Nghiên cu các gi ứ ảipháp nâng cao độ chính xác ca máy thu GNSS khi ị

Một phần của tài liệu (LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu phi tuyến để nâng cao độ chính xác của máy thu GNSS khi bị ảnh hưởng của hiện tượng đa đường (Trang 43 - 47)

Tốc độ mã PRN càngcao, nh ả hƣởng gây sai s cố ủa tín hiệu đa đƣờng càng gi m.Cùng vả ới tốc đ mã PRN, phƣơng thức điềộ u ch giúp ích r t nhi u cho tín ế ấ ề hiệu định v trong vi c h n ch ị ệ ạ ế ảnh hƣởng c a tín hiủ ệu đa đƣờng đố ới v i bộ thu GNSS.Lý do này chính làm t trong nhộ ững cơ sở ữ v ng ch c cho viắ ệc đề xuất các phƣơng thức điều ch m i cho các tínhiế ớ ệu định v m i. ị ớ

Các nghiên cứu để tìm ra các gi i pháp kả ỹ thu t x lý tín hi u t i b ậ ử ệ ạ ộ thu đối v i sai s do truy n dớ ố ề ẫn đa đƣờng đƣợc th c hi n theo nhiự ệ ều hƣớng khác nhau. V ề cơ bản, các giải pháp đó có th ể đƣợc chia thành 3 hƣớng ch y u: ủ ế

Giải pháp th c hiự ện trƣớc b thu ng v i mi n cao t n c a tín hi u. ộ ứ ớ ề ầ ủ ệ Các gi i pháp này bao g m vi c thi t k anten c a b ả ồ ệ ế ế ủ ộ thu định v ị nhƣ anten Choke ring, hệ anten hay anten m ng. ả

Giải pháp th c hi n t i kh i x tín hiự ệ ạ ố ửlý ệu trong b ộthu

Các gi i pháp này bao g m các gi i pháp dả ồ ả ựa trên thay đổ ấi c u trúc vòng khóa pha (PLL), vòng khóa tr (DLL); các gi i pháp s d ng tín hi u tái t o b ễ ả ử ụ ệ ạ ở ộ thu khác d ng v i tín hiạ ớ ệu thu đƣợc đểthực hiện quá trình đồng b tín hi u; các ộ ệ giải pháp s d ng các thu t toán x lý tín hi u tiên ti n ử ụ ậ ử ệ ế

Giải pháp sau quá trình x lý tín hi u k thu t h u x ử ệ – ỹ ậ ậ ửlý.

Trong các gi i pháp trên, giả ải pháp đƣợc th c hi n t i kh i x lý tín hi u cự ệ ạ ố ử ệ ủa b ộthu có nhiều ƣu điểm hơn so với hai xu hƣớng còn l i nhạ ƣ: tính linh động cao, d ễ thực hi n, khệ ối lƣợng tính toán không l n, hi u qu ớ ệ ả cao. Đặc bi t, các gi i pháp này ệ ả d dàng áp dễ ụngđƣợc trong các b thu m m SDR, mộ ề ột xu hƣớng thi t k b thu ế ế ộ GNSS ph bi n hi n nay trên th gi i và có chi phí r ổ ế ệ ế ớ ẻ hơn so với xu hƣớng thi t k ế ế b ộthu cứng truy n th ng. ề ố

Các gi i pháp thả ực hiệ ạn t i trƣớc khi tín hiệu định v ị đi vào bộ thu GNSS liên quan đến vi c thi t k anten c a b ệ ế ế ủ ộ thu GNSS để có th tránh thu ph i các thành ể ả ph n tín hiầ ệu đa đƣờng nhƣ sử ụ d ng anten choke ring , h anten, s d ng h ệ ử ụ ệanten ho c s d ng các k thu t x lý tín hi u cho h ặ ử ụ ỹ ậ ử ệ ệ anten nhƣ giải pháp beamforming .

Các gi i pháp h u x ả ậ ử lý đƣợc th c hi n sau khi b ự ệ ộ thu GNSS đã tính toán đƣợc gi ả kho ng cách. Còn các gi i pháp x lý t i kh i trung t n là các gi i pháp th c hi n ả ả ử ạ ố ầ ả ự ệ t i các khạ ối đồng b ộ mã PRN và đồng b sóng mang. Các gi i pháp th c hi n theo ộ ả ự ệ xu hƣớng này đƣợc tri n khai khá ph bi n c trong các b ể ổ ế ả ộ thu GNSS thƣơng mại cũng nhƣ là xu hƣớng nghiên c u chính c a nhi u nhóm nghiên c u trên th gi i. ứ ủ ề ứ ế ớ Các giải pháp đƣợc th c hi n khự ệ ở ối đồng b tín hi u có nhiộ ệ ều ƣu điểm hơn so với hai xu hƣớng còn lại nhƣ: tính linh động cao, hi u qu ệ ả cao. Đặc bi t, các gi i pháp ệ ả này d dàng áp dễ ụng đƣợc trong các b thu m m SDR, mộ ề ột xu hƣớng thi t k b ế ế ộ thu GNSS ph bi n hi n nay trên th gi i và có chi phí r ổ ế ệ ế ớ ẻ hơn so với xu hƣớng thiết k b ế ộthu cứng truy n th ng. ề ố

Cấu trúc DLL điển hình trong b thu GNSS s d ng 03 b ộ ử ụ ộ tƣơng quan: Sớm, Muộn và Đúng với kho ng l ch s m muả ệ ớ – ộn là 1 chip . Cấu trúc DLL này đã không gi i quyả ết đƣợc những tác động c a hiủ ện tƣợng đa đƣờng. Để có th gi i quyể ả ết đƣợc vấn đề này, m t cách ti p c n c a các gi i pháp gi m nhiộ ế ậ ủ ả ả ễu đa đƣờng đó là thu hẹp kho ng l ch sả ệ ớm –muộn và đó là cơ sở ủ c a b ộ tƣơng quan hẹp (NC). Trong c u trúc ấ NC, kho ng l ch sả ệ ớm –muộ đƣợn c thu h p t 1 ẹ ừ chip xu ng ch còn 0.1 ố ỉ chip . Việc triển khai gi i pháp này rõ ràng rả ất đơn giản khi hầu nhƣ không thay đổ ấi c u trúc c a DLL. Tuy nhiên, vi c l a ch n kho ng l ch sủ ệ ự ọ ả ệ ớm – muộn này ph ụ thuộc rất nhiều vào băng thông của b l c khộ ọ ối đầu cu cao t n.. Các b ối ầ ộ thu GNSS thƣơng m i s d ng c u trúc NC có = 0.05 ạ ử ụ ấ δ chip÷0.2 chip.

Một xu hƣớng khác trong vi c tri n khai gi i pháp gi m nhiệ ể ả ả ễu đa đƣờng đƣợc đề xu t cho các b ấ ộ thu GNSS và đã đƣợc áp d ng khá r ng rãi trong các b ụ ộ ộ thu GNSS thƣơng mại đó là giải pháp DDC. Trong gi i pháp DDC, thay vì ch s ả ỉ ử d ng ba b ụ ộ tƣơng quan nhƣ trong NC, s ố lƣợng b ộ tƣơng quan của DLL tăng lên thành 05 bao g m: hai b ồ ộ tƣơng quan Sớm ( E1,E2), m t b ộ ộ tƣơng quan Đúng (P) và hai b ộ tƣơng quan Muộn (L1,L2). Thông thƣờng, các b ộ tƣơng quan trong cấu trúc DDC đƣợc b trí sao cho kho ng l ch s m mu n c a cố ả ệ ớ – ộ ủ ặp tƣơng quan sớ –m mu n ộ phía ngoài (E2,L2), gấp đôi khoảng l ch sệ ớm – muộn c a củ ặp tƣơng quan sớm –

muộn phía trong (E1,L1). V i cớ ấu trúc này, đầu ra c a b so pha trong DLL c a khủ ộ ủ ối bám tín hi u có th ệ ể đƣợc tạo ra theo nhi u cách khác nhau. ề

Với cách điều ch nh c u trúc c a khỉ ấ ủ ối bám mã nhƣ vậy, gi i pháp DDC có ả hiệu năng giảm nhiễu đa đƣờng tốt hơn khá nhiều so v i giớ ải pháp NC, đặc bi t vệ ới nh ng tr ữ ễ đa đƣờng trong kho ng t ả ừ trung bình đến dài (tín hiệu đa đƣờng có tr ễ tƣơng đối so v i tín hi u LOS t 0.ớ ệ ừ 5 chip đến 1 chip ). Trên cơ sở ả gi i pháp DDC, m t s ộ ố trƣờng h p c ợ ụthể ủ c a giải pháp này đƣợc đề xu t và tri n khai trong các b ấ ể ộ thu GNSS thƣơng mại nhƣ giải pháp b ộ tƣơng quan phân giải cao (HRC), gi i pháp ả b ộ tƣơng quan Strobe, bộtƣơng quan Pulse Aperture (PAC).

Trên cơ sở ủa ý tƣở c ng nâng s ố ợlƣ ng b ộ tƣơng quan, một gi i pháp v gi m ả ề ả nhiễu đa đƣờng khác cũng đã đƣợ ềcđ xu t v i tên g i b ấ ớ ọ ộ đa tƣơng quan (MGD). Giải pháp MGD s d ng s ử ụ ố ợlƣ ng cặp tƣơng quan là N (N 1 ≥ ) để ạ t o ra hàm so pha trong DLL. Khi đó N đƣợc g i là b c c a c u trúc MGD. Các cọ ậ ủ ấ ặp tƣơng quan trong MGD đƣợc k t h p m t cách tuy n tính v i nhau v i vi c s d ng thích h p các ế ợ ộ ế ớ ớ ệ ử ụ ợ thông số: tr ng s ng vọ ố ứ ới từng cặp tƣơng quan, khoảng l ch sệ ớ –m mu n. ộ

Việ ực l a ch n các tr ng s và kho ng l ch s m ọ ọ ố ả ệ ớ – mu n ộ ảnh hƣởng r t nhi u ấ ề đến chất lƣợng và hiệu năng của gi i pháp MGD. Ngoài ra s ả ố lƣợng cặp tƣơng quan càng nhiều thì độ ph c t p c a cứ ạ ủ ấu trúc MGD càng tăng lên gây khó khăn trong vi c thi t k , ch t o DLL. Bên cệ ế ế ế ạ ạnh đó, số lƣợng cặp tƣơng quan càng tăng thì vi c l a ch n tệ ự ọ ối ƣu các thông số cho b so pha tr ộ ở nên khó khăn hơn. Trên đây là ba trong s r t nhi u các gi i pháp v gi m nhiố ấ ề ả ề ả ễu đa đƣờng đã đƣợc đề xu t vê ấ m t lý thuyặ ết cũng nhƣ đã đƣợc tri n khai trong th c t trên các b thu GNSS ể ự ế ộ thƣơng mại.

Bên cạnh đó, mộ ất c u trúc dạng nhƣ DDC cũng đã đƣợc đề xuấtvới tên gọibộ bám mã Early1/Early2 (E1/E2). Khác v i gi i pháp DDC, gi i pháp này ch s ớ ả ả ỉ ử d ng mụ ộtcặp tƣơng quan Sớm, thay vì hai cặp tƣơng quan Sớm, Mu n. Mộ ục đích chính c a giủ ải phápnày đó là tìm một điểm bám mã ở trên hàm ACF sao cho điểm này không chịu tác động c acác tín hiủ ệu đa đƣờng. Do đó, hai bộ tƣơng quan đƣợc s d ng cho b so pha trong giử ụ ộ ải phápnày đều là dạng tƣơng quan Sớm. L i do tín ỗ

hiệu đa đƣờng đƣợc tính toán d a trên vi c sosánh ự ệ các đầu ra tƣơng quan Sớm khi chịu tác động c a tín hiủ ệu đa đƣờng với các đầu ra tƣơngquan Sớm trong trƣờng h p không chợ ịu tác động c a tín hiủ ệu đa đƣờng. Gi i pháp này cànghi u qu khi lả ệ ả ựa chọn các b ộ tƣơng quan Sớm có kho ng l ch so v i b ả ệ ớ ộ tƣơng quan Đúngcàng l n ớ càng t t. Tuy nhiên, khi l a chố ự ọn nhƣ vậy, giá tr u ra c a các b ị đầ ủ ộ tƣơng quan S mchớ ịu tác động càng l n c a t p âm nhi t nên hi u qu b suy giớ ủ ạ ệ ệ ả ị ảm. Giải pháp nàyr t hi u qu v i tín hiấ ệ ả ớ ệu điều ch d ng BPSK (tín hiế ạ ệu GPS C/A). Nhƣng với tín hi u ệ điều ch d ng BOCsế ạ (n,n),gi i pháp này ch hi u qu v i tín hiả ỉ ệ ả ớ ệu đa đƣờng có trễ dài.

M t giộ ải pháp khác cũng có cấu trúc khá gi ng c u trúc c a gi i pháp DDC ố ấ ủ ả đó là giải pháp Early/Late Slope (ELS) khi cũng sử ụ d ng hai cặp tƣơng quan Sớm, Muộn giống nhƣ DDC. Tuy nhiên, trong khi DDC, kho ng lở ả ệch sớm –muộn đƣợc chọ ựn l a sao cho δ2=2δ1 thì ở ả gi i pháp ELS, kho ng l ch sả ệ ớm – muộn này đƣợc chọn tùy ý. Giải pháp này đã đƣợc s d ng trong các b thu GPS c a hãng №vAtel ử ụ ộ ủ v i tên g i MET (Multipath Elimination Technology). Gi i pháp này d a trên viớ ọ ả ự ệc xác định độ ố d c gi a hai b ữ ộ tƣơng quan Sớm và độ ố d c gi a hai b ữ ộ tƣơng quan Muộn. Trên cơ sở đó, sẽ tính toán đƣợc giá tr c n bù l i sai s do ị ầ ạ ố ảnh hƣởng c a tín ủ hiệu đa đƣờng. Tuy nhiên, hiệu năng của gi i pháp Eả LS kém hơn so với gi i pháp ả DDC khi áp dụng cho tín hiệu BPSK cũng nhƣ tín hiệu sin BOC(n,n).

Cùng chung xu hƣớng gi i pháp gi m nhiả ả ễu đa đƣờng dựa trên độ ố d c hàm ACF là gi i pháp b ả ộ ƣớc lƣợng đa đƣờng theo độ ố d c (SBME). Gi i pháp SBME ả ƣớc lƣợng thông s ố đa đƣờng thông qua s d ng hình d ng cử ụ ạ ủa hàm tƣơng quan lý tƣởng đƣợc chu n hóa. Các thông s ẩ ố đó đƣợc s dử ụng để bù l i sai lạ ệch do đa đƣờng cho DLL c a củ ấu trúc NC. Để ự th c hiện đƣợc điều đó, SBME sử ụ d ng thêm m t b ộ ộ tƣơng quan Muộn để ế k t h p v i DLL c a cợ ớ ủ ấu trúc NC. Do đó, giải pháp SBME có hiệu năng giảm nhiễu đa đƣờng tốt hơn so với giải pháp NC.

B ng ả sau li t kê các gi i pháp gi m nhiệ ả ả ễu đa đƣờng d a trên c u trúc b ự ấ ộ so pha trongDLL phân chia theo s ố lƣợng b ộ tƣơng quan đƣợc s d ng. So sánh các ử ụ giải pháp đã chỉ ra ởtrên, gi i pháp DDC có hiả ệu năng giảm nhiễu đa đƣờng tốt

nhất. Ngƣợc l i, gi ipháp E1/E2 chạ ả ịu tác động nhi u nh t c a tín hiề ấ ủ ệu đa đƣờng (đặc bi t vệ ới các đa đƣờng có tr ng n và trung bình). ễ ắ

B ng 2.2Phân lo i các gi i pháp gi m nhi ễu đa đƣờng theo s ố lƣợng b ộ tƣơng quan

s d ng trong b so pha c a m ch vòng DLL ử ụ

S ố lƣợng b pha ộ Giải pháp giảm nhiễu đa đƣờng

3 b ộ tƣơng quan NC, wEML, E1/E2

4 b ộ tƣơng quan SBME

5 b ộ tƣơng quan DDC (HRC, SC, PAC), ELS

7 b ộ tƣơng quan MGD

Bên c nh các gi i pháp gi m nhiạ ả ả ễu đa đƣờng d a trên c u trúc DLL, còn mự ấ ột nhóm gi ipháp gi m nhiả ả ễu đa đƣờng khác cũng đã đƣợc đề xu t d a trên viấ ự ệc ƣớc lƣợng kh ả nănggiống nhất (ML). Đó là các giải pháp m ch vòng khóa tr ạ ễ ƣớc lƣợng đa đƣờng (MEDLL) k thuỹ ật ƣớc lƣợng đa đƣờng (MMT gi), ải thu t FIMLA, thu t ậ ậ toán kh ả nănggiống nh t v i không gian tìm kiấ ớ ếm đƣợc gi m nh (RSSML). Nh ng ả ỏ ữ gi i pháp này ả thƣờng có đặc điểm vi c tính toán r t ph c t p và r t khó tri n khai ệ ấ ứ ạ ấ ể trên các b ộ thu GNSS dođòi hỏ ố lƣợi s ng b ộ tƣơng quan lớn và x lý vử ới các đầu ra tƣơng quan dạng ph c v i khônggian tìm ki m rứ ớ ế ộng để xác định đỉnh tƣơng quan.Vì v y, các gi i pháp gi m nhiậ ả ả ễu đa đƣờng đƣợc nghiên cứu, đề xu t, tri n ấ ể khai trong án th c hi n t i kh i bám mã RN cùng v i viđồ ự ệ ạ ố ớ ệc thay đổ ấi c u trúc của kh i này do viố ệcthực hi n kh i này có hi u qu khá cao trong vi c gi m nhiệ ở ố ệ ả ệ ả ễu đa đƣờng.

Một phần của tài liệu (LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu phi tuyến để nâng cao độ chính xác của máy thu GNSS khi bị ảnh hưởng của hiện tượng đa đường (Trang 43 - 47)