GPS从入门到放弃（十八）、多路径效应

一、概念

在GPS接收机接收卫星信号的过程中，除了接收到通过直线路径到达接收机的信号以外，还可能收到经接收机周围物体的反射再传播过来的卫星信号，这些反射的信号改变了传播方向、振幅、极化以及相位等，与直线信号产生叠加，从而使观测值偏离其真值而产生误差，这种现象称为多路径效应（Multi-Path Effect），有时也简称多径效应。

二、特性

• 与直射波相比，多路径信号传播路径较长，因此会延迟到达接收天线。
• 一般情况下，反射波功率会比直射波功率弱；当然也不排除直射波衰减严重甚至被遮挡的情况。
• 一般来说光滑的地面、水面、盐碱滩、玻璃幕墙等反射系数很大，反射强烈。
• 多路径效应误差受天线周围的环境影响很大，换一个地方可能就完全不一样了。
• 基线两端的多路径效应不具有相关性，因此无法通过差分技术来消除。

三、影响

在一般反射环境下，多路径效应对伪码测距的影响可达米级，对载波相位测距的影响可达厘米级。
在高反射环境下，其影响将显著增大，常常导致接收的卫星信号失锁和使载波相位观测量产生周跳。

• 多路径效应的影响，可以分为常数部分和周期性部分。其中常数部分，在同一地点将会日复一日地重复出现；周期性部分则周期性的出现。
• 长延时的反射波影响小，短延时的反射波影响大。
• 一般低仰角的卫星比高仰角的卫星多路径效应更大。
• 多路径影响只能减弱，无法彻底消除。

四、抑制措施

可从多个方面来抑制多路径效应的影响：

• 选择安置接收机天线的环境，避免反射强烈的环境，或者设置屏蔽反射波的设施。如为了防止从地面或楼面反射的卫星信号进入天线产生多路径误差，可在接收机天线下配置抑径板。
• 选择造型适宜且屏蔽良好的天线，如采用扼流圈天线等。
• 增加卫星截止仰角，但这样做的同时也会屏蔽掉低仰角的卫星信号。
• 改进接收机信号处理技术，如采用窄相关技术、多路径削减技术以及削减多路径的延迟锁相环MEDLL等。
• 在静态测量定位中，可以适当延长观测时间，削弱多路径效应的周期性影响。
• 改善接收机的硬件电路设计，如选择合适的射频前端模拟滤波器。