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Rotating GNSS Antennas: Simultaneous LOS and NLOS Multipath Mitigation
GPS Solutions ( IF 4.9 ) Pub Date : 2020-07-03 , DOI: 10.1007/s10291-020-01006-w
Taro Suzuki , Kazuki Matsuo , Yoshiharu Amano

Urban environments present significant challenges to global navigation satellite system (GNSS) positioning. GNSS signals are often obstructed by buildings and other obstacles, leading to reflection and diffraction, which cause major line-of-sight (LOS) and non-line-of-sight (NLOS) multipath positioning errors. We propose a new, precise GNSS positioning technique that can simultaneously mitigate LOS and NLOS multipath errors by rotating the GNSS antenna arm horizontally at a certain angular velocity. The key idea behind this technique is to use the antenna motion to mitigate the LOS multipath effect and detect the NLOS multipath signals. The relative carrier phase between the direct signal and the multipath signal frequently changes when a GNSS antenna is moving. As a result, the effect that the strong reflected signal affects the direct signal can be reduced. We use this characteristic to mitigate LOS multipath errors by generating antenna motion. By rotating a GNSS antenna, the Doppler frequency is produced by the antenna motion. If the received GNSS signal is the NLOS signal, the direction of incoming signals is different from that of direct signals. In this situation, the phase of the generated Doppler frequency will be different, and NLOS signals can be detected by comparison with the ideal Doppler frequency. We conducted an experiment to evaluate the proposed method. The positioning error of the proposed method using LOS multipath mitigation and NLOS exclusion by the rotating antenna was decreased from 18.96 to 2.83 m. In addition, the availability of GNSS positioning increased from 44.29 to 100%.

中文翻译:

旋转GNSS天线:同步LOS和NLOS多径缓解

城市环境对全球导航卫星系统(GNSS)的定位提出了重大挑战。GNSS信号经常被建筑物和其他障碍物阻挡,导致反射和衍射,这会导致主要的视线(LOS)和非视线(NLOS)多径定位错误。我们提出了一种新的精确GNSS定位技术,该技术可以通过以一定的角速度水平旋转GNSS天线臂来同时减轻LOS和NLOS多径误差。该技术背后的关键思想是使用天线运动来减轻LOS多径效应并检测NLOS多径信号。当GNSS天线移动时,直接信号和多径信号之间的相对载波相位会频繁变化。结果是,可以减小强反射信号影响直接信号的影响。我们使用此特性通过生成天线运动来减轻LOS多路径错误。通过旋转GNSS天线,天线运动会产生多普勒频率。如果接收到的GNSS信号是NLOS信号,则输入信号的方向与直接信号的方向不同。在这种情况下,生成的多普勒频率的相位会有所不同,并且可以通过与理想多普勒频率进行比较来检测NLOS信号。我们进行了一项实验,以评估所提出的方法。所提出的使用LOS多径缓解和旋转天线排除NLOS的方法的定位误差从18.96降低到2.83 m。此外,GNSS定位的可用性从44.29增加到100%。我们使用此特性通过生成天线运动来减轻LOS多路径错误。通过旋转GNSS天线,天线运动会产生多普勒频率。如果接收到的GNSS信号是NLOS信号,则输入信号的方向与直接信号的方向不同。在这种情况下,生成的多普勒频率的相位会有所不同,并且可以通过与理想多普勒频率进行比较来检测NLOS信号。我们进行了一项实验,以评估所提出的方法。所提出的使用LOS多径缓解和旋转天线排除NLOS的方法的定位误差从18.96降低到2.83 m。此外,GNSS定位的可用性从44.29增加到100%。我们使用此特性通过生成天线运动来减轻LOS多路径错误。通过旋转GNSS天线,天线运动会产生多普勒频率。如果接收到的GNSS信号是NLOS信号,则输入信号的方向与直接信号的方向不同。在这种情况下,生成的多普勒频率的相位会有所不同,并且可以通过与理想多普勒频率进行比较来检测NLOS信号。我们进行了一项实验,以评估所提出的方法。所提出的使用LOS多径缓解和旋转天线排除NLOS的方法的定位误差从18.96降低到2.83 m。此外,GNSS定位的可用性从44.29增加到100%。通过旋转GNSS天线,天线运动会产生多普勒频率。如果接收到的GNSS信号是NLOS信号,则输入信号的方向与直接信号的方向不同。在这种情况下,生成的多普勒频率的相位会有所不同,并且可以通过与理想多普勒频率进行比较来检测NLOS信号。我们进行了一项实验,以评估所提出的方法。所提出的使用LOS多径缓解和旋转天线排除NLOS的方法的定位误差从18.96降低到2.83 m。此外,GNSS定位的可用性从44.29增加到100%。通过旋转GNSS天线,天线运动会产生多普勒频率。如果接收到的GNSS信号是NLOS信号,则输入信号的方向与直接信号的方向不同。在这种情况下,生成的多普勒频率的相位会有所不同,并且可以通过与理想多普勒频率进行比较来检测NLOS信号。我们进行了一项实验,以评估所提出的方法。所提出的使用LOS多径缓解和旋转天线排除NLOS的方法的定位误差从18.96降低到2.83 m。此外,GNSS定位的可用性从44.29增加到100%。在这种情况下,生成的多普勒频率的相位会有所不同,并且可以通过与理想多普勒频率进行比较来检测NLOS信号。我们进行了一项实验,以评估所提出的方法。所提出的使用LOS多径抑制和旋转天线排除NLOS的方法的定位误差从18.96降低到2.83 m。此外,GNSS定位的可用性从44.29增加到100%。在这种情况下,生成的多普勒频率的相位会有所不同,并且可以通过与理想多普勒频率进行比较来检测NLOS信号。我们进行了一项实验,以评估所提出的方法。所提出的使用LOS多径抑制和旋转天线排除NLOS的方法的定位误差从18.96降低到2.83 m。此外,GNSS定位的可用性从44.29增加到100%。
更新日期:2020-07-03
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