GPS多路径效应误差与处理技术.doc

目录 引言 GPS多路径效应误差 2.1 多路径误差概念 2.2 多路径误差模型 2.3 多路径误差特性 三．GPS多误差效应的处理技术 3.1 空间处理技术在降低多路径误差方面的应用 3.2 接收机的改进机技术在降低多路径误差方面的应用 3.3 数据后处理技术在降低多路径误差方面的应用 3.4基于EMD的虑波方法 四．结论 摘要：本文介绍了有关多路径误差的产生概念，产生机制，及在实际中的一些处理技术包括空间处理技术、接收机改进技术和数据后处理技术。 关键字：GPS，多路劲误差效应，反射，处理技术 一．引言 GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。 GPS全球定位系统在现代科技领域得到了广泛的应用，它主要是通过地面接收设备接收卫星传送的信号来测定地面点的三维坐标。它拥有良好的定位精度，定位精度可达毫米级, 授时精度可达ns级, 从而达到全球广泛应用。但其在使用过程中也会产生误差，为了达到高要求，应对误差进行处理。对于GPS相对定位而言, 在采集GPS定位数据时, 关键在于如何消除和减弱GPS信号的传播误差。它主要是电离层和对流层的时延误差以及多路径误差。其中卫星星历误差,，对流层、电离层延迟误差, 接收机误差等都可以通过模型改正或双差进行消除或者削弱。,但对多路径这样的随机性误差无法利用长期观测数据来建模彻底，因此消除多路径误差即比较困难。多路径误差已成为卫星导航定位中最难以克服和修正的误差之一。本文介绍了多路径误差的有关知识，并介绍当前领域多路径误差的处理方式包括：空间处理技术，接收机的改进机技术，数据后处理技术等。 二. GPS多路径效应误差 2.1多路径误差概念 GPS信号接收机所测得的站点距离，应该是GPS信号接收天线相位中心至GPS卫星发射天线相位中心的距离。接收的GPS信号理论应该是GPS信号接收天线相位中心直接到达GPS信号接收天线相位中心，称为直接波。实际上除了直接波还有：地面反射波、星体反射波、介质散射波等几种间接波。GPS信号从高空通过电离层和对流层而到达地面时包括直接从GPS卫星到达用户接收天线的直接波以及经过反射和散射而到达用户接收天线的间接波。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。所谓的“多路径误差”就是间接波对直接波的破坏干涉而引起的站点距离误差。这种由多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称作“多路径误差效应”。 GPS 在实际测量中接收到的信号是直接波和反射波产生干涉后的叠加信号。而来自卫星的直接信号和经反射体反射后的信号所经过的路程度是不一样的，两种路程长度的差值称为程差或冲离延迟量，此是产生多路径效应的根源。 2.2多路径误差模型 我们可以通过模拟多路径误差效应的形成过程，了解多路径误差效应。多路径误差效应实际是一种信号延迟效应。实际中，由于经过放射到达接收器的路径比直接到达接收器的路径要长， 所以会出现时间延长效应。 下面分三种情况考虑反射对引起“多效应误差“的影响： 在只有垂直面反射波多路径效应程差 图1 在只有垂直面反射波多路径效应程差 如图所示，由反射引起的误差主要是由于s1和s2叠加的结果，其中 s1=d/sinβ s2=d/cos（180-2β） 总距离延迟量为 s=s1+s2=2dsinβ 式中：d—接收天线至建筑物垂直面的水平距离 β—反射波的入射角 s1—由于反射引起的路程差的一部分 s2—由于反射引起的路程差的另一部分 s=由于反射引起的总路程差 (2) 在只有水平面反射波多路径效应程差 图2 在只有水平面反射波多路径效应程差 如图所示在这种情况下误差主要是上面的s1和s2叠加的结果， 其中 s1=d/cosβ s2=dsin(90-2β)/ cosβ 总距离延迟量为 s=s1+s2=(d+dcos2β) /cosβ 式中：d—接收天线至建筑物垂直面的水平距离 β—反射波的入射角 s1—由于反射引起的路程差的一部分 s2—由于反射引起的路程差的另