多徑傳播誤差

多徑傳播誤差是指由於信號經過多條路徑傳播而引起的誤差，又稱多徑誤差。

多徑傳播是信號以多條路逕到達接收設備的現象。多徑傳播主要影響基於AOA(信號的到達角度)的定位算法和基於信號強度的定位算法。多徑傳播造成信號經過多條路逕到達定位測量設備，定位測量設備接收到的是路徑不同、強度不同的多個信號的疊加，因而測量的信號強度也受到很大的影響。因此要實現信號到達角的準確估計就必須消除多徑傳播誤差對信號強度(或載乾比)的影響。

基本介紹

• 中文名：多徑傳播誤差
• 外文名：multipath error
• 學科：通信
• 又稱：多徑誤差
• 定義：信號經過多條路徑傳播引起的誤差
• 危害：影響信號強度

基本信息

在實際定位過程中，被定位對象不僅可能存在於通信環境比較理想的農村和郊區，而且還可能存在於通信環境比較惡劣的市區，甚至是通信環境特別惡劣的環境，如:具有很多高大建築物的市區或高大建築物內部等。在這些通信環境中信號從基站到被定位對象以及從被定位對象到定位測量設備的傳輸均存在非直達路徑，信號是經過多次反射和衍射後到達定位測量設備的，甚至是經過多條不同的路逕到達定位測量設備的。即使在通信環境比較理想的農村環境下也可能存在多徑傳播，由於這些因素的存在使得定位參數的估計往往會帶來很大的偏差。對定位參數的估計造成影響的主要因素有:多徑傳播、非視距傳播(NLOS)、遠近效應、多址干擾以及測量誤差等，但這些因素中對定位參數估計影響比較大的是多徑傳播和非視距誤差。這些因素的存在不僅會使信號到達方位角的判斷產生偏差，甚至會產生錯誤判斷，所以要提高定位精度就必須消除多徑傳播誤差和NLOS誤差對信號到達角估計的影響，尤其是消除多徑傳播誤差的影響。

多徑傳播是信號以多條路逕到達接收設備的現象。多徑傳播誤差是指由於信號經過多條路徑傳播而引起的誤差。多徑傳播主要影響基於AOA(信號的到達角度)的定位算法和基於信號強度的定位算法。多徑傳播造成信號經過多條路逕到達定位測量設備，定位測量設備接收到的是路徑不同、強度不同的多個信號的疊加，因而測量的信號強度也受到很大的影響。因此要實現信號到達角的準確估計就必須消除多徑傳播誤差對信號強度(或載乾比)的影響。

多徑傳播

多徑傳播是從發射機天線發射的無線電波（信號），沿兩個或多個路逕到達接收機天線的傳播現象。

無線電波是一種電磁波，其傳播的主要方式是空間波，即直射波、反射波、折射波、繞射波以及它們的合成波。當無線電波遇到物體時，產生反射、折射和散射，而在電波傳播的過程中會遇到不同的物體，因而會產生不同的反射、折射和散射，所以在任何一個接受點上均可能收到來自不同路徑的同源電磁波，這就是多徑傳播。

接收端接收到的信號是直達波和多個反射波的合成。由於大氣折射是隨時間變化的，傳播路徑差也會隨時間和地形地物而變化。那么多徑信號如果同相，則相加；如果反相，則抵消。由此造成接收端信號的幅度變化，稱為衰落。由於這種衰落是由多徑引起的，因此稱之為多徑衰落。

在FM（調頻）無線電廣播中，在發射台和接收機之間，信號出現了二個或更多個的傳播途徑的情況。多徑傳播效應是由於大型建築物或山脈反射信號所引起的。接收天線將會收到直達信號和經反射而有延遲的信號。多徑效應會產生失真，在收看電視節目時，多徑傳播效應便會讓圖像出現“重影”。

特點

1，多徑誤差包括常數性和周期性兩部分。常數部分取決於天線周圍的地形地物，日復一日重複出現，即使連續觀測好幾天也無法消除。周期部分可通過延長觀測時間予以削弱和消除。但是，採用動態測量和RTK時,不能延長觀測時間，顯然無法削弱多徑誤差。

2，無論是碼觀測值還是載波相位觀測值，都受多徑誤差的影響。

3，就多徑誤差的大小而言，P碼觀測值比載波相位觀測值大兩個數量級。

4，載波相位值的多徑誤差對點位坐標的影響，一般條件下為±(1～ 5)cm，在高反射環境下可達± 19 cm。

5， P碼觀測值的多徑誤差在中等反射條件下為±(1～ 3)cm，在高反射環境下為±(4～ 5)m，凡採用P碼接收機觀測，軟體原理採用碼/載波相位綜合法解算模糊值時，更應注意消除多徑誤差的影響。

6，在高反射環境下,多徑誤差常常導致接收機相位失鎖。

7，觀測值中的多數周跳常常是由於多徑誤差引起的。

8，在解算模糊值時,如果採用碼/載波相位值綜合技術，即廣泛用於車、船和飛機等動態條件下的“途中”(On The Fly或On The Way,簡稱OTF或OTW)技術解算模糊值時，碼信號的多徑誤差將變得特別嚴重。

因此，凡要求± 1 cm精度的GPS點位測量任務，無論採用何種測量方法(靜態、動態、RTK)都要考慮多徑誤差。

影響

總參測繪局謝世傑等為了驗證多徑傳播對相位觀測值的影響，使用4台接收機(2台為普通天線，2台為扼流圈天線)在GPS微邊檢驗網(邊長約5m)上的9天內觀測了90h。全部觀測的外部環境(反射體，天線高度等)完全相同。

1）衛星的高度角和方位角對多徑誤差的影響

圖是以衛星高度角和方位角為函式的相位殘差的中誤差(RMS)值。

由圖可見:

1，衛星高度角越小,多徑誤差對相位觀測值的影響越大；

2，殘差的方位角分布同多徑效應的影響沒有明顯的系統性。

2）截止高度角對多徑誤差的影響

1，當截止高度角較小時,兩種天線得出的距離和高程的RMS值為最小；

2，截止高度角大於15°後，基線重現度明顯降低；

3，使用抗多徑效應的天線時，在各種情況下，高程都提高20%～ 30%；

4，就距離而言,截止高度角小於30°後，RMS有明顯改進。

3）時段長度對多徑誤差的影響

分析表明，延長時段長度能夠提高GPS相位觀測值的精度,即提高所求坐標的精度。究其原因，一是大量的觀測值能夠極大地提高多餘觀測量，從而提高坐標精度。二是長時間的觀測,最後組成總平均值，可使難以模擬的各種系統誤差(例如：電離層誤差、對流層誤差等)減到極小。

削弱誤差措施

1，選點時，儘量避開高反射體(垂直面、平面、斜面、水體等)；

2，選用能削弱多徑效應的天線，例如具有Pinwheel技術的天線;

3，採用扼流圈天線；

4，可能時，延長每點觀測時間，最好在一天的不同時間進行觀測。