沈冰舰

（新疆煤田地质局综合地质勘查队，新疆 乌鲁木齐830009）

0 引言

随着GPS测量方法的广泛应用，GPS测量有许多优点，如点位精度十分均匀，在测程大于10km时GPS定位精度优于精密光电测距仪，当然GPS在测量定位的过程中会受到很多种因素的影响，比如，卫星钟差、接收机钟差、电离层延迟、对流层延迟等等。在各项误差源中特别是多路径误差不能用同样的方法予以消除或减弱，因为多路径效应所引起的误差有很多不确定因素，到目前为止，我们还没能找到一种十分理想的办法来对各种各样的多路径误差做出有效的判断。

所以为了去削弱这些多路径效应带来的误差，我们一般都会采用性能比较优良的微带天线，与此同时在天线下面安置可以屏蔽一部分各类反射电波的抑径板或者抑径圈。有人做过试验，用这个方法可以使多路径效应带来的误差减少将近百分之三十，那么在平时的测量中，在没有特别好的改良手段的时候，可以使用这种加抑径板的方式，在此次研究中，特意选择了湖面多路径效应对静态GPS测量精度的影响这一不被人们所熟悉的多路径误差种类，希望本次研究能对大家有所帮助。

1 多路径效应的原理

GPS信号接收机所测得的接收机和卫星距离，应该是接收机天线相位中心到GPS卫星发射天线相位中心的那段距离。所以说在接受信号时，由卫星天线发射出的信号到GPS接收机天线相位中心的信号，称之为直接波。但是在实际观测时，除了直接波还有以下几种波：地面反射波、星体反射波、介质散射波等几种间接波，当然还有卫星信号从高空中通过电离层发生折射和通过对流层发生折射而到达地面的信号，其中包括直接从卫星发射出来的到达用户接收天线的直接波以及经过反射和散射还有折射而到达用户接收天线的间接信号。所以可以说GPS信号接收机所接收的GPS信号是直接波和间接波的合成波。之所以把这种误差叫做多路径误差，就是因为间接波对直接波的破坏性干涉而引起的站星距离测量的误差。因为是多种间接波的干涉产生的误差，所以把这种情况称之为多路径效应。

2 如何削弱多路径误差

多路径误差包括常数部分和周期性部分，对于常数部分会将在同一地点不断的出现，哪怕连续去观测很多天，也无法削弱和消除，周期性部分不一样，则可以通过延长观测的时间，这样可以来削弱或者消除误差。当然数码观测值的多路径效应更为复杂和严重，这种误差大约是载波相位多路径误差影响的200倍。多路径误差给点位坐标带来的影响，在一般环境下可达五厘米到九厘米，在河边湖面等高反射环境下可达十五厘米之多。对于伪距观测所带来的误差，良好的观测环境条件下约为四五厘米。然而如果在极坏条件下观测，码信号多路径误差有可能会使得接收机产生相位失锁。在数据处理中可以看到许多周跳都是因为多路径效应而产生的对GPS观测时的选点要尤其注意、可以使用较为先进的GPS接收机或者是改进过的GPS接收机、也可以在数据处理时对GPS观测数据进行相应方法的数据处理来削弱误差影响。

3 湖面多路径效应对GPS测量的影响

本次实验所使用的数据处理软件是中海达H32GPS接收机所配套的名为HGO的数据处理软件，该软件主要功能有项目管理，静态基线处理，网平差等功能。首先在第一天的下午16:：05开始静态数据采集，17：40结束，第一天的湖边点采集时没有对多路径信号进行遮挡。第二天和第三天分别也是在16:05开始，17:40结束，保证三天测量的时间都为一个半小时，在第二天对湖边点的仪器使用了纸板遮挡，纸板遮挡的想法是从抑径板上得出来的，第三天则是对湖边点的仪器用雨伞遮挡湖面的反射信号 对于用纸板遮挡的方法我是采用了类似抑径板的做法，天线相位中心至自制抑径板的高度为11厘米，截止高度角是15度。由H/tan15°可以算出纸板半径为40厘米才合适。由于条件所限制，我们采用了边长为70厘米的正方形纸板，最短半径大约为35厘米，较为接近40厘米，可以遮挡住部分多路径信号。对于雨伞遮挡的方法，雨伞是比纸板更好的遮住仪器。这种遮挡方式得来的最根本的原因是平时我们在采集数据时，如果GPS接收机离高楼或者是在树下，凉棚下时，GPS的信号会被遮挡住。所以我们认为，卫星信号在湖面经过反射后，其本质依然是卫星信号，既然树叶可以遮挡住卫星信号，那么纸板和雨伞也应该可以做到这一点。在三次数据采集完后，用HGO数据处理软件对测量数据进行处理，并对比其处理结果。

4 数据处理对比分析

首先是对比三次采集数据的平差后的基线及标准差，第一次中DX，DY，DZ的中误差比第二次的大了一倍，比第三次的大了五倍。其次是对比三次数据处理后的基线改正数及标准差，可以看出来，三次的VDX，VDY，VDZ中误差对比，第一次的AC基线改正标准差是第二次第三次的三倍之多，然后是平差后站点WGS84坐标(XYZ)中误差对比，可以看出第一次的中误差比第二次大了一倍，是第三次的五倍之多。

同时在基线残差图也可以看出同一根基线在三次的测量中，第一次的波动和杂乱程度是最大的。而第一次正是没有遮挡多路径信号的所观测的数据所的出的基线。

5 结束语

在做完实验数据处理并且对比处理结果后，我得出了如下几条结论：

第一，在没有遮挡的情况下，各项数据处理后得出的中误差都是远远大于被遮挡情况下的，最大的达到了八倍之多，也就是说湖面的多路径信号对GPS观测精度的影响是比较显著的。

第二，自制的纸板还有雨伞是可以遮挡住一部分多路径信号的。

第三，在没有遮挡情况下，湖面两点间基线残差序列图的波动和杂乱程度是大于非湖面两点的间基线残差序列图的波动和杂乱程度的，湖面多路径效应对GPS观测影响是不容忽视的。在处理基线时应对波动大的卫星信号给予删除改正。

第四，对于同一根基线来说，遮挡的情况下，波动幅度和杂乱程度是是比非遮挡情况下要好很多的。

综上所述，湖面多路径信号对GPS观测精度的影响还是比较明显的，在有多路径影响下的数据中误差是在一定遮挡后的三倍甚至五倍八倍之多，所以，在以后的测量工作中，当我们选点时应当尽量避免在河边湖边或者有大面积水的地方，不能完全避免的时候也要尽量远离这些地方。

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