GPS Code and Carrier Multipath Mitigation Using a Multiantenna System
gpsCA码定位原理
C/A 码定位模糊度求解问题在GPS技术中，C/A码是调制在L1载波上发送的。
C/A码是个短码，其码长为1023个码元(bit)，码元宽度为0.97752微秒，周期为1毫秒，即在1毫秒内要发送完1023个码元。
因为C/A码被调制在L1载波上，所以我们可以想象C/A码也变成了正弦波，卫星发射天线处其相位为零。
因为C/A码的周期为1毫秒，即C/A码一个完整波长对应的时间为1毫秒，一个C/A码波长为299.792公里 (注：光速为 299792.4574公里/秒)。
GPS卫星到地球表面 (或WGS-84椭球表面) 的距离为20200公里，而C/A码正弦波一个整波长为299.792公里，则我们可以计算出从GPS卫星到地球表面(或WGS-84椭球表面) 要经历 ( 20200 / 299.792 = 67.38 ) 个整波长，这包括67个整波长和0.38个波长部分 (我们平时在测量时只能测出这不足一周的小数部分)。
因为一个完整的C/A码波长为299.792公里，则0.38个波长对应为113.921公里。
换句话说，只要我们GPS接收机的活动范围限定在从地球表面到113.921公里高空范围以内，那么C/A码的模糊度就是一个常数，即67，因为0.38个C/A码波长对应的范围为0 ~ 113.921公里。
只有当我们GPS接收机的活动范围超过了113.921公里，C/A码的模糊度才会发生改变。
113.921公里是个什么概念呢？我们平时乘坐的客机一般的巡航高度为9000米左右，即9公里；美国著名的SR-71 “黑鸟”侦察机的飞行高度为30000米，即30公里，而且目前已经没有飞机能飞过这个高度极限了。
30公里和113.921公里相比，还差的很远呢。
可见，在我们的所有课题试验活动中，是不会超过113.921公里这个范围的。
所以，当GPS接收机在用C/A码定位时，它只需测定出不足一周的小数部分即可，前面的整周数可以以常数67代入，这样就可以快速求出当前的位置了。
曼昆V100GPSTRACKER追踪王使用说明
曼昆V100GPSTRACKER追踪王使用说明GPS TRACKER追踪王（GPS+AGPS+LBS+GSM+SMS/GPRS）使用指南（版本V1.0）非常感谢你选择使用GPS TRACKER追踪王，使用指南将详细的说明如何操作本产品。
请你在使用之前认真阅读使用指南，以便得到正确使用方法。
如有更改，恕不另行通知，每次更改将统一在最新的一次产品销售中发布，制造商对于使用指南中的过失和疏漏不承担法律责任。
目录1．产品简介2．应用领域3.规格描述4．产品配件5．使用说明5.1 SIM卡的安装和设备启动5.2设备充电5.3主控号码设置5.4单次定位5.5基站定位5.6中文地址查询5.7 SOS紧急求救5.8远程监听5.9震动报警5.10位移报警5.11电子围栏5.12超速报警5.13低电报警5.14睡眠省电模式设置5.15设防/重启和恢复出厂设置5.16 查询设备状态6．监控平台应用7．故障排除8.保修1．产品简介GPS TRACKER追踪王融合了GSM无线通信技术及GPS全球定位系统技术，采用工业级防火材料，6颗18MM×3MM强磁装置，IPX-5防水等级设计，内置8000MAH大容量电池，超长待机100天，通过短信和全球定位服务平台实现对远程目标进行定位和监控管理。
强磁免安装设计，简单易用。
2．应用领域●汽车租赁/小型车队管理●户外活动●儿童/老人/残疾人士/贵重物品的监护●个人安全●人员管理●跟踪定位●动物保护和放牧3.规格描述项目规格充电电压DC 5V/1000mA (MICRO USB)内置电池8000 mAh (3.7V)体积130 mm ×72 mm ×20mm重量300g (包括电池)工作温度-20°to 55°C工作湿度5% to 95% Non-condensingGSM模块四频GSM 850/900/1800/1900Mhz GPS芯片UBLOX7020GPS灵敏度--162DbGPS频率L1, 1575.42 MHzC/A码 1.023 MHz chip rate频道56 channel all-in-view tracking位置精度10 meters, 2D RMS速度精度0.1 m/s时间精度卫星时间1微秒同步默认数据WGS-84更新时间平均0.1 sec.热启动平均1 sec.暖启动平均30 sec.冷启动平均32 sec.最大高度18,000 meters (60,000 feet) max.最大速度515 meters/second (1000 knots) max.最大加速度小于4g瞬间位移20 m/sec待机时间100天LED灯3个LED灯显示充电、GPS、GSM状态按键SOS求救4．产品配件●5V 1000MA充电器一个●充电线一条●使用指南和保修卡一本●GPS TRACKER追踪王设备一台5．使用说明5.1 SIM卡的安装和设备启动5.1.1 打开包装盒，检查设备型号是否正确，配件是否齐全，否则请联络你的经销商；5.1.2 SIM卡选择，设备需要插入一张GSM SIM卡，GSM卡联通或移动任选（GSM网络全球通用）5.1.3 SIM卡的安装，拆开设备防水塞，依据标示，SIM卡芯片朝下插入卡槽，盖上防水塞。
PDA与GPS通讯的NMEA协议
PDA与GPS通讯的NMEA协议GPS即全球定位系统，它主要有三大组成部分，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。
其中GPS空间星座部分、地面监控部分均为美国所控制；GPS的用户设备主要由接收机硬件和处理软件组成。
用户通过用户设备接收GPS卫星信号，经信号处理而获得用户位置、速度等信息，最终实现利用GPS进行导航和定位的目的。
目前许多GPS厂商遵循NMEA0183协议针对PDA掌上电脑开发许多导航型GPS。
这些GPS提供串行通讯接口，串行通讯参数为：＜CODE＞波特律＝4800 数据位＝8位停止位＝1位无奇偶校验＜/CODE＞GPS与掌上电脑通讯时，通过串口每秒钟发送10条数据。
实际导航应用读取GPS的空间定位数据时，我们可以根据需要每隔几秒钟更新一次经纬度和时间数据。
而更频繁的数据更新就没有必要了，而且会白白浪费Palm掌上设备有限的电池。
我们不需要了解NMEA 0183通讯协议的全部信息，仅需要从中挑选出我们需要的那部分定位数据。
其余的信息我们忽略掉。
如果此时和卫星的通讯正常的话，可以接收到的数据格式样如下：＜CODE＞$GPRMC,204700,A,3403.868,N,11709.432,W,001.9,336.9,170698,013.6,E*6E＜/CODE＞数据说明如下：$GPRMC 代表GPS推荐的最短数据204700 UTC_TIME 24小时制的标准时间，按照小时/分钟/秒的格式A A 或者V A表示数据"OK"，V表示一个警告3403.868 LAT 纬度值，精确到小数点前4位，后3位N LAT_DIR N表示北纬，S表示南纬11709.432 LON 经度值，精确到小数点前5位，后3位W LON_DIR W表示西经，E 表示东经如果当前没有和卫星取得联系，那么字符串的格式为：$GPRMC,UTC_TIME,V,...下面是一个例子：$GPRMC,204149,V,,,,,,,170698,,*3A有关GPS的数据格式a.GPS固定数据输出语句($GPGGA)这是一帧GPS定位的主要数据，也是使用最广的数据。
GPS码跟踪环自适应多径消除算法
Hale Waihona Puke heavy volume. The worst is that none of them can perfectly mitigate the multipath higher than horizontal level (Weill, 1997). Receiver baseband signal processing is the most flexible and effective method to mitigate multipath. Narrow correlation with the spacing between early and late correlators less than 0.1 chip was proposed to effectively mitigate multipath effects (Fenton, 1991; Van Dierendonck, 1992). The narrow correlation method employs bigger IF bandwidth which is effective to mitigate the long delay multipath. Multipath estimation technique (MET) using the slope of the autocorrelation function to estimate the code phase offset delay of the direct signal can greatly improve the mitigation performance (Townsend & Fenton, 1994). Multipath estimation delay lock loop (MEDLL) using multiple correlators to separate the incoming signal into its line-of-sight (LOS) and multipath components can achieve much more pure LOS (VanNee, 1995). Moelker (1997) first proposed Multiple Signal Classification (MUSIC) to mitigate multipath by using multiple antennas and extended MEDLL techniques. Edge correlator (Garin, 1996) is more effective to mitigate long delay multipath comparing to narrow correlators. Strobe correlator and the enhanced strobe correlator techniques (Garin & Rousseau, 1997) employing multiple correlators to make up a strobe
北斗双星定位系统上的基于联邦Kalman滤波的组合导航技术
2 仿真实验
按照 Kalman 滤波理论 ,我们进行了相应的仿真试验 ,分 别用于验证 Kalman 滤波在数据滤波方面的有效性和收敛 性 。通过实验 1 ,我们可以验证 Kalman 滤波的有效性 ; 通过 实验 2 ,我们可以验证 Kalman 滤波的收敛性 。 2. 1 实验 1 在实验 1 中 ,使用随机生成的系统实际值 ,然后对系统实 际值添加 噪声 , 作为 系统的 测 量 值 , 然 后 将 测 量 值 输 入 给 Kalman 滤波器 ,通过 Kalman 滤波器的滤波生成滤波结果 。 通过实验 ,能够发现实际值在加上了较大的噪声之后形 成的测量值 ,在明显的偏离实际值的情况下 , 经过 Kalman 滤 波之后的滤波结果能够较准确地跟随实际值 , 能够起到较好 的滤波效果 ,从而验证了 Kalman 滤波在数据滤波中的有效 性 ,如图 1 。 2. 2 实验 2 在实验 2 中 ,使用固定的系统实际值 ,然后系统实际值添 加噪声 ,作为系统的测量值 ,然后将测量值输入给 Kalman 滤 波器 ,通过 Kalman 滤波器的滤波生成滤波结果 。 通过实验可以看出 ,尽管包含噪声的测量值有较大的波 动和偏移 ,但是对测量值进行 Kalman 滤波之后 ,滤波结果则 能够很快的收敛并稳定在实际值附近 。算法收敛的速度和效 果均比较理想 ,如图 2 。
杨 阳 硕士研究生 ; 张素琴 教授 ; 戴桂兰 副研究员 。
GPS/ 视觉 GPS/ 激光雷达
组俣导航技术 惯性/ 航标
GPS/ 惯性
优点 技术成熟 目前广泛使用 ,主流技术 获取信息量大 ,前沿技术 精度高 缺乏进一步 发展空间 运算量巨大 ,微型化 困难 ,未实用化 获取信息量有限 ,技术 限制 ,成本问题
在组合导航系统中 ,其实用化的必然步骤就是进行数据 融合 。多传感器数据融合技术就是指通过一定的算法合并来 自多个信息源的信息 ,以产生比单个传感器所得到的数据更 可靠 、 更准确的数据 ,并根据这些数据作出最可靠的决策 。根 据实际应用领域 ,信息融合分为同类多源数据融合和不同类 多源数据融合 。在 GPS/ 惯性组合导航系统中 , 目前主要的 融合方法有综合平均法 、 Bayesian 估计法 、 D2S 法 ( Demp ster Shafter) 、 模糊逻辑法 、 神经网络方法 、 联邦 Kalman 滤波方法 等。 联邦 Kalman 是多传感器信息融合系统的主要技术手段 之一 。其系统设计基本思想是先分散处理 ,再全局融合 ,即在 诸多非相似子系统中选择一个信息全面 、 输出速率高 、 可靠性 绝对保证的子系统作为公共参考系统 , 与其它子系统两两结
GPS的基本原理、通讯码制及定位应用.
GPS 的基本原理、通讯码制及定位应用目录：1全球定位系统的原理及组成1.1 GPS基本原理1.2 GPS的组成2 有关GPS 工作的几个问题2.1信号与多通道2.2 差分工作方式与独立工作方式2.3 载波相位与码相位2.4 操作码2.5 系统精度3 GPS信号结构3.1 GPS传输信号的分类3.2 GPS信号结构3.3 C/A码3.4 P码一、全球定位系统的原理及组成1.1 基本原理GPS 系统是由美国国防部的陆海空三军在70年代联合研制的新型卫星导航系统它的英文名称是“Navigation Satellite Timing And Ranging / Global Positioning System”，其意为“卫星测时测距导航全球定位系统”，简称GPS 系统。
该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性(陆地、海洋、航空和航天全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。
GPS 的定位原理实质上就是测量学的空间测距定位，利用在平均20200km 高空均匀分布在6个轨道上的24颗卫星，发射测距信号码和载波，用户通过接收机接收这些信号测量卫星至接收机之距，通过一系列方程演算，便可知地面点位坐标。
1.2 GPS的组成GPS 由三部分组成GPS 空间部分、地基监控站和GPS 用户接收机部分1.2.1 GPS空间部分GPS 空间部分由24颗分布在6个等间隔轨道上的卫星组成。
卫星分布可保证全球任何地区、任何时刻都不少于4颗卫星供观测。
24颗卫星中3颗作为备份。
每个轨道平面上有4颗卫星，它们按与地球成55的相同方向运行，空间间隔约为90°. 这些卫星工作在2种频率下1575.42MHz 和1227.6MHz ，通过测量这些卫星到达的时间用户可以用4颗卫星确定4个导航参数：纬度经度、高度和时间。
每个GPS 卫星都对应一组编号它们有多种编号一般采用PRN （卫星所采用的伪随机噪声码）编号。
GPS信息原型及解析(常用NMEA-0183语句字段定义解释)
NMEA协议是为了在不同的GPS（全球定位系统）导航设备中建立统一的BTCM（海事无线电技术委员会）标准，由美国国家海洋电子协会（NMEA-The National Marine Electronics Associa-tion）制定的一套通讯协议。
GPS接收机根据NMEA-0183协议的标准规范，将位置、速度等信息通过串口传送到PC机、PDA 等设备。
NMEA-0183协议是GPS接收机应当遵守的标准协议，也是目前GPS接收机上使用最广泛的协议，大多数常见的GPS接收机、GPS数据处理软件、导航软件都遵守或者至少兼容这个协议。
不过，也有少数厂商的设备使用自行约定的协议比如GARMIN的GPS设备（部分GARMIN设备也可以输出兼容NMEA-0183协议的数据）。
软件方面，我们熟知的Google Earth目前也不支持NMEA-0183协议，但Google Earth已经声明会尽快实现对NMEA-0183协议的兼容。
呵呵，除非你确实强壮到可以和工业标准分庭抗礼，否则你就得服从工业标准。
NMEA-0183协议定义的语句非常多，但是常用的或者说兼容性最广的语句只有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL等。
下面给出这些常用NMEA-0183语句的字段定义解释。
$GPGGA例：$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24.4,19.7,M,,,,0000*1 F字段0：$GPGGA，语句ID，表明该语句为Global Positioning System Fix Data （GGA）GPS定位信息字段1：UTC 时间，hhmmss.sss，时分秒格式字段2：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段3：纬度N（北纬）或S（南纬）字段4：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段5：经度E（东经）或W（西经）字段6：GPS状态，0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，3=无效PPS，6=正在估算字段7：正在使用的卫星数量（00 - 12）（前导位数不足则补0）字段8：HDOP水平精度因子（0.5 - 99.9）字段9：海拔高度（-9999.9 - 99999.9）字段10：地球椭球面相对大地水准面的高度字段11：差分时间（从最近一次接收到差分信号开始的秒数，如果不是差分定位将为空）字段12：差分站ID号0000 - 1023（前导位数不足则补0，如果不是差分定位将为空）字段13：校验值$GPGSA例：$GPGSA,A,3,01,20,19,13,,,,,,,,,40.4,24.4,32.2*0A字段0：$GPGSA，语句ID，表明该语句为GPS DOP and Active Satellites（GSA）当前卫星信息字段1：定位模式，A=自动手动2D/3D，M=手动2D/3D字段2：定位类型，1=未定位，2=2D定位，3=3D定位字段3：PRN码（伪随机噪声码），第1信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段4：PRN码（伪随机噪声码），第2信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段5：PRN码（伪随机噪声码），第3信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段6：PRN码（伪随机噪声码），第4信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段7：PRN码（伪随机噪声码），第5信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段8：PRN码（伪随机噪声码），第6信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段9：PRN码（伪随机噪声码），第7信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段10：PRN码（伪随机噪声码），第8信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段11：PRN码（伪随机噪声码），第9信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段12：PRN码（伪随机噪声码），第10信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段13：PRN码（伪随机噪声码），第11信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段14：PRN码（伪随机噪声码），第12信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段15：PDOP综合位置精度因子（0.5 - 99.9）字段16：HDOP水平精度因子（0.5 - 99.9）字段17：VDOP垂直精度因子（0.5 - 99.9）字段18：校验值$GPGSV例：$GPGSV,3,1,10,20,78,331,45,01,59,235,47,22,41,069,,13,32,252,45*70字段0：$GPGSV，语句ID，表明该语句为GPS Satellites in View（GSV）可见卫星信息字段1：本次GSV语句的总数目（1 - 3）字段2：本条GSV语句是本次GSV语句的第几条（1 - 3）字段3：当前可见卫星总数（00 - 12）（前导位数不足则补0）字段4：PRN 码（伪随机噪声码）（01 - 32）（前导位数不足则补0）字段5：卫星仰角（00 - 90）度（前导位数不足则补0）字段6：卫星方位角（00 - 359）度（前导位数不足则补0）字段7：信噪比（00－99）dbHz字段8：PRN 码（伪随机噪声码）（01 - 32）（前导位数不足则补0）字段9：卫星仰角（00 - 90）度（前导位数不足则补0）字段10：卫星方位角（00 - 359）度（前导位数不足则补0）字段11：信噪比（00－99）dbHz字段12：PRN 码（伪随机噪声码）（01 - 32）（前导位数不足则补0）字段13：卫星仰角（00 - 90）度（前导位数不足则补0）字段14：卫星方位角（00 - 359）度（前导位数不足则补0）字段15：信噪比（00－99）dbHz字段16：校验值$GPRMC例：$GPRMC,024813.640,A,3158.4608,N,11848.3737,E,10.05,324.27,150706,,,A* 50字段0：$GPRMC，语句ID，表明该语句为Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（RMC）推荐最小定位信息字段1：UTC时间，hhmmss.sss格式字段2：状态，A=定位，V=未定位字段3：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段4：纬度N（北纬）或S（南纬）字段5：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段6：经度E（东经）或W（西经）字段7：速度，节，Knots字段8：方位角，度字段9：UTC日期，DDMMYY格式字段10：磁偏角，（000 - 180）度（前导位数不足则补0）字段11：磁偏角方向，E=东W=西字段16：校验值$GPVTG例：$GPVTG,89.68,T,,M,0.00,N,0.0,K*5F字段0：$GPVTG，语句ID，表明该语句为Track Made Good and Ground Speed （VTG）地面速度信息字段1：运动角度，000 - 359，（前导位数不足则补0）字段2：T=真北参照系字段3：运动角度，000 - 359，（前导位数不足则补0）字段4：M=磁北参照系字段5：水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）字段6：N=节，Knots字段7：水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）字段8：K=公里/时，km/h字段9：校验值$GPGLL例：$GPGLL,4250.5589,S,14718.5084,E,092204.999,A*2D字段0：$GPGLL，语句ID，表明该语句为Geographic Position（GLL）地理定位信息字段1：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段2：纬度N（北纬）或S（南纬）字段3：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段4：经度E（东经）或W（西经）字段5：UTC时间，hhmmss.sss格式字段6：状态，A=定位，V=未定位字段7：校验值1、GPS DOP and Active Satellites（GSA）当前卫星信息$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>, <6>*hh<CR><LF><1> 模式，M=手动，A=自动<2> 定位类型，1=没有定位，2=2D定位，3=3D定位<3> PRN码（伪随机噪声码），正在用于解算位置的卫星号（01~32，前面的0也将被传输）。
卫星导航系统接收机原理与设计——之十（上）
058卫星导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星和用户接收机之间的距离，接收机可以根据星历数据算出卫星发射电文时所处位置，然而，由于用户接收机时钟与卫星星载时钟不可能完全同步，所以除了求解用户的三维坐标x、y、z外，还要引进卫星与接收机之间的时间差作为未知数，当接收机分别测量出与四颗以上卫星之间的距离时，就能建立含有4 个伪距方程方程组，并由此解算出解算出用户所在的位置坐标和系统时间。
简要说明如下：（1）伪距方程转化GNSS的定位解算是在ECEF坐标系下完成的。
定位解向量是 ，即接收机的位置解包含ECEF坐标三个方向的独立分量和时钟偏移量。
由每一个伪距测量值都可以建立一个方程，其中 是卫星 在ECEF坐标系下的坐标。
当有 颗卫星时，定位解算可以通过解下列方程组得到，Satellite classroom 卫星课堂卫星导航系统接收机原理与设计——之十（上）+ 刘天雄4 工作原理4.1.1 载波信号（Carrier signal）4.2 导航信号生成4.3 导航信号接收处理基本原则Principle 4.4 数字信号处理数学模型Mathematical Model 4.5 基带数字信号处理4.6 导航处理卫星导航定位原理是卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户机接收到这些信息后，求解用户三维位置坐标。
应用处理模块提取信号处理通道的观测量（伪码测距值和载波相位测距值）以及导航电文（卫星轨道星历、卫星原子钟钟差、电离层延迟等信息），并由此解算出用户位置（Position）、速度（Velocity）和时间（Timing）。
一些导航接收机还需要处理一些辅助参数，例如：时间和频率传递（T i m e a n d f r e q u e n c y transfer）、静态和动态测量（Static and kinematic surveying）、大气电离层参数监测（Ionospheric parameters monitoring）、卫星导航系统差分参考（Differential GNSS reference stations ）、卫星导航系统信号完好性监测（GNSS signal integrity monitoring），以满足特殊的科研用途。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
SNR measurements are formulated to relate them to various multipath parameters.
This overall objective is to demonstrate that the code, carrier phase, and SNR data can be used in an antenna cluster configuration to mitigate multipath. This work is an extension of that given in Ray, et al. [11, 12]. The technique is first tested on simulated data in a controlled multipath environment. Results are then presented using field data and show a significant reduction in multipath error.
IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS VOL. 37, NO. 1 JANUARY 2001
183
Fig. 2. Typical GPS receiver code and carrier tracking loops [13—14].
Multipath is a major source of error in high precision Global Positioning System (GPS) static and kinematic differential positioning. Multipath accounts for most of the total error budget in carrier phase measurements in a spacecraft attitude determination system. It is a major concern in reference stations, such as in Local Area Augmentation Systems (LAAS), whereby corrections generated by a reference station, which are based on multipath corrupted measurements, can significantly influence the position accuracy of differential users. Code range, carrier phase, and signal-to-noise (SNR) measurements are all affected by multipath, and the effect is spatially correlated within a small area. In order to estimate and remove code and carrier phase multipath, a system comprising a cluster of five GPS receivers and antennas is used at a reference station location. The spatial correlation of the receiver data, and the known geometry among the antennas, are exploited to estimate multipath for each satellite in each antenna in the system. Generic receiver code and carrier tracking loop discriminator functions are analyzed, and relationships between receiver data, such as code range, carrier phase, and SNR measurements, are formulated and related to various multipath parameters. A Kalman filter is described which uses a combination of the available information from the antennas (receivers) in the multiantenna cluster to estimate various multipath parameters. From the multipath parameters, the code range and carrier phase multipath is estimated and compensated. The technique is first tested on simulated data in a controlled multipath environment. Results are then presented using field data and show a significant reduction in multipath error.
Fig. 1. Typical scenario where differential corrections are multipath corrupted.
Low frequency multipath due to close-by reflectors is still a problem for most currently available correlator-based techniques, and therefore cannot be reduced effectively by carrier smoothing. Special antennas, which have a sharp cutoff below certain elevation angles, have also been employed for multipath reduction [9—10], however multipath arriving at high elevation angles due to reflection from tall buildings and structures will still not be eliminated.
INTRODUCTION
GPS Code and Carrier Multipath Mitigation Using a Multiantenna System
J. K. RAY M. E. CANNON University of Calgary Canada P. FENTON, NovAtel Inc. Canada
Authors’ addresses: J. K. Ray and M. E. Cannon, Dept. of Geomatics Engineering, University of Calgary, 2500 University Dr. NW, Calgary, Alberta, Canada TZN-1N4, P. Fenton, NovAtel Inc., Canada.
0018-9251/01/$10.00 °c 2001 IEEE
An important aspect of a Local Area Augmentation System (LAAS) is to provide carrier smoothed range corrections to an aircraft to reduce residual range errors [1]. The current RTCA proposal is to use a smoothing time constant of 100 s, but one of the major problems of achieving high accuracy ranges, and thereby high accuracy positions in differential mode, is multipath as shown in Fig. 1. Distant reflectors cause high frequency code multipath which can be mitigated by some currently available special correlator techniques, e.g. Narrow CorrelatorTM [2], Multipath Elimination Technique (METTM) [3], MEDLLTM [4], Edge CorrelatorTM technique [5], Strobe CorrelatorTM, and Enhanced Strobe CorrelatorTM [6]. Similarly, high frequency carrier multipath can be mitigated by MEDLLTM [7] and the Enhanced Strobe CorrelatorTM [6]. Furthermore, high frequency code multipath is substantially reduced by using a carrier smoothing technique [8].
A method is described here which uses a system comprised of a cluster of five Global Positioning System (GPS) receivers and antennas to estimate and mitigate code and carrier multipath errors using any or all of code range, carrier phase, and signal-to-noise ratio (SNR) information from a receiver. The spatial correlation of these measurements, and the known geometry among the antennas, are exploited to estimate multipath for each satellite in each antenna in the system. Generic receiver code and carrier tracking loop discriminator functions are analyzed and relationships between the code, carrier phase, and