，按照一组预定的时分多址序列发射定位信号，以便每个所述定位单元装置在一个唯一的发送时隙内发射一个唯一定位信号；　　　　ｂ）部署一个配备一个方向灵活波束天线的位置接收机；　　　　ｃ）接收并解译所述唯一定位信号来测定方向灵活波束天线的状态；　　　　ｄ）连续控制所述方向灵活波束天线，根据所述已测定的方向灵敏波束天线的状态，与所述ＴＤＭＡ定位单元装置定位信号发射保持空间同步；　　　　这样方向灵活波束天线的定向增益图保持对朝当前发射的定位单元装置，或者对朝当前收到的定位单元装置定位信号的信号源。

【技术特征摘要】
AU 2002-9-20 20029516321.一种用于时分多址位置网络抑制多径和提高接收信噪比的方法，所述方法包括：a)部署若干按时序同步的定位单元装置，放置在已知位置，按照一组预定的时分多址序列发射定位信号，以便每个所述定位单元装置在一个唯一的发送时隙内发射一个唯一定位信号；b)部署一个配备一个方向灵活波束天线的位置接收机；c)接收并解译所述唯一定位信号来测定方向灵活波束天线的状态；d)连续控制所述方向灵活波束天线，根据所述已测定的方向灵敏波束天线的状态，与所述TDMA定位单元装置定位信号发射保持空间同步；这样方向灵活波束天线的定向增益图保持对朝当前发射的定位单元装置，或者对朝当前收到的定位单元装置定位信号的信号源。2.根据权利要求1的方法，其中所述方向灵活波束天线的状态可以包括测定如下一组输入变量中选出的一个或多个：定位单元装置的位置、定位单元装置时分多址发射序列、方向灵活波束天线的位置、定位单元装置定位信号的传播延迟、和网络时间。3.根据权利要求1的方法，其中所述为了容许定位单元装置定位信号的传播延迟，所述空间同步可以从网络时间上弥补。4.一种用于时分多址位置网络抑制多径和提高接收信噪比的方法，所述方法包括：a)部署若干按时序同步的定位单元装置，放置于已知的位置，按照预定的时分多址序列发射定位信号，以便每个所述定位单元装置在一个唯一发送时隙内发射一个唯一定位信号；b)部署一个配备一个方向灵活波束天线、和一个产生所述方向灵活波束天线的空间方位角数据的空间方位角确定器的位置接收机；c)接收并解译所述唯一定位信号和所述空间方位角数据来测定-->方向灵活波束天线的状态；d)连续控制所述方向灵活波束天线，根据所述已测定的方向灵敏波束天线的状态，与所述TDMA定位单元装置定位信号发射保持空间同步；这样方向灵活波束天线的定向增益图保持对朝当前发射的定位单元装置，或者对朝当前收到的定位单元装置定位信号的信号源。5.根据权利要求4的方法，其中所述方向灵活波束天线的状态可以包括测定如下一组输入变量中选出的一个或多个：定位单元装置的位置、定位单元装置时分多址发射序列、方向灵活波束天线的位置、方向灵活波束天线的空间方位角、定位单元装置定位信号的传播延迟、和网络时间。6.根据权利要求4的方法，其中所述为了容许定位单元装置定位信号的传播延迟，所述空间同步可以从网络时间上弥补。7.一种用于时分多址位置网络抑...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维斯莫尔，
申请(专利权)人：洛克达公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]