高精度GNSS 定位在山区控制测量中的误差特征研究

引言：

由山区地貌和气象条件带来的诸如多路径反射、卫星信号遮挡、大气电离层与对流层延迟等多样误差，共同对定位精度及测量可靠性造成影响，鉴于传统途径难以实现亚米级测量需求，本研究系统梳理山区 GNSS 误差来源及其时空特征，把观测与模型校正相融合，探寻高效的误差抑制及优化策略，提高控制测量精准度及可靠性，同时考量工程应用的实际效果，且为测站布设及观测流程的优化提供可参考依据。

1. 高精度GNSS 定位误差来源与特征分析

1.1 多路径效应引起的测距误差

复杂地形连同植被会生成大量反射信号，GNSS 接收机不能区分直接波和反射波，进而造成伪距测量出现偏差，若接收机天线处在山谷或峭壁下方，经地面与山体反射，卫星信号进入天线，和直接路径比，反射路径更长，造成接收机接收到延迟性的信号。伪距误差可达到数米这一量级，特别是进行低仰角卫星观测时，误差情况更甚，多路径误差呈现出时变特性与空间随机特性，短基线差分技术难以做到彻底消除，需把场地特征、天线增益模式与滤波算法结合做综合处理，由多路径引发的信号相干性减弱，会让载波相位观测值的稳定性受扰，引起定点固定解收敛速度减慢。在实际测量时，应周全地分析安装点周边环境，估量周边反射源的特性属性，进而可采取针对性的抑制办法 [1]。

1.2 地形遮挡与弱信号下可见卫星减少

山区的高差极为剧烈，特定观测时段里，周围的群山会把部分卫星信号挡住，引发可见卫星数量急剧下滑，若把常规观测仰角调至 15°以下，处于遮挡区域的信号质量进一步减退，C/N0 值呈下滑趋势，接收机跟踪环路很难进行稳固的跟踪，甚至引发信号丢失现象。此时导航解算所可用的卫星短缺，影响到模糊度解算与精密单点定位（PPP）的收敛用时，卫星几何分布若不均，会引起 PDOP（位置精度因子）增大，直接冲击平面与高程的精度，在存在弱信号的环境中，多路径抑制及增益天线一定程度上可发挥改善功效。针对存在极度遮挡的区域，可采用倾斜天线、借助辅助基站观测，或运用多频多星座观测，提高可见卫星的数量及改善几何布局，以此维持定位精度与观测的连贯性。

1.3 电离层与对流层延迟引发的时域误差

电离层延迟与对流层折射，是影响 GNSS 定位的主要电磁传播误差，在高海拔的山区里，电离层电子密度有剧烈的起伏变化，尤其是在太阳活动的高峰阶段，延迟误差能攀升至数米，电离层延迟具有极高的相关性，多频观测可经线性组合来消减一阶电离层误差，但校正高阶延迟，还需精密电离层模型的辅助。对流层延迟受大气温度、气压和湿度的影响极为明显，山区气象情况多变幻，尤在峻岭谷地之中湿度分布差异明显，让对流层延迟模型的误差有所增大，妨碍基线解算与 PPP 精度达成，时域误差将引发测量结果在不同时间段出现系统漂移现象，需要把实时气象数据或者水汽探测设备结合起来，采用实时对流层延迟评估方式，以减少大气误差对GNSS 观测产生的干扰。

2. 高精度GNSS 定位误差抑制与优化策略

2.1 多路径抑制技术与天线布局优化

为应对多路径效应，可采用拥有高前向增益与低后向响应特性的高精度GNSS 天线，从而减少地面与周边障碍物反射信号的干扰，应把天线架在开阔平台或被提升的基座上，使天线远离岩壁与大面积金属物，需让周边 ⩾10 米的区域不存在明显反射源。可依托角度截断（mask angle）做设置，隔绝低于15°的卫星信号干扰，降低反射引发的干扰，软件端可借助多路径延迟估计算法，如采用线性组合滤波或卡尔曼平滑，结合观测残差判别并排除多路径杂波观测，若条件得以满足，可采用双天线达成同频接收，借助相互校验消除反射波干扰，进一步增进测距稳定性。

2.2 高视角卫星观测与动态跟踪接收机设置

为达成可见卫星数与PDOP 值要求，测前要进行视图分析，选用高视角（仰角 >20^∘ ）卫星为主的观测途径，降低低仰角受遮挡以及多路径影响出现的概率，动态跟踪接收机要有快速调节环路的能力，若信号质量出现急剧变化，能自适应地调节跟踪灵敏度与环路带宽，达成对弱信号的稳定跟踪。可投放临时辅助基站，在遮挡严重的区域实施基准观测，凭借实时差分校正（RTK）供给高精度定位参考，若采用 PPP 这一技术，要采用多频多星座数据启用，结合增强星历跟钟差产品，助力模糊度迅速收敛，减少卫星几何分布不足引发的精度降低。

2.3 实时大气模型应用与差分校正技术

就电离层与对流层存在的误差而言，不妨应用实时电离层延迟模型，借助观测值开展电离层残差校正；对于对流层误差，可借助实时水汽探测站数据，或数值气象预报产品产生的对流层延迟估计来校正，把实时大气校正数据导入到 GNSS 接收机中，大幅降低大气误差的残留量 [2]。在差分校正事项里，可采用成都地区、相邻基站网络的连续运行参考站，马上输出差分修正的值，采用网络 RTK（NRTK）技术给流动站输送，保障测点在信号微弱环境中依旧可实现厘米级精度，可配合本地微观气象监测（气压计、水汽探测仪）实施，即刻得出对流层湿延迟的修正数值，推动PPP 和RTK 实测精度进一步提高。

结论

凭借观测及模型的仿真处理，剖析山区 GNSS 定位里多路径、遮挡以及大气延迟等误差的特性，采取多路径抑制、高视角观测与实时大气校正等办法，达成定位精度从米级到厘米级的跃升，测量稳定性实现大幅提高，所提出的综合技术具备工程可行性与推广意义，可对山区高精度测量形成支撑，未来可把气象监测以及无人机航测的数据结合，完善测量流程与误差模型，提升方法在复杂环境下的应用潜力。

参考文献

[1] 张云秋 , 曹文继 , 赵冰 , 等 . 新型低功耗高精度 GNSS 定位系统的设计与研究 [J]. 现代传输 ,2025,(01):65-68.

[2] 徐乐 , 王开华 , 刘伟良 .GNSS 视频 MEMS 加速度一体化设备在安全监测行业的应用前景 [J]. 传感器世界 ,2024,30(12):1-6.

作者简介：翁强，出生年月:1967 年4 月，性别: 男，籍贯: 辽宁省兴城市，民族: 满，学历: 大学本科，职称: 测量工程师，研究方向: 地质测绘