水库环境gps多路径效应模型建立与量化分析

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1、水库环境GPS多路径效应模型建立与量化分析章思亮，宋术伟，胡方涛，蒋甫伟（山东省水利勘测设计院，济南250013）摘要：水库的增容扩容需要水下地形数据，应用GPS进行水下测量时多路径效应是影响精度的最大误差来源。文章对水库环境进行模拟分析，结合多路径效应产生的原理，建立水库环境下多路径效应模型,并对模型进行分析。根据水库环境特点和实践经验对模型函数进行量化处理和应用分析。关键词：GPS多路径效应，模型建立，量化分析作者简介：章思亮，男（1980.09）.籍贯：山东菏泽，硕士研究生毕业，工程师职称，主要研究方向：精密单点定位

2、数据处理与模型建立。MultipatheffectmodelofGPSestablishandquantitativeanalysisinreservoirenvironmentAbstract:Thecapacityexpansionandexpansionofreservoirneedunderwaterterraindata,whilethemultipatheffectisthebiggesterrorsourcewhentheGPSisusedforunderwatermeasurement.Inthispape

3、r,thereservoirenvironmentsimulationanalysis,basedontheprincipleofmultipatheffect,multipatheffectmodelwillbeestablishedinreservoirenvironmentandanalysisit.Basedonthecharacteristicsofreservoirenvironmentandpracticalexperience,themodelfunctionisquantifiedandappliedto

4、themodelfunction.Keywords:GPSmultipatheffect,modelestablishment,quantitativeanalysis前言近年来，水库增容扩容项目增多，获得准确的水库水下地形数据是这一工作的关键所在。GPS在水下地形测量中应用越来越广泛[1]，而水库这种特殊环境下，定位精度不可避免的收到多路径效应的影响。多路径误差与观测环境密切相关，尤其在进行大面积水域上作业时，由于水面反射使信号路径增长，其伪距存在系统偏差，致使定位结果不准。多路径效应的误差具有随机性，无法利用长期观测数

5、据来建模彻底消除[2]。文章对常见水库地形环境进行了总结，按分类不同采用地形图形式进行模拟；依据多路径效应产生的原理，分析周围环境的影响，建立水库水面环境下的多路径效应动态模型；对模型进行分析，并根据水库环境特点和实践经验对模型函数进行量化处理和应用分析。1水库环境模拟分析水库是指在山沟或河流的狭口处建造拦河坝形成的人工湖泊。水库建成后，可起防洪、蓄水灌溉、供水、发电、养鱼等作用。有时天然湖泊也称为水库（天然水库）[3]。水库环境可以总结为盆地地形、两山夹一沟地形、低洼地汇流地形等，其模拟分析图形如图1所示。(a)图为盆地

6、地形，这是建水库的最佳位置，蓄水量大，出口为峡谷，拦水坝建设难度小，工程量小。(b)(c)图为两山夹一沟的典型，水库形成在河谷宽阔地带，河流上游水源汇集，两侧山体地质结构稳定，山体涌水汇入水库，保证了水源充足。(d)(e)图低洼地汇流地形，山体流水先汇集形成溪水，溪水又汇流成河，在山脚低洼处汇集成水库，此类型水库受地表径流影响较大，如上游河道用水较多或水体受污染，那么水库的库容或水质就会受到较大影响。从图1可知，水库应选择在防洪效果强、水能丰富的地区。分析地形气象要素，盆地地形水库风向主要从谷口往山体方向吹拂，风向固定；两

7、山夹一沟地形水库风向，由于下游坝体和两侧山体阻挡，主要顺河流流向，风向也相对固定；低洼地汇流地形水库风向主要背山体方的风向。(a)盆地地形（b）两山夹一沟地形(c)两山夹一沟地形(d)低洼地汇流地形(e)低洼地汇流地形图1水库地形模拟分析2多路径效应产生的原理GPS信号接收机所测得的是测站与卫星之间的伪距和相位，应该是GPS信号接收天线相位中心至GPS卫星发射天线相位中心的距离。在理想状态下，接收机只接受来自卫星的直接信号，但受测站周围环境的影响，接收机天线实际接收到的信号是反射信号或衍射信号与直射信号的叠加信号，其反射信

8、号相对于直接信号而言，能量发生衰减且相位发生延迟。直射信号与反射信号的数学模型分别为[4]：（1）（2）式中，为直射信号，为反射信号，为反射系数，为反射信号的相位偏移量，为信号角频率，，其中为振幅，为PN码(+1或-1)。假设只有一条反射信号，则接收机天线接收的信号为直射信号和反射信号之和，即：（3）上