GPS测量中多路径误差影响因素及防范策略思考

2015-08-15唐云龙梁香根江西省地矿测绘院江西南昌330030

江西建材 2015年8期

■唐云龙，梁香根 ■江西省地矿测绘院，江西南昌 330030

GPS全球定位系统在多个领域中都得到了广泛的应用，其有着全天候、多角度、受环境影响小的优点。但是，在多路径误差测量中还会有一些影响因素存在，所以，将有效的防范对策制定出来是非常必要的，对此，文章通过下文对相关方面的内容进行阐述，从而为有关单位及工作人员提供一定的借鉴作用。

1 多路径原理分析

GPS卫星发射天线相位中心到GPS信号接收天线相位的距离，即为GPS信号接收机观测站星距离。GPS卫星发射中心向GPS信号接收天线相位中心传达信号就是所谓的GPS信号理论，也就是我们所说的直接波动。其实，不但有直接波，还有星体发射波、介质散射波和地面发射波等多种形式的间接波。从高空中，GPS信号经过对流层和电离层向地面传递时，涵盖着从GPS卫星直接到达用户接收机以及通过散射、反射，向着用户接收天线的间接传播，GPS接收机在对GPS信号进行接收的过程中，为直接与间接波结合在一起的波，直接波破坏间接波二出现的距离误差，就是多路径误差，在传播这种多路径误差时出现的延时情况就是所谓的多路径传播。

2 影响因素分析

(1)时空环境带来的影响。卫星相对与地物的空间，同多路径效应产生密切联系，地物对GPS信号的发射能力会影响到效应质量，针对GPS信号而言，山地、森林等反射能力弱，水面的反射能力最强，具体环境不同，例如雨天、晴天，其散射性、导电性和吸收性也会发生一定的改变，然而，突出的较为明显的发射信号却不存在，会较为均匀分布器绕射信号的相对位置。

(2)接收机的抑制与多路径效应有关。工作原理不同，锁定GPS卫星信号的过程和GPS接收机跟踪会存在差异，这样多路径效应就会在不同程度上影响到接收机输出的观测量，在接收系统，接收天线为其中的重要组成，多路径效应的克服性与其性能有着非常密切的联系，

(3)在量值上，多路径效应的影响具备相应的范围。GPS接收机在跟踪锁定和相关对比信号时，对多路径最终效应的出现，会在量值的范围上进行控制，就是会在一个码元的宽度中存在着码伪距，而且，在四分之一个载波波长范围内存在着相位。

(4)频率会影响到多路径效应。当出现一致的多路径场景时，会存在着相同的发射介质发射特性，随着卫星的不断运动，多路径信号就会将其入射角不断的进行改变，而通常都会在相应的频率范围内进行这种物理现象。

3 防范对策分析

现阶段，对多路径误差进行解决时有两种重要的方法:设计硬件与数据事后处理。对接收机内部载波跟踪环、延迟锁定环性能、天线构造的改进为硬件设计的主要内容。而针对大多数的用户而言，从事后数据处理的角度入手是对多路径误差给予解决的主要方式。当路径存在于比较恶劣的环境下时，可能会在米级存在着多路径测量的误差，一旦没有解决多路径效应，这样精度高的测量结果就不可能被获取出来，因此，为了能够削减其中出现的误差，我们可以对这样的方式进行选择应用:

(1)对合适的地址进行选择。应该在大面积平静水面较远的位置设置GPS观测站，也不应该在盆地、金属矿区和山坡地区进行修建，因为有非常强烈的发射信号会存在这种区域中，同时，具有电磁波发射源和高层建筑附近也不应该对GPS测站进行设置。

(2)合理的设置接收机。接收机的设计方案在很大程度上会影响到多路径误差。一旦将一组多路径的参数给定出来，非相干延迟锁相环要比相干延迟锁相环要大。码根踪环带宽和多路径的相对变化率进行比较，一旦较大时，平均值在相干误差中就会为零。

(3)对有关器窄间隔技术进行使用。将超前与滞后相关器窄间隔的方法应用到非相干DLL中。在构成鉴相器时，对小部分的有关函数进行使用，能够将误差在最大路径中降低10倍，而且能够在更大的多路径和码位中将相对延迟的误差予以消除。

(4)对多抗路径天线进行使用。在设计某些天线的时候，对增益方向图的赋形进行利用，确保有多路径抑制的功能存在于天线自身当中。在用户所使用的天线与地面有相应的距离时，就会从天线的主瓣上将导航星的直达信号输入进去，通过地面产生的多路径干扰在入射时主要通过天线旁瓣来完成，因为多路径干扰的到达角度和直达信号会存在一定的差别，因此，对抗多路径天线进行选取是一种非常简易的方式。

(5)列阵时应用时域和空域自适应天线。随着时间和空间的变化，多路径干扰也会不断改变，利用自适应滤波的时域处理方法和单一的抗多路径天线空域处理方法，很难将理想的效果获取出来，因此，我们应该选择时空自适应列阵处理方式。但是，因为GPS接收机机动性、多通道和低沉本等特殊的要求，现阶段我们能够使用的就是那些便于实现、简单的时空组合处理方式。

(6)对加权几何精度因子选星方法进行使用。对这种方式进行选择，将不同加权的GDOP值就能够生成出来，对于较大多路径误差的观测方程尽量不要使用，对于将多路径对定位误差的降低上这种方法必将发挥着巨大的作用。