マルチパス誤差は、全地球航法衛星システム (GNSS) などの衛星ベースの測位システムでよく見られる問題です。具体的には、衛星からの信号が複数の経路を通って受信機に到達したときに発生します。その結果、これらの信号は測位データに不正確さを引き起こします。これに対処するために、エンジニアや研究者は、ナビゲーション、測量、および科学アプリケーションで使用される GNSS システムの精度を向上させるために、マルチパス誤差を理解し、軽減する必要があります。
さらに、衛星信号が建物、樹木、または地面などの近くの表面で反射または散乱するときに発生する GNSS 測位の不正確さを指します。
衛星から単一の直接信号を受信する代わりに、GNSS 受信機は、アンテナに到達する前に異なる経路を移動する複数の信号を検出します。その結果、これらの信号間の干渉により、計算された位置に誤差が生じます。
マルチパス誤差の主な側面は次のとおりです。
- 信号反射: 反射された信号は、受信機に到達する前に表面で反射し、信号タイミングと測位計算にずれが生じます。
- 信号の散乱: 不規則な表面に当たると、散乱した信号は広がり、正確なデータの受信と測定をさらに複雑にします。
- パス差: 信号経路の長さが異なるため、信号の伝搬時間に差が生じ、位置誤差の原因となります。
マルチパス誤差の3つの原因
マルチパス誤差は、さまざまな環境的および技術的要因の影響を受けます。これらの原因を理解することは、GNSS の精度に対する影響を最小限に抑えるための効果的な戦略を開発するのに役立ちます。
1 – 反射面
反射面の例としては、建物、舗装、水域などの硬い表面があり、衛星信号を反射させる可能性があります。これらの反射は、直接信号とともに受信機に到達し、信号の伝搬時間の測定に誤差を引き起こします。
都市環境
高密度の建物やインフラストラクチャがある都市では、反射面の数が増えるため、マルチパス誤差がより顕著になります。これは、都市環境における測位システムの精度に深刻な影響を与える可能性があります。
水域
湖や海などの大きな水域は、GNSS 信号を反射し、マルチパス誤差を引き起こす可能性があります。水面の反射特性は、複雑な信号干渉を引き起こす可能性があります。
2 – 表面の凹凸
表面の凹凸: 不規則または不均一な表面は、GNSS 信号を複数の方向に散乱させる可能性があります。これらの散乱した信号は、直接信号と混ざり合い、位置計算に誤差を生じさせる可能性があります。
地形的特徴
丘、樹木、岩の露頭などの自然の特徴は、GNSS 信号を散乱および反射させ、マルチパス誤差の原因となる可能性があります。地形の凹凸は、信号の伝播と受信に影響を与えます。
人工構造物
アンテナ、フェンス、車両表面などの構造物も、信号の散乱や反射を引き起こす可能性があります。これらの構造物は、信号が伝わるための追加の経路を導入し、マルチパス誤差の可能性を高めます。
3 – 大気条件
気温や湿度などの大気条件の変化は、GNSS 信号の伝播に影響を与える可能性があります。これらの条件は、反射または散乱された信号の特性を変化させることにより、間接的にマルチパス誤差に影響を与える可能性があります。
気温の変化
気温の変化は、大気の密度と組成に影響を与え、GNSS 信号の伝播と反射に影響を与える可能性があります。
湿度レベル
高湿度下では、大気の屈折率が変化し、信号経路に影響を与え、マルチパス誤差の原因となる可能性があります。
マルチパス誤差の軽減戦略
GNSS 測位精度に対するマルチパス誤差の影響を軽減するために、いくつかの技術とテクノロジーが採用されています。これらの戦略を実行することで、ナビゲーションシステムの信頼性を大幅に向上させることができます。
高度な受信機技術
最新の GNSS 受信機には、マルチパス干渉を特定して軽減するための高度な信号処理機能が搭載されています。これらの受信機は、直接信号と反射信号を区別するためにアルゴリズムを使用します。
マルチパス検出アルゴリズム
受信機は、アルゴリズムを使用してマルチパス信号を検出し、フィルタリングします。これらのアルゴリズムは、受信信号の特性を分析して、直接信号と反射信号を分離します。
信号処理技術
適応フィルタリングや相関分析などの高度な信号処理技術は、マルチパス誤差（マルチパス除去）の影響を軽減するのに役立ちます。これらの技術は、受信信号の品質を高めることにより、測位の精度を向上させます。
アンテナ設計
GNSS アンテナの設計と配置は、マルチパス誤差を最小限に抑える上で重要な役割を果たします。特定の設計のアンテナは、反射信号に対する感度を低下させることができます。
グランドプレーン
アンテナの周囲にグランドプレーンまたは反射面を使用すると、近くの表面からの反射の影響を軽減することで、信号受信を改善できます。
アンテナの配置
反射面や干渉の潜在的な発生源から離れた場所への GNSS アンテナの適切な配置は、マルチパス誤差を軽減するのに役立ちます。空への明確な見通しを確保することで、信号の反射と散乱の可能性を最小限に抑えることができます。
サーベイおよびデータ処理技術
サーベイおよび科学アプリケーションでは、ポスト処理技術を使用してマルチパス誤差を修正できます。これらの技術では、経時的に収集されたデータを分析して、マルチパス効果によって引き起こされる誤差を特定し、修正します。
後処理補正
後処理ソフトウェアツールとアルゴリズムは、記録された GNSS データを分析して、マルチパス誤差を特定して修正できます。これらの補正により、測位および測定結果の精度が向上します。
基準局の使用
固定された場所にある基準局は、GNSS 測定のマルチパス誤差を調整するための補正データを提供できます。この手法は、高精度アプリケーションで一般的に使用されます。
マルチパス誤差は、衛星信号の反射と散乱から生じる GNSS 測位における重大な課題です。マルチパス誤差の原因を理解し、効果的な軽減戦略を実行することで、GNSS システムの精度と信頼性を向上させることができます。
高度な受信機技術、適切なアンテナ設計、およびデータ処理技術は、マルチパス干渉に対処する上で重要な役割を果たし、ナビゲーションおよび測位アプリケーションがさまざまな環境で最適なパフォーマンスを発揮できるようにします。