GPS观测中多路径效应影响统计及程序设计

gps定位技术在工程控制测量中得到了越来越广泛的应用，对于边长在10km以内的GPS测量来讲，多路径效应引起的误差是其最主要误差源之一。本文系统阐述了GPS观测中多路径效应影响统计及程序设计，在强化认识的同时，推进相关领域研究的开展。

【关键词】GPS 多路径效应 程序设计

1 引言

在现代信息技术快速发展的大背景之下，GPS已广泛应用于工程控制策略之中，并表现出良好的应用价值。GPS观测作业受到诸多因素的影响，特别是地形条件的限制，以至于GPS观测作业的工作环境难以处于理想的状态。在实际的GPS观测作业中，由于观测周围存在电波反射物体，导致GPS所接收的信号混杂，对GPS观测作业的相位观测带来较大的影响。对于边长在10km以内的GPS测量来讲，多路径效应引起的误差是其最主要误差源之一。因此，为提高GPS观测的精准度，强化对观测中多路径效应影响统计及程序设计的研究，表现出显著地必要性与重要性。

本文立足于对GPS观测中多路径效应影响的认识，用观测文件和星历文件计算观测时间段内多路径效应影响分别对L1、L2两个频率上的伪距观测值的影响，用图表显示，并生成相应的统计文件，以做后续处理分析。

2 多路径效应对伪距的影响

在本文的研究之中，为了便于模型的建立以及强化认识，载波相位观测值认为是是带有偏差的伪距观测值。因此：

（1）载波相位的读取。在载波相位的读取从RINEX文件获取，且相位的单位为“周”；

（2）距离单位数值（，）。将读取的载波相位与各自的波长相乘，进而得出距离单位的数据；

（3）为便于问题解决方案的形象化，应将伪距观测值和相位观测值的单位统一起来，进而突出观测方程的对称性。

在问题的阐述说明之前，应对GPS观测方程有基本的了解。在本节之中，基于研究的需要，列出了如下基本观测方程。一方面，在实际问题的处理中，可以针对实际需求，对基本方程进行合理的组合并建立模型，这有助于对不同数据的有效处理；另一方面，双频载波相位和伪距观测数据可以表达成以下形式：

其中，为卫星到接收机的距离，它受到钟差、SA以及对流层延迟等的影响。I为电离层延迟对L1频率的影响，与相位延迟符号相反。N1和N2分别为L1、L2的整周模糊度，由于初始化时的偏差，N1和N2通常不是整数；把λ1N1和λ2N2 称为载波相位偏差。基本观测方程的最后一列为多路径效应的影响，在这里假定主要误差有多路径效应引起而不是接收机噪声。

对于（2）式，需要说明两点：

（1）式中的系数矩阵是无单位的。这样一来，可为协方差阵的计算带来较大的便捷性；

（2）在数值计算中，L2频率的电离层影响的系数应为：。

对于（1）式，其良好的应用性不仅在于可应用于未经差分的数据，而且对于单（双）差后的数据同样可以应用。并且，在不同的应用之中，式中的参数含义不同，这也就表明其具有显著的现实应用价值。

需要注意的是，在每个历元之中，其各参数处于不断变化的状态，以至于我们无法预见。因此，在实际之中，一旦卫星发生周跳或失锁，即使应用了未差分的数据，仍是会出现整周模糊度参数整数部分的变化。因此，在相关参数的处理中，要注意各参数的状态，确保等式成立的基本条件。

在（2）等式之下，我们可以求得未知参数构造最小二乘解。如果我们假定多路径效应误差最小化，那么每个历元就有4个未知参数、4个观测方程。这样一来，每个历元的方程组存在唯一解。

可以看到（3）和（5）形式很相似。两式都把无电离层线性组合应用于距离项，在（3）式中应用于伪距，在（5）式中应用于载波相位。另外，由（3）中伪距计算出来的电离层延迟影响和由（5）中载波相位计算出的电离层延迟影响是相等的。

3 GPS观测数据多路径效应程序设计

3.1 程序框架及文档说明

文档说明：

（1）读取经过粗差剔除和周跳探测后的观测数据。

（2）通过相位转化为距离，单历元求解L1、L2两个频率上的模糊度。

（3）计算每个历元观测时刻多路径效应对伪距的影响，并计算多路径效应对L1、L2频率伪距观测值影响的平均值mp1、mp2。

（4）生成多路径效应对伪距的影响的图表。

3.2 程序实现的功能

程序主界面如图3.2所示：

以某测站单段观测数据为例，通过读取相应的观测文件和星历文件，可以计算卫星的多路径效应影响。下图3.3显示的是PRN10号卫星的多路径效应影响。通过窗体右边的“选择显示”选项可以选择在窗体上选择多路径效应影响分别对P1和P2的影响 mp1和mp2 。

此外，对于所生产的统计信息，我们可以进行合理的提取，进而获得有关路径效应的若干信息。如表3.1所示，为提出的相关统计信息；

（1）不同的后缀名，所记录的结果存在差异性。对于后缀名dm1，其记录了多路径效应对伪距观测值P1的影响；而后缀名dm2，其记录了多路径效应对伪距观测值P2的影响。

（2）不同的行，所记录的观测内容不同，且实际中以两行为一组。具体如表3.2所示。

4 结论

GPS观测是一项复杂而细致的工作，极易受到外部因素的影响，造成观测数据偏差的出现。特别是在相对恶劣的环境之下，所形成的观测噪声及多路径效应更加明显，对观测的精度影响更大。在本文的研究之中，通过对相关数据的分析，以及模型的建立，强化了对路径效应的时效性研究。并且，在大量观测数据的基础之上，建立了适当的多路径效应影响模型。这样一来，不仅有效的削弱了噪声及多路径效应的影响，而且在很大程度上提高了数据的精准度。因此，在新的历史时期，强化GPS观测中多路径效应影响统计及程序设计的研究，是GPS观测技术不断发展的内部需求，更是提高GPS观测精准度的重要举措。

参考文献

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[4]魏二虎，黄劲松等. GPS测量操作与数据处理[M].武汉：武汉大学出版社.2004.

[5]王解先.GPS精密定轨定位[M].上海：同济大学出版社.1997.

作者简介

雒卫民（1983-）男，山西省人，硕士学位，现为上海勘测设计研究院有限公司工程师。研究方向为工程测量。

作者单位

上海勘测设计研究院有限公司 上海市 200434