GPS測量中多路徑誤差影響因素及防范策略思考

■唐云龍，梁香根 ■江西省地礦測繪院，江西 南昌 330030

GPS全球定位系統在多個領域中都得到了廣泛的應用，其有著全天候、多角度、受環境影響小的優點。但是，在多路徑誤差測量中還會有一些影響因素存在，所以，將有效的防范對策制定出來是非常必要的，對此，文章通過下文對相關方面的內容進行闡述，從而為有關單位及工作人員提供一定的借鑒作用。

1 多路徑原理分析

GPS衛星發射天線相位中心到GPS信號接收天線相位的距離，即為GPS信號接收機觀測站星距離。GPS衛星發射中心向GPS信號接收天線相位中心傳達信號就是所謂的GPS信號理論，也就是我們所說的直接波動。其實，不但有直接波，還有星體發射波、介質散射波和地面發射波等多種形式的間接波。從高空中，GPS信號經過對流層和電離層向地面傳遞時，涵蓋著從GPS衛星直接到達用戶接收機以及通過散射、反射，向著用戶接收天線的間接傳播，GPS接收機在對GPS信號進行接收的過程中，為直接與間接波結合在一起的波，直接波破壞間接波二出現的距離誤差，就是多路徑誤差，在傳播這種多路徑誤差時出現的延時情況就是所謂的多路徑傳播。

2 影響因素分析

(1)時空環境帶來的影響。衛星相對與地物的空間，同多路徑效應產生密切聯系，地物對GPS信號的發射能力會影響到效應質量，針對GPS信號而言，山地、森林等反射能力弱，水面的反射能力最強，具體環境不同，例如雨天、晴天，其散射性、導電性和吸收性也會發生一定的改變，然而，突出的較為明顯的發射信號卻不存在，會較為均勻分布器繞射信號的相對位置。

(2)接收機的抑制與多路徑效應有關。工作原理不同，鎖定GPS衛星信號的過程和GPS接收機跟蹤會存在差異，這樣多路徑效應就會在不同程度上影響到接收機輸出的觀測量，在接收系統，接收天線為其中的重要組成，多路徑效應的克服性與其性能有著非常密切的聯系，

(3)在量值上，多路徑效應的影響具備相應的范圍。GPS接收機在跟蹤鎖定和相關對比信號時，對多路徑最終效應的出現，會在量值的范圍上進行控制，就是會在一個碼元的寬度中存在著碼偽距，而且，在四分之一個載波波長范圍內存在著相位。

(4)頻率會影響到多路徑效應。當出現一致的多路徑場景時，會存在著相同的發射介質發射特性，隨著衛星的不斷運動，多路徑信號就會將其入射角不斷的進行改變，而通常都會在相應的頻率范圍內進行這種物理現象。

3 防范對策分析

現階段，對多路徑誤差進行解決時有兩種重要的方法:設計硬件與數據事后處理。對接收機內部載波跟蹤環、延遲鎖定環性能、天線構造的改進為硬件設計的主要內容。而針對大多數的用戶而言，從事后數據處理的角度入手是對多路徑誤差給予解決的主要方式。當路徑存在于比較惡劣的環境下時，可能會在米級存在著多路徑測量的誤差，一旦沒有解決多路徑效應，這樣精度高的測量結果就不可能被獲取出來，因此，為了能夠削減其中出現的誤差，我們可以對這樣的方式進行選擇應用:

(1)對合適的地址進行選擇。應該在大面積平靜水面較遠的位置設置GPS觀測站，也不應該在盆地、金屬礦區和山坡地區進行修建，因為有非常強烈的發射信號會存在這種區域中，同時，具有電磁波發射源和高層建筑附近也不應該對GPS測站進行設置。

(2)合理的設置接收機。接收機的設計方案在很大程度上會影響到多路徑誤差。一旦將一組多路徑的參數給定出來，非相干延遲鎖相環要比相干延遲鎖相環要大。碼根蹤環帶寬和多路徑的相對變化率進行比較，一旦較大時，平均值在相干誤差中就會為零。

(3)對有關器窄間隔技術進行使用。將超前與滯后相關器窄間隔的方法應用到非相干DLL中。在構成鑒相器時，對小部分的有關函數進行使用，能夠將誤差在最大路徑中降低10倍，而且能夠在更大的多路徑和碼位中將相對延遲的誤差予以消除。

(4)對多抗路徑天線進行使用。在設計某些天線的時候，對增益方向圖的賦形進行利用，確保有多路徑抑制的功能存在于天線自身當中。在用戶所使用的天線與地面有相應的距離時，就會從天線的主瓣上將導航星的直達信號輸入進去，通過地面產生的多路徑干擾在入射時主要通過天線旁瓣來完成，因為多路徑干擾的到達角度和直達信號會存在一定的差別，因此，對抗多路徑天線進行選取是一種非常簡易的方式。

(5)列陣時應用時域和空域自適應天線。隨著時間和空間的變化，多路徑干擾也會不斷改變，利用自適應濾波的時域處理方法和單一的抗多路徑天線空域處理方法，很難將理想的效果獲取出來，因此，我們應該選擇時空自適應列陣處理方式。但是，因為GPS接收機機動性、多通道和低沉本等特殊的要求，現階段我們能夠使用的就是那些便于實現、簡單的時空組合處理方式。

(6)對加權幾何精度因子選星方法進行使用。對這種方式進行選擇，將不同加權的GDOP值就能夠生成出來，對于較大多路徑誤差的觀測方程盡量不要使用，對于將多路徑對定位誤差的降低上這種方法必將發揮著巨大的作用。

4 結語

綜上所述，在科技發展推動下，極大的推動了我國測量工程的發展，而且多路經測量方式的應用極大的提升了測量工作質量和速度，GPS為多路徑測量得以實現的重要保證，文章分別程多路徑測量的影響因素和防范對策進行了闡述，進而為促進此項工作的順利發展提供一定的幫助作用。

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