[发明专利]一种单频多路径效应探测与缓解方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及一种单频多路径效应探测与缓解方法。

背景技术

早在二十世纪七十年代GPS系统的研制和论证阶段，多路径效应对定位的影响就被列为论证因素之一明确提出。多路径效应是指：GPS卫星定位信号在其发射和传播过程中由于受到环境因素的影响而导致接收信号中带入周围环境造成的反射或绕射信号，这种信号畸变致使GPS信号的极化方式和延迟发生变化，从而产生定位偏差甚至信号失锁，从而构成卫星定位中的多路径效应。

多路径效应主要具有以下特点：（1）多路径效应为一时空环境效应：多路径效应的产生可以理解为一时空环境效应。其与卫星相对于地物的空间位置及地物均有关系。地物所造成的多路径效应影响与地物对GPS信号的反射能力又有关。反射能力常以地物的反射系数表示，此时地物为GPS信号传播的一种介质。反射物的反射系数被定义为反射波场强与入射波场强之比，GPS定位信号从卫星发出到达地面接收天线时，球面波之等位面的局部球面可看成平面，即球面波可当成平面波处理。由多路径误差的形成机理可知，在适当长的时间里，其均值将愈来愈小。（2）多路径效应的影响与接收机的抑制能力有关：由于不同工作原理工作的GPS接收机跟踪和锁定GPS卫星信号的过程也有所不同，从而导致接收机输出的观测量受到的多路径效应的影响也不相同。因此，除观测环境外，GPS接收机内部工作机理与多路径效应的产生是密不可分的。另外，GPS接收天线也是接收系统中的重要单元，其性能直接影响到对多路径效应的克服能力。（3）静态时的多路径效应具有重复性：由第一特点可以理解到，在静态情况下，卫星空间结构相对于观测点是依卫星的运行周期而重复的，因此产生多路径的场景也是重复的，这直接导致多路径效应具有的重复性。（4）多路径效应的影响在量值上具有一定的范围：GPS接收机在对信号进行相关比对和跟踪锁定时决定了多路径效应的最终产生具有量值上的范围，即理论上码伪距不会超过一个码元的宽度，而相位不会超过四分之一个载波波长。（5）多路径效应具有一定的频率行为：当产生多路径的场景一定时，反射介质的反射特性也一定，多路径信号随着卫星的运行而不断改变其入射角。

据美国Ohio大学的研究，GPS C/A码多路径误差最大可达150米，精码也达10米，实用中的大地型GPS接收机在水面上的伪距多路径影响可达7米。这足以危机定位的精度和可靠性，直接影响着诸如飞机进场，航天器对接等重大任务的顺利进行。澳大利亚Queensland大学卫星导航中心的研究(A.Walker,I999)表明地物反射特性不同，定位结果也存在差异，例如雨天和晴天的GPS观测量的信噪比差一倍，多路径效应的幅值明显增大，因而直接影响诸如精密形变监测和板块运动监测等的结果，甚至可导致形变趋势解译和预报的失误。加拿大的Georgiadou和Kleusberg早在1988年就得出在静态和动态定位方式下，城市环境限制了点位的选择，并导致载波相位观测量因多路径效应而受到污染，致使在快速静态定位中，基线收敛速度慢一倍；动态情况下，水平位置有5cm误差，高程分量大于10cm的误差。因此多路径效应探测与环境的探测与环境是十分必要的。