GPS多路径效应实例分析报告.docx

1绪论 1
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2 GPS测量多路径效应分析 6
多路径效应产生的机理 6
；卫星钟的钟误差：卫星上装有高精度的原子钟， GPS观测是以GPS时间为基准的，原子钟守时与标准GPS时存在误差，就是卫星钟的钟误 差；相对论效应：由于卫星钟和接收机钟所处的状态不同而引起卫星钟和接收机钟之间产 生相对钟误差的现象就叫相对论效应。
（2） 与信号传播有关的误差
GPS信号到达地面要经过大气层，产生一系列的反射和折射，从而出现电离层折射误 差、对流层折射误差、多路径效应误差。电离层折射：GPS信号是由两万公里之外的高空 GPS卫星发射而来的，当信号通过电离层时，信号的路径会发生弯曲折射，传播速度也会 发生变化，对站星距离测量影响很大，这就是电离层折射；对流层折射：对流层是距离地 面40km 一下的大气层，其大气密度比电离层更大，大气状态很复杂，对流层与地面接触 并从地面得到辐射热能，其温度随高度的上升而降低，GPS信号通过对流层时，传播路径 也发生折射，从而使测量距离产生偏差，这种现象就叫对流层折射；多路径效应：在GPS 测量中，如果测站周围的反射物的卫星信号（反射波）进入接收机天线，这就将和直接来 卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏离真值，这种现象就叫多路径效应。
（3）与接收机有关的误差
接收机钟误差：在GPS测量时，为了保证随时导航定位的需要，卫星钟必须具有极好 的长期稳定度。GPS接收机一般设有高精度的石英钟，日频率稳定度约为10-2如果接收 机钟与卫星钟之间的同步差为
1vs，则引起的等效距离误差为300m；接收机的位置误差： 此误差是指接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差，这里包括天线的置平和对 中误差。天线相位中心位置的偏差：此偏差表现为天线的相位中心与几何中心的不一致， 相位中心会因信号方向与强度不同而有所变化，同时与天线质量有关，其偏移可达几毫米 到几厘米。在相对定位中，对天线按方位进行定向安置，再利用求差处理可消弱其影响。
当然还有一些其他的误差，如地球自转的影响，地球潮汐的影响等。
按误差的性质，GPS误差又可分为系统误差与偶然误差，系统误差主要包括卫星的星 历误差、卫星钟差以与接收机钟差等；而偶然误差主要包括信号的多路径效应，对中、量 天线高的误差等。虽然系统误差无论从误差的大小还是对定位结果的危害性讲都比偶然误 差要大得多，是GPS测量的主要误差源，但其有规律可循，我们可以根据其产生的原因采 取不同的措施加以消除或削弱。而多路径效应是GPS测量中最常见的误差来源，严重影响 了 GPS测量的精度，所以本课题选择了对GPS测量多路径效应的实例分析，以谋求一种更 好的方法来消弱这种误差，是其精度达到更高，为人们提供更好的、更精确的数据。

GPS的发展日趋成熟，对于GPS的精度要求也越来越高，因此GPS误差越来越受到 人们的关注，特别是由多路径效应引起的误差，故国外对于减弱GPS多路径效应的研究 也 如雨后 春笋，层出 不穷。如 Minami M 等在 An Adaptive multipath EstimationElimination Technique for GPS Signals Reception中为 了估计在 GPS 测量 中的多路径误差，提出了基于最小二乘法的自适应滤波法。这种方法是通过减少接收机 的GPS信相位锁相环中的锁相环误差来消弱多路径效应，通过计算机模拟，该方法得到 证实。在多路径环境中对GPS信号进行估计，是把GPS信号作为一个延迟面实现的，并 用估计结果来修正接收信号的相关性，从而减少码相位锁相环误差和载波相位锁相环误 差，但是这种方法的不足之处是不能对多路径信号作出单个估计（Minami M、MorikawaH、
AoYama T, etal, 2003）;而 Ge 等在 GPS multipatH CHange Detection at Permanent GPS Stations中则利用基于自适应滤波的最小二乘法来探测永久连续GPS工作站的多路径变 化，当天线在不同环境下，无论是伪距测量还是载波相位测量中，基于接收机噪声水平 的多路径变化都能被觉察到，但是这种方法不能在线结算（Ge L L, Han S W, Rizos C, etal, 2002）。
GPS多路径效应在国的研究也正不断进步，比如，由戴吾蛟等进行的GPS动态变形测 量中的多路径效应特征研究，通过多路径效应的基本原理以与模拟振动台的GPS震动测量 试验证明了天线位移至信