多路径误差

多径误差是基于卫星的定位系统（例如全球导航卫星系统 (GNSS)）中常见的问题。具体来说，当来自卫星的信号通过多条路径到达接收器时，就会发生这种情况。因此，这些信号会导致定位数据不准确。为了解决这个问题，工程师和研究人员必须了解并减轻多径误差，以提高 GNSS 系统在导航、测量和科学应用中的精度。

此外，它指的是当卫星信号从附近的表面（例如建筑物、树木或地面）反射或散射时，GNSS 定位中出现的不准确之处。
GNSS 接收器不是接收来自卫星的单个直接信号，而是检测在到达天线之前传播不同路径的多个信号。因此，这些信号之间的干扰会导致计算位置出现错误。

多径误差的主要方面是：

• 信号反射：反射信号在到达接收器之前从表面反弹，导致信号时间和定位计算出现差异。
• 信号散射：散射信号在撞击不规则表面后扩散，进一步复杂化了精确数据的接收和测量。
• 路径差异: 信号路径的不同长度导致信号传播时间的差异，从而导致定位误差。

多路径误差的 3 个原因

多径误差受各种环境和技术因素的影响。了解这些原因有助于制定有效的策略，以最大限度地减少它们对 GNSS 准确性的影响。

1 – 反光表面

反射面（如建筑物、路面和水体等硬质表面）会导致卫星信号反射，就是一个例子。这些反射信号与直接信号一同到达接收器，从而导致信号传输时间测量误差。

城市环境
在建筑物和基础设施密集的城市中，由于反射面数量的增加，多径误差更加明显。这会严重影响城市环境中定位系统的精度。

水体
大型水体（如湖泊和海洋）会反射 GNSS 信号，从而导致多径误差。水面的反射性质会导致复杂的信号干扰。

2 – 表面不规则性

表面不规则性：不规则或不平坦的表面会将 GNSS 信号散射到多个方向。这些散射的信号会与直接信号混合，从而在位置计算中产生误差。

地形特征
丘陵、树木和岩石露头等自然特征会散射和反射 GNSS 信号，从而导致多径误差。地形的不规则性会影响信号的传播和接收。

人造结构
天线、栅栏和车辆表面等结构也会导致信号散射和反射。这些结构为信号传播引入了额外的路径，增加了多径误差的可能性。

3 – 大气条件

大气条件（如温度和湿度）的变化会影响 GNSS 信号的传播。这些条件会通过改变反射或散射信号的特性来间接影响多径误差。

温度变化
温度变化会影响大气密度和组成，从而影响 GNSS 信号的传播和反射。

湿度等级
高湿度会导致大气折射率发生变化，影响信号路径并导致多径误差。

多路径误差的缓解策略

目前有多种技术用于减少多径误差对 GNSS 定位精度的影响。实施这些策略可以显著提高导航系统的可靠性。

先进的接收机技术

现代 GNSS 接收器配备了先进的信号处理功能，可以识别和减轻多径干扰。这些接收器使用算法来区分直接信号和反射信号。

多径检测算法
接收器使用算法来检测和滤除多径信号。这些算法分析传入信号的特性，以区分直接信号和反射信号。

信号处理技术
诸如自适应滤波和相关分析等先进的信号处理技术有助于减少多径误差（多径抑制）的影响。 这些技术通过提高接收信号的质量来提高定位的准确性。

天线设计

GNSS 天线的设计和放置在最大限度地减少多径误差方面起着至关重要的作用。具有特定设计的天线可以降低对反射信号的敏感度。

地平面
在地线周围使用地平面或反射面可以通过减少附近表面反射的影响来帮助改善信号接收。

天线放置
将 GNSS 天线适当地放置在远离反射面和潜在干扰源的位置，有助于减少多径误差。确保清晰的视线可以最大限度地减少信号反射和散射的可能性。

测量与数据处理技术

在测量和科学应用中，可以使用后处理技术来校正多径误差。这些技术涉及分析随时间收集的数据，以识别和校正由多径效应引起的误差。

后处理校正
后处理软件工具和算法可以分析记录的 GNSS 数据，以识别和校正多径误差。这些校正提高了定位和测量结果的准确性。

参考站的使用
具有固定位置的参考站可以提供校正数据，以调整 GNSS 测量中的多径误差。该技术通常用于高精度应用。

多径误差是 GNSS 定位中的一个重大挑战，它是由卫星信号的反射和散射引起的。通过了解多径误差的原因并实施有效的缓解策略，可以提高 GNSS 系统的准确性和可靠性。

先进的接收器技术、正确的天线设计和数据处理技术在解决多径干扰方面发挥着关键作用，确保导航和定位应用在各种环境中实现最佳性能。