GPS多路径效应【毕业论文】Word下载.doc

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测绘工程

姓名：

王璐

学号：

2604070307

指导教师：

王利副教授

完成时间：

2011年6月

二〇一一年六月

摘要

GPS测量具有高精度的三维定位能力，所以它逐渐成为各种变形监测一种极为有效的手段，但GPS测量受到多种误差源的影响，而多路径误差与观测环境密切相关，它不能通过相对定位的差分技术得到有效地消除，所以多路径误差成为高精度变形监测的主要误差来源。

本文首先阐述了研究多路径效应的背景和现实意义，并对目前国内外的多路径效应的研究现状进行了总结；

其次系统的分析了多路径效应产生的原理以及多路径效应的信号特征，并分别利用GPS观测值和小波分析的方法进行了削弱多路径效应的方法研究；

最后，通过实验分析，利用MATLAB程序设计语言分别对由这两种方法来削弱多路径效应做出了尝试。

本文主要研究内容如下：

一、分析了本次研究变形监测中GPS多路径效应的背景和意义，以及国内外的研究现状。

二、从数学角度出发，系统的分析了多路径效应产生的原理和多路径效应的特性，并对含有一个反射源和多个反射源条件下的多路径效应影响进行了分析。

三、研究了基于GPS观测值模型的提取多路径误差的方法，主要通过建立了三种不同的数学模型来分析多路径效应，此外通过实验分别分析了利用这三种模型提取多路径误差。

四、研究了基于小波分析的削弱多路径效应的方法，主要分析了小波变换的思想和小波分析的关键性等问题，给出了利用小波滤波削弱多路径效应的算法步骤和框图从而对多路径效应进行提取，并且通过实验分析提取多路径误差。

关键词：

GPS，多路径效应，GPS观测值，小波分析

ABSTRACT

BecauseGPSsurveypossessacapabilityofhighprecisionandthreedimensionalpositioning,itbecomesanextremelyeffectivetoolforavarietyofdeformationmonitoring,buttheGPSmeasuringiseffectedbysomeerrorsources,whilethemultipatherroriscloselyrelatedtoenvironment,andcannotbeweakenedbydifferentialtechniqueeffectively,somultipatherrorbecomesthemainerrorinhighprecisiondeformationmonitoring.

Aboveall,thepaperdiscussesthebackgroundandsignificanceofmultipatherrorindeformationmonitoring,andsummarizedthemultipathprocessingmethodsathomeandabroad.Secondly,thepaperanalyzestheprincipleofmultipatheffectandthecharacteristicsofmultipatheffectsignal,andusestheGPSobservationandthewaveletrespectivelytoresearchthemethodsofweakeningthemultipatheffect.Finally,throughtheexperimentalanalysis,thepaperuseofMATLABprogramminglanguagetoanalyzeverifiedrespectivelythesetwokindsofmethodswhichcanweakenthemultipatheffecteffectively.Themainresearchcontentsofthispaperareasfollows:

1.Thepaperanalyzesthebackgroundandsignificanceofmultipatherrorindeformationmonitoring,andsummarizedthemultipathprocessingmethodsathomeandabroad.

2.Fromthesightofmathematics,thepaperanalyzestheprincipleofmultipatheffectandthecharacteristicsofmultipatheffectsignal,andanalyzestheeffectswhichcontainareflexsourceormultiplereflexsourcesundertheconditionofthemultipath.

3.AccordingtothemodelofGPSobservation,thepaperresearchesthemethodstoweakenthemultipatheffectmainlybyestablishingthreedifferentmathematicalmodels.Andthroughtheexperimenttoextractthemultipatherror.

4.Basedonwaveletanalysis,mainlyanalyzesthemainideaofthewavelettransformandkeyproblemswhenusingwavelettodecomposeandreconstructthesignal.Putoutthealgorithmstepsandblockdiagramofextractingthemultipatheffect,andthroughtheexperimenttoextractthemultipatherror.

KEYWORDS：

GPS，Multipatheffect，GPSobservation，Waveletanalysis

目录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章绪论 1

1.1GPS多路径效应研究的背景 1

1.2GPS多路径效应研究的意义 1

1.3国内外GPS多路径效应的研究现状 1

1.3.1国外多路径效应的研究现状 2

1.3.2国内多路径效应的研究现状 2

1.4GPS在变形监测中的优势 3

1.5本文研究的主要内容 3

第二章GPS简介及多路径效应特征 5

2.1GPS系统组成 5

2.2GPS误差来源 5

2.2.1与卫星有关的误差 5

2.2.2与传播途径有关的误差 6

2.2.3与GPS接收机有关的误差 6

2.3GPS多路径误差产生的原理 7

2.4GPS多路径效应的特性 7

2.5多路径误差的函数表达 9

第三章基于GPS观测值的多路径效应分析 11

3.1GPS定位中的基本观测量 11

3.2伪距观测方程与伪距中的多路径效应 11

3.2.1伪距观测方程 11

3.2.2伪距中的多路径效应 12

3.3双频GPS接收机时的多路径效应 12

3.4相位平滑伪距克服多路径效应分析 13

3.4.1单频相位平滑伪距 13

3.4.2双频相位平滑伪距 14

3.5相位观测值的多路径效应 15

3.5.1多路径效应的相位差 15

3.5.2多路径效应相位的变化 15

3.5.3双频相位的多路径效应 16

3.6双差相位观测值的多路径效应 16

3.7实验分析 18

3.7.1实验分析伪距多路径值 18

3.7.2实验分析利用双频相位平滑伪距克服多路径效应 20

3.7.3实验分析组合双频相位的多路径效应 21

3.8本章总结 22

第四章基于小波分析的GPS多路径效应研究 23

4.1小波的定义与研究背景 23

4.2小波变换的性质与特点 23

4.3小波分解与重构 24

4.4小波分析的作用 25

4.5利用小波分析多路径效应的关键问题 26

4.6小波滤波分析多路径误差的算法 26

4.7实验分析 27

4.8本章总结 31

第五章总结与展望 32

参考文献 33

致谢 35

附录 36

第一章绪论

1.1GPS多路径效应研究的背景

GPS是全球定位系统（globalpositioningsystem）的英文缩写，是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星导航定位系统。

GPS卫星定位测量是利用GPS系统解决大地测量问题的一项空间技术【1】。

GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术相结合，在空间定位技术方面引起了革命性的变化。

用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间，从静态扩展到动态，从事后处理扩展到实时定位与导航，其定位精度从m级扩展到cm级、mm级乃至亚mm级，从而大大拓宽了它的应用范围和在各行各业的应用。

由于GPS测量具有高精度的三维定位能力，所以它逐渐成为各种变形监测一种极为有效的手段。

但由于GPS在应用中受到多方面的误差源的影响，导致在变形监测数据处理时要进行误差筛选和剔除。

在小区域的变形监测中，由于基准点和监测点之间的距离较短，电离层、对流层误差可以通过差分的方式来消除或削弱，但对于多路径误差来说，差分的方式不能很好的消除，所以研究多路径效应对高精度的变形监测来说是一个很重要的问题，是否有效地消除或削弱多路径将直接影响到监测精度。

1.2GPS多路径效应研究的意义

GPS作为一种新方法，具有全球性、全天候、连续的精密三维导航和定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性，其能直接获得变形信息，且随着GPS技术硬件和软件的发展与完善，故其成为了我们变形监测和获取变形信息的重要手段。

作为现代城市建设的标志，高层建筑和高耸构筑物不仅越来越多，而且造型日趋复杂，并向超高度发展。

这些建筑虽然给人们的生活带来了方便，但是由于外界条件的影响，导致这些建筑发生变形。

如果我们不能及时的监测变形，并对发生的变形进行及时的处理，其很容易给我们带来安全隐患。

如何消除安全隐患，掌握建筑物的现状就是我们测量工作者的重要任务。

为保证安全，我们必须时刻监测这些建筑并分析、掌握这些变形信息，以此来评估这些大型建筑的健康和运营状况。

而GPS多路径效应是高精度变现监测的主要误差来源，所以研究削弱多路径效应的方法就有很重要的现实意义。

1.3国内外GPS多路径效应的研究现状