[科普中国]-多路径效应

影响

多路径效应是GPS测量中干扰测量质量的主要原因之一。多路径效应类似于回声的现象，在接收机收到从卫星直接发射的信号的同时，它也接收到由其他物体反射的卫星信号。在GPS测量中如无法更换测量地点，降低多路径效应的方法主要有增加卫星截止高度角，但这样做的同时也会屏蔽掉低高度角的卫星（就是刚从地平线升起的卫星）信号。除此之外还可以增加扼流圈，抑径板等装置。但是多路径效应只能减弱，目前无法消除。

多路径效应是指接收机除直接收到卫星发射的信号外，还同时收到经天线周围地物一次或多次反射的卫星信号。这些信号与直接信号叠加，从而使观测量产生误差。而且这种误差随天线周围反射面的性质而异，所以很难建立描述它的数学模型。根据实验资料的分析表明，在一般反射环境下，多路径效应对测码伪距的影响可达米级，对测相伪距的影响可达厘米级；而在高反射环境下，不仅其影响将显著增大，而且常常导致接收的卫星信号失锁和使载波相位观测量产生周跳。因为，对于码观测量和载波。相位观测量，除了电离层折射和多路径效应之外，其他的误差都是相同的，所以应用码观测量和载波相位观测量的特殊组合，可以估算出多路径效应的影响。只是由于码观测值的精度不高，这就意味着用这种方法仍无法探测到小的多路径效应。

多路径效应的影响，一般包括常数部分和周期性部分，其中常数部分，在同一地点将会日复一日地重复出现。

目前，减弱多路径效应影响的措施，主要有：

1、安置接收机天线的环境；

2、应避开较强的反射面，如水面、平坦光滑的地面和平整的建筑物表面等；

3、选择造型适宜且屏蔽良好的天线，例如，采用扼流圈天线等。

4、适当延长观测时间，削弱多路径效应的周期性影响。

5、改善GNSS接收机的电路设计，以减弱多路径效应的影响。2

消弱方法基线两端的多路径效应不具有相关性，无法通过差分技术来消除，从而使多路径效应误差成为GPS短基线差分测量的一个主要的误差来源，如何削弱多路径效应误差是GPS高精度测量的一个最主要的问题。当前GPS多路径效应研究大致可以分为三类：GPS天线设计、接收机信号处理以及数据后处理。通过设计特殊的GPS火线来抑制多路径的方法主要有天线增益法、天线极化法、扼流圈天线。特殊的天线有效地抑制多路径效应，但这种天线的体积较大，价格昂贵，而且对于高度角较大的反射信号造成的多路径效应仍然无能为力。接收机信号处理法是通过改进信号处理技术，在信号处理阶段削弱多路径效应的影响。其中主要有窄相关技术、多路径削减技术MET(Muhipath Elimination Technology)以及削减多路径的延迟锁相环MEDLL(Multipalh Elimination Delay Lock
Loop)。前两种技术只考虑了DLL(Delay Lock Loop)中多路径的影响，只能改善伪距观测值中多路径效应的影响。中多路径的影响，可有效地削减伪距与相位观测值中的多路径效应的影响，这种技术计算量较大，对硬件的要求较高。3

误差及消除所谓多路径效应误差是指在GPS测量定位中，接收机天线除直接接收到GPS卫星信号之外，还可能接收到经观测站周围发射物的发射再传播过来的信号，两种信号产生干涉，从而使观测值偏离其真值而产生的误差，这种现象称为多路径效应。这种误差较为复杂，因其随观测站周围环境的不同而变化。根据有关资料可知，多路径效应误差对观测值的影响有时可达米级，若天线处于多反射环境中，其影响值甚至会更大。而且严重时还会导致卫星信号的失锁，从而使载波相位测量产生周跳。多路径效应误差是GPS测量定位中的重要误差源之一。

在GPS测量定位中，多路径效应误差的大小取决于反射物离测站的距离和反射系数(取决于反射的材料、形状及表面粗糙程度等)及卫星信号的方向等各种性质。迄今为止，尚无法建立准确的误差改正模型。较为有效的办法，一是选择恰当测站点位，避免信号反射物；二是对接收机天线做适当处理，以抑制反射信号的进入。

在GPS测量定位时，所选择的GPS观测站点要尽量远离大面积平静的水面，将其固设在草坪及表面较粗糙的道路、广场等地方。若观测站点需选择在高层建筑物的顶部时，应该考虑周围建筑物的反射状况，同时还要对反射系数较大的楼层顶面做一定的临时处理，如薄铺一层砂、炉渣、锯末等物质。另外，在GPS测量定位时，其附近要禁止电焊作业，避免电弧对信号的影响。汽车亦不要停放在距离观测站点过近的地方。以免车身或车镜产生信号反射。

为了防止从地面或楼面反射的卫星信号进入天线产生多路径误差，可在接收机天线下配置抑径板。

另外，由于多路径效应误差是时间的函数，而且多路径效应误差的大小和符号会随着卫星信号高度角的变化而变化，所以在静态GPS测量定位中通常是适当地延长观测时间，以有效地削弱多路径效应误差的影响。4