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城市区域伪距多路径改正方法研究

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城市区域伪距多路径改正方法研究

摘要：城市区域伪距多路径改正方法研究旨在解决城市区域GPS定位中存在的伪距多路径误差问题。本文首先分析了城市区域伪距多路径误差的来源和影响，然后提出了基于多种改正方法的城市区域伪距多路径改正模型。通过实验验证了所提方法的有效性，结果表明，该方法能够显著提高城市区域GPS定位的精度。本文的研究成果对于提升城市区域GPS定位的可靠性具有重要意义。

随着全球定位系统（GPS）的广泛应用，GPS定位技术在各个领域都发挥着重要作用。然而，在城市区域，由于建筑物、植被等因素的影响，GPS信号会受到多路径效应的影响，导致定位精度下降。伪距多路径误差是城市区域GPS定位中常见的误差之一，严重影响定位精度。因此，研究城市区域伪距多路径改正方法具有重要的实际意义。本文对城市区域伪距多路径误差进行了深入研究，提出了基于多种改正方法的城市区域伪距多路径改正模型，并通过实验验证了所提方法的有效性。

第一章城市区域GPS定位概述

1.1GPS定位原理

(1)全球定位系统（GPS）是一种通过卫星进行导航定位的技术，它利用卫星发射的信号来测定接收器的位置。GPS系统由地面控制部分、空间部分和用户接收部分组成。空间部分由24颗卫星组成，均匀分布在6个轨道平面上，形成了一个近似球形的卫星星座。这些卫星在地球同步轨道上运行，每隔12小时绕地球一周，向地面发射导航信号。

(2)GPS定位原理基于测量接收器到卫星的距离。每个卫星都发射包含其位置信息的信号，接收器通过接收这些信号，计算出与每个卫星的距离。由于至少需要接收4颗卫星的信号，接收器才能确定其三维位置（经度、纬度和高度）。这种定位方法称为测距定位。在实际应用中，GPS接收器会接收来自多颗卫星的信号，并通过计算这些信号到达接收器的时间差来确定距离。

(3)为了实现高精度的定位，GPS系统采用了伪距测量技术。伪距是通过计算信号传播时间乘以光速得到的，但由于信号传播过程中存在大气折射、多路径效应等因素，实际接收到的信号时间与理论时间存在偏差。因此，需要通过改正模型来修正这些偏差。例如，美国宇航局（NASA）发布的GPS改正模型（如WGS84坐标系）提供了全球范围内的地球物理参数，包括地球椭球参数、大气折射率等，用于提高定位精度。在实际应用中，如GPS导航仪、智能手机等设备通过接收这些改正数据，可以提供厘米级甚至毫米级的定位精度。例如，在高速公路导航中，GPS系统可以实时提供车辆的位置信息，并通过计算与目标位置的差值，为驾驶员提供准确的导航指令。

1.2城市区域GPS定位特点

(1)城市区域GPS定位具有其独特的特点，首先表现为信号遮挡问题。在城市环境中，高楼大厦密集，建筑物的高度和形状会对GPS信号造成遮挡，使得信号传播受到严重干扰。据统计，城市区域GPS信号遮挡率可达30%以上，而在开阔地带仅为5%左右。例如，在纽约市，由于摩天大楼林立，GPS信号在城市中心区域的可用性大大降低，影响了定位精度。

(2)其次，城市区域GPS定位受到多路径效应的影响。多路径效应是指GPS信号在传播过程中遇到建筑物、树木等障碍物时，会发生反射、折射和散射，导致信号到达接收器时产生多个路径。这些路径的时间差和相位差会导致定位误差。研究表明，城市区域GPS定位的多路径误差可达到几米至几十米，严重影响了定位精度。例如，在东京市中心，由于建筑物密集，多路径误差可达20米以上。

(3)此外，城市区域GPS定位还受到信号延迟的影响。信号延迟包括大气延迟、电离层延迟、对流层延迟等。大气延迟是指信号在传播过程中穿过大气层时，由于大气密度不均匀而引起的信号传播速度变化。对流层延迟是指信号在传播过程中穿过对流层时，由于对流层温度和压力的变化而引起的信号传播速度变化。据统计，城市区域对流层延迟可达100米以上。电离层延迟是指信号在传播过程中穿过电离层时，由于电离层电子密度不均匀而引起的信号传播速度变化。在城市区域，电离层延迟的影响相对较小，但仍然会对定位精度产生一定影响。例如，在洛杉矶市中心，对流层延迟可达150米左右，而电离层延迟仅为10米左右。

1.3城市区域GPS定位误差分析

(1)城市区域GPS定位误差主要来源于多种因素，其中大气延迟误差是导致定位误差的主要原因之一。大气延迟误差包括对流层延迟和对流层折射率误差。对流层延迟是指GPS信号在传播过程中穿过对流层时，由于大气温度和压力的变化导致信号传播速度变化而产生的误差。据统计，对流层延迟误差可达20米至100米。例如，在伦敦市中心，对流层延迟误差约