多路徑效應

接收機接收到的衛星信號為失真的衛星發射信號，產生失真的原因之一就是多路徑效應。如果衛星發生的信號經衛星到接收機的直線路逕到達接收機，這接收機接收到的信號為衛星發射信號的延遲，且信號的強度最大。考慮信號在傳播過程中，受一些物體的反射，而改變了信號的傳播方向、振幅、極化以及相位等，這些變化了的信號到達接收機，與通過直線路逕到達接收機的信號產生疊加。這種現象稱為多路徑效應。

基本介紹

• 中文名：多路徑效應
• 外文名：multipath effect
• 缺點：致使定位結果不準
• 性質：干擾測量質量的主要原因之一
• 類似於：回聲的現象
• 所書立能與：測繪科學

影響

多路徑效應是GPS測量中干擾測量質量的主要原因之一。多路徑效應類似於回聲的現象，在接收機收到從衛星直接發射的信號的同時，它也接收到由其他物體反射的衛星信號。在GPS測量中如無法更換測量地點，降低多路徑效應的方法主要有增加衛星截止高度角，但這樣做的同時也會禁止掉低高度角的衛星（就是剛從地平線升起的衛星）信號。除此之外還可以增加扼流圈，抑徑板等裝置。但是多路徑效應只能減弱，目前無法消除。

多路徑效應是指接收機除直接收到衛星發射的信號外，還同時收到經天線周圍地物一次或多次反射的衛星信號。這些信號與直接信號疊加，從而使觀測量產生誤差。而且這種誤差隨天線周圍反射面的性質而異，所以很難建立描述它的數學模型。根據實驗資料的分析表明，在一般反射環境下，多路徑效應對測碼偽距的影響可達米級，對測相偽距的影響可達厘米級；而在高反射環境下，不僅其影響將顯著增大，而且常常導致接收的衛星信號失鎖和使載波相位觀測量產生周跳。因為，對於碼觀測量和載波。相位觀測量，除了電離層折射和多路徑效應之外，其他的誤差都是相同的，所以套用碼觀測量和載波相位觀測量的特殊組合，可以估算出多路徑效應的影響。只是由於碼觀測值的精度不高，這就意味著用這種方法仍無法探測到小的多路徑效應。

多路徑效應的影響，一般包括常數部分和周期性部分，其中常數部分，在同一地點將會日復一日地重複出現。

目前，減弱多路徑效應影響的措施，主要有：

1、安置接收機天線的環境；

2、應避開較強的反射面，如水面、平坦光滑的地面和平整的建築物表面等；

3、選擇造型適宜且禁止良好的天線，例如，採用扼流圈天線等。

4、適當延長觀測時間，削弱多路徑效應的周期性影響。

5、改善GNSS接收機的電路設計，以減弱多路徑效應的影響。

消弱方法

基線兩端的多路徑效應不具有相關性，無法通過差分技術來消除，從而使多路徑效應誤差成為GPS短基線差分測量的一個主要的誤差來源，如何削弱多路徑效應誤差是GPS高精度測量的一個最主要的問題。當前GPS多路徑效應研究大致可以分為三類：GPS天線設計、接收機信號處理以及數據後處理。通過設計特殊的GPS火線來抑制多路徑的方法主要有天線增益法、天線極化法、扼流圈天線。特殊的天線有效地抑制多路徑效應，但這種天線的體積較大，價格昂貴，而且對於高度角較大的反射信號造成的多路徑效應仍然無能為力。接收機信號處理法是通過改進信號處理技術，在信號處理階段削弱多路徑效應的影響。其中主要有窄相關技術、多路徑削減技術MET(Muhipath Elimination Technology)以及削減多路徑的延遲鎖相環MEDLL(Multipalh Elimination Delay Lock
Loop)。前兩種技術只考慮了DLL(Delay Lock Loop)中多路徑的影響，只能改善偽距觀測值中多路徑效應的影響。中多路徑的影響，可有效地削減偽距與相位觀測值中的多路徑效應的影響，這種技術計算量較大，對硬體的要求較高。

誤差及消除

所謂多路徑效應誤差是指在GPS測量定位中，接收機天線除直接接收到GPS衛星信號之外，還可能接收到經觀測站周圍發射物的發射再傳播過來的信號，兩種信號產生干涉，從而使觀測值偏離其真值而產生的誤差，這種現象稱為多路徑效應。這種誤差較為複雜，因其隨觀測站周圍環境的不同而變化。根據有關資料可知，多路徑效應誤差對觀測值的影響有時可達米級，若天線處於多反射環境中，其影響值甚至會更大。而且嚴重時還會導致衛星信號的失鎖，從而使載波相位測量產生周跳。多路徑效應誤差是GPS測量定位中的重要誤差源之一。

在GPS測量定位中，多路徑效應誤差的大小取決於反射物離測站的距離和反射係數(取決於反射的材料、形狀及表面粗糙程度等)及衛星信號的方向等各種性質。迄今為止，尚無法建立準確的誤差改正模型。較為有效的辦法，一是選擇恰當測站點位，避免信號反射物；二是對接收機天線做適當處理，以抑制反射信號的進入。

在GPS測量定位時，所選擇的GPS觀測站點要儘量遠離大面積平靜的水面，將其固設在草坪及表面較粗糙的道路、廣場等地方。若觀測站點需選擇在高層建築物的頂部時，應該考慮周圍建築物的反射狀況，同時還要對反射係數較大的樓層頂面做一定的臨時處理，如薄鋪一層砂、爐渣、鋸末等物質。另外，在GPS測量定位時，其附近要禁止電焊作業，避免電弧對信號的影響。汽車亦不要停放在距離觀測站點過近的地方。以免車身或車鏡產生信號反射。

為了防止從地面或樓面反射的衛星信號進入天線產生多路徑誤差，可在接收機天線下配置抑徑板。

另外，由於多路徑效應誤差是時間的函式，而且多路徑效應誤差的大小和符號會隨著衛星信號高度角的變化而變化，所以在靜態GPS測量定位中通常是適當地延長觀測時間，以有效地削弱多路徑效應誤差的影響。