【文章內(nèi)容簡介】 反射信號經(jīng)過的路徑總是比直達(dá)信號更長，相對于直達(dá)信號而言，接收機(jī)接收到的信號是有延遲的，當(dāng)多路徑延遲較大時(shí)，接收機(jī)易于解決多路徑效應(yīng)問題。在極壞條件下碼信號多路徑誤差可能會造成接收機(jī)相位失鎖，許多周跳就是由于多路徑誤差引起的。（5）多路徑效應(yīng)具有周日重復(fù)的特性，這是由多路徑誤差與接收機(jī)天線、GPS 衛(wèi)星8及反射源三者的相對位置構(gòu)成密切相關(guān)所決定的。另外，接收機(jī)天線也不應(yīng)置于高壓線的下方，高壓線也會產(chǎn)生多路徑誤差。 多路徑效應(yīng)的影響GPS 測量具有高精度的三維定位能力，因此它逐漸成為各種高精度測量（如：地形、地貌或工程結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測等）的一種有效手段，但在測量過程中由于多路徑效應(yīng)的存在，會對測量精度產(chǎn)生一定的影響：（1）多路徑效應(yīng)對點(diǎn)位坐標(biāo)的影響：在一般環(huán)境下誤差大小可達(dá) 5cm～9cm，在高反射環(huán)境下可達(dá) 15cm。對偽距觀測的影響：一般在良好環(huán)境條件下誤差大小約為4cm～5cm。（2）GPS 觀測量受到很多因素的影響：信號的大氣傳播延遲，衛(wèi)星和接收機(jī)相關(guān)的誤差等；對于 GPS 這些誤差影響源而言，已有了較深入的認(rèn)識，并掌握了一些在一定條件下行之有效地消除辦法，如差分 GPS 技術(shù)等。差分組合的特點(diǎn)是消除公共誤差項(xiàng)的相關(guān)影響部分，其誤差消除效果會隨著基線的增長而減弱，但差分技術(shù)對多路徑效應(yīng)的影響卻無能為力。因此，多路徑效應(yīng)就成為其主要的影響源，降低了 GPS 測量的精度，嚴(yán)重時(shí)還將引起信號的失鎖。（3）多路徑誤差影響與反射系數(shù)有關(guān)，而反射系數(shù)與介質(zhì)材料有關(guān)，金屬材料、非金屬材料、水域等都會對電磁波產(chǎn)生反射。多路徑誤差還和天線與反射源間的距離有關(guān)，由于電磁波在大氣中傳播能量必然會衰減，多路徑誤差也會隨距離的增大而變小，當(dāng)距離為 10 米時(shí)，反射信號衰減 10%；當(dāng)距離為 50 米時(shí)，則無需考慮多路徑誤差的影響。（4）GPS 衛(wèi)星運(yùn)行的周期是 11 時(shí) 58 分，靜態(tài)定位連續(xù)觀測兩天，如果周圍環(huán)境沒有改變，在這兩天同一時(shí)間（第二天大約提前 4 分鐘）多路徑誤差表現(xiàn)出很大的相關(guān)性。而且多路徑誤差也會隨時(shí)間變化發(fā)生周期性變化，文獻(xiàn)[16]表明：遠(yuǎn)距離和近距里反射源造成的多路徑誤差分別表現(xiàn)為高頻率變化和低頻率變化的特性。根據(jù)上述多路徑效應(yīng)在 GPS 測量中的特點(diǎn)和影響，可以尋找一種 GPS 測量技術(shù)路線，通過實(shí)地采集、處理數(shù)據(jù)以及分析數(shù)據(jù)處理結(jié)果，尋求減弱多路徑效應(yīng)的措施，減少測量中的誤差，以便提高在以后測量中的精度。93 實(shí)測數(shù)據(jù)分析 測量技術(shù)路線本研究擬采用單基線靜態(tài)絕對定位技術(shù)采集數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)的處理來分析多路徑效應(yīng)對 GPS 定位的影響，尋求減弱多路徑效應(yīng)的措施。靜態(tài)絕對定位是接收機(jī)天線處于靜止?fàn)顟B(tài)下，確定觀測站坐標(biāo)的方法，這時(shí)接收機(jī)可以連續(xù)地在不同歷元同步觀測不同的衛(wèi)星，進(jìn)行載波相位測量，獲得較長時(shí)間的觀測值，通過數(shù)據(jù)后處理求得測站的絕對坐標(biāo)。根據(jù)已知點(diǎn)坐標(biāo)和測得的未知點(diǎn)坐標(biāo)對比分析，可以總結(jié)多路徑效應(yīng)的強(qiáng)弱，區(qū)別不同環(huán)境下測量精度的不同和測量結(jié)果的誤差大小不同以及具體相差多少。選擇兩個(gè)點(diǎn)并分別架設(shè) GPS 接收機(jī)，確定一條基線（500m ） ，進(jìn)行連續(xù)同步靜態(tài)觀測（2h） 。所選兩點(diǎn)一個(gè)是已知點(diǎn)，一個(gè)是未知點(diǎn)，而且周圍環(huán)境也不同，利用這種情況采集數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，最后經(jīng)過對比得出結(jié)論。 理論依據(jù)隨著 GPS 技術(shù)的發(fā)展與完善，應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步拓展，人們越來越重視利用相對定位的原理來改善定位性能。相對定位采用若干臺接收機(jī)同步跟蹤相同的 GPS 衛(wèi)星信號來確定兩點(diǎn)的相對位置，兩點(diǎn)間的相對位置可以用一條基線向量表示。由于用同步觀測資料進(jìn)行相對定位時(shí)，兩站所受到的許多誤差是相同 的或大體相同的（如衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星星歷誤差、電離層延遲、對流層延遲等） ，在相對定位的過程中， 通過求差，這些誤差可得以消除或大幅度削弱，故可獲得高精度的相對位置，從而使這種方法成為精密定位的主要作業(yè)方式。但進(jìn)行相對定位時(shí)至少需用兩臺接收機(jī)進(jìn)行同步觀測，外業(yè)觀測的組織實(shí)施及數(shù) 據(jù)處理均較為麻煩，實(shí)時(shí)定位的用戶還必須配備數(shù)據(jù)通信設(shè)備。GPS 定位是利用一組衛(wèi)星的偽距、星歷、衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間等的觀測量來實(shí)現(xiàn)定位的，同時(shí)還必須知道用戶鐘差。因此，要獲得地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)，必須對至少 4 顆衛(wèi)星進(jìn)行同時(shí)測量。如上所述，在這一定位過程中，存在著三部分誤差。一部分是每一個(gè)用戶接收機(jī)所共有的誤差，例如衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差、電離層誤差、對流層誤差等；第二部分為不能由用戶測量或由校正模型來計(jì)算的傳播延遲誤差等；第三部分為各用戶接收機(jī)所固有的誤差，例如內(nèi)部噪聲、通道延遲、多路徑效應(yīng)等。因?yàn)槭褂玫氖悄戏?GPS 雙頻接收機(jī)進(jìn)行的長時(shí)間的同步觀測，故對同步觀測值進(jìn)行求差后，第一部分誤差可以完全10消除，第二部分誤差大部分可以消除，當(dāng)基線較短時(shí)則可以完全消除第二部分誤差，第三部分誤差則無法消除。而第三部分誤差在保證 GPS 接收機(jī)性能的條件下，主要就是多路徑誤差。因此，我們就可以根據(jù)數(shù)據(jù)處理后的與殘差相關(guān)的結(jié)果對多路徑效應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步的分析。 具體技術(shù)路線本實(shí)驗(yàn)選擇一天氣比較好的上午（避免其他的環(huán)境因素的影響） ，衛(wèi)星運(yùn)行是具有周期性的，而且接收到衛(wèi)星發(fā)射的信號強(qiáng)弱與天氣條件有很大關(guān)系，陰雨天氣會有雨水，云彩等強(qiáng)烈的反射波源，接收機(jī)接收到的信號強(qiáng)度會一定程度的減弱，但是也能測量，只是精度可能會降低，在晴天觀測能減弱天氣方面的因素的影響。把兩臺 GPS 接收機(jī)分別架在已經(jīng)確定的兩個(gè)點(diǎn)：已知點(diǎn)和未知點(diǎn)，其中已知點(diǎn)在操場中心，周圍 50m 內(nèi)沒有任何障礙物，而且是地勢比較平坦；未知點(diǎn)在靜廬 5和靜廬 6寢室樓之間，與寢室樓的水平距離為 3m?？紤]到未知點(diǎn)附近寢室樓的高度，為了使兩點(diǎn)接收相同衛(wèi)星的信號，并獲得相同的歷元總數(shù)，把兩臺接收機(jī)的靜態(tài)模式中都設(shè)置成截止角為 采樣間隔為5。從上午 9:30 開始利用 GPS 接收機(jī)靜態(tài)模式同步觀測 2 小時(shí)至 11:30，在這段時(shí)間內(nèi)空氣比較清新，相對濕度不高不低，太陽光還不是很強(qiáng)烈，這樣減少了空氣、陽光等因素的影響。在采集過程中盡量減少人為因素對測量的影響，采集完成后利用相應(yīng)的 GPS 數(shù)據(jù)處理軟件處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)果后進(jìn)行分析、總結(jié)，得出相應(yīng)的圖表，最后得出結(jié)論并結(jié)合設(shè)計(jì)提出減弱多路徑效應(yīng)的一些措施。 實(shí)驗(yàn)區(qū)域和實(shí)驗(yàn)儀器 實(shí)驗(yàn)區(qū)域本次實(shí)驗(yàn)選在許昌學(xué)院東校區(qū)：此區(qū)域地勢平坦，既有開闊環(huán)境的位置，又有能明顯產(chǎn)生多路徑效應(yīng)的位置，符合我們的實(shí)驗(yàn)要求。我們選擇兩個(gè)周圍環(huán)境符合實(shí)驗(yàn)要求的點(diǎn)：已知點(diǎn)（A2，等級為一級）在操場中心，周圍 50m 內(nèi)沒有任何障礙物，而且是地勢比較平坦，地面是草地，漫反射作用較強(qiáng)，對觀測來說，對多路徑效應(yīng)的影響較??；未知點(diǎn)在在靜廬 5和靜廬 6寢室樓之間，與寢室樓的水平距離為 3m，此位置有明顯障礙物，產(chǎn)生的多路徑效應(yīng)較強(qiáng)，與已知點(diǎn)形成對比。11 實(shí)驗(yàn)儀器本次試驗(yàn)我們選擇的是南方靈銳 S86GPS 接收機(jī)，靈銳 S86RTK 測量方案在先有的基礎(chǔ)上，作業(yè)方式更加簡潔靈動，又是一款穩(wěn)定、高效的測量產(chǎn)品，S86 測量系統(tǒng)產(chǎn)品在功能、性能、速度和功耗等方面滿足了用戶更高的要求。S86 結(jié)合了最新的 GPSRTK 接收機(jī)的先進(jìn)技術(shù)并以靈巧的外觀造型、真正的全無線設(shè)計(jì)使測量模式更輕松；S86 實(shí)現(xiàn)電臺內(nèi)置的同時(shí)，GSM、CDMA、GPRS 模塊并存，可以遠(yuǎn)距離作業(yè)；CPU 內(nèi)核采用了 ARM架構(gòu)，速度高達(dá) 400MHZ，從而使得主機(jī)能夠再用多任務(wù)的操作系統(tǒng)，處理速度更高，實(shí)用性更強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)所選儀器的名稱、數(shù)量及用途如表 31 所示：表 31 實(shí)驗(yàn)儀器儀器名稱 數(shù)量 用途S86 基準(zhǔn)站