CN118151188A - 一种多路径误差修正方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多路径误差修正方法和装置，其中该方法包括步骤：根据GNSS地表形变监测站静止状态下的坐标，计算所述GNSS地表形变监测站观测数据的载波相位验后残差值；基于GNSS地表形变监测站可视空域划分的网格，对每个格网内的载波相位验后残差值进行处理，得到每个网格对应的多路径误差修正值；根据所述每个网格对应的多路径误差修正值对每个时刻途径网格的卫星信号进行多路径误差修正，并根据修正结果区分正常信号的网格区域和异常信号的网格区域；实时估计异常信号的网格区域内的多路径误差值，利用所述多路径误差值对所述异常信号的网格区域内的载波信号进行多路径误差修正。本申请能够对多路径误差进行实时修正，实现监测目标位置的稳健估计。

Description

一种多路径误差修正方法和装置

技术领域

本发明涉及地质灾害变形监测技术领域，尤其涉及一种多路径误差修正方法和装置。

背景技术

全球导航卫星系统(GNSS)具有高精度、全天候、连续三维定位、无需通视等优势，被广泛应用于滑坡地表形变监测中。静态GNSS相对定位技术（SGM）、实时动态相对定位技术（RTK）、网络RTK技术（NRTK）和精密单点定位技术（PPP）等GNSS定位技术因其具有厘米级及以上的定位精度，因此被广泛应用于GNSS地表形变监测中。但考虑到实际应用中滑坡多处于高山峡谷植被茂密的位置，对于SGM这种消除掉钟差、电离层误差、对流层误差等影响的算法，主要受GNSS天线周围环境影响的多路径误差变成了无法回避且严重影响监测精度的误差，因此众多学者对静止环境下的多路径误差削弱方法进行了研究。

此外，一些研究根据同一方向的入射信号具有相同的反射或衍射路径的特点，指出其对应产生的多路径效应也具有一致性，即多路径具有强空间相关性的特点。并将观测空间划分为规则格网，将每个格网中信号的多路径误差估计出来并取均值作为该格网对应入射方向的信号的多路径模型修正值，即为半天球模型（MHM）。

该模型对多路径误差削弱明显且可以实时修正，因此可应用于实时变形监测过程中。然而，现有的多路径模型均是基于天线位置不变且周围环境不变的假设而建立的。众所周知，变形监测中监测目标并不是稳定不变的，对于地质条件不稳定的地区，边坡会存在速率超过10mm/d的形变现象，而天线位置的改变势必会造成多路径误差的改变，可能导致传统多路径误差模型不再适用。因此，重新建模的方案不仅建模成本与算力成本增加，而且无法保证重新建模的周期内多路径误差的改正效果。

因此，如何提升多路径误差修正的准确性，是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种多路径误差修正方法和装置，能够充分利用天线位移引起的多路径变化信号具有空间聚集性的特征，对多路径异常变化的入射角区域的多路径误差进行实时估计与修正，实现对监测目标位置的稳健估计。

第一方面，本申请提供了一种多路径误差修正方法，其中该方法包括：

根据GNSS地表形变监测站静止状态下的坐标，计算所述GNSS地表形变监测站观测数据的载波相位验后残差值；

基于GNSS地表形变监测站可视空域划分的网格，对每个格网内的载波相位验后残差值进行处理，得到每个网格对应的多路径误差修正值；

根据所述每个网格对应的多路径误差修正值对每个时刻途径网格的卫星信号进行多路径误差修正，并根据修正结果区分正常信号的网格区域和异常信号的网格区域；

实时估计异常信号的网格区域内的多路径误差值，利用所述多路径误差值对所述异常信号的网格区域内的载波信号进行多路径误差修正。

结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，采集GNSS地表形变监测站与GNSS地表形变基准站的原始观测数据，所述原始观测数据为卫星发向地面接收天线的载波信号；

建立双差载波观测方程，并将所述原始观测数据作为输入，代入所述双差载波观测方程中，计算得到载波双差观测值；

对计算得到载波双差观测值求均值，得到GNSS地表形变监测站的精确坐标；

其中，根据公式：，计算载波双差观测值，为双差星地距，/>为波长，/>为双差整周模糊度，/>表示多路径效应引起的载波相位测量误差的双差形式，/>为载波相位双差噪声误差；

根据公式：，计算GNSS地表形变监测站观测数据的载波相位验后残差值，其中/>为多路径误差项，/>为测量噪声。

结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，以所述GNSS地表形变监测站的坐标为基准，在预设周期内，将实时监测所述GNSS地表形变监测站坐标与基准坐标进行对比；

当确定实时坐标与基准坐标不同时，确定所述GNSS地表形变监测站发生位移。

结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，当卫星轨迹途径单个格网后形成多个观测数据，根据每个观测数据计算出一个载波相位验后残差值，并对该格网内的所有载波相位验后残差值进行求平均值，得到该格网对应的多路径误差修正值；

其中，根据公式：，计算卫星信号轨迹途径每个网格对应的多路径误差修正值。

结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，根据公式:，计算多路径误差修正值对应的精度指标，/>为重复测量次数。

结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，基于每个时刻的卫星传入地面接收天线的载波信号的入射方位，查找其途径的格网；

当所述载波信号经过对应的格网区间时，查找该格网对应的多路径误差修正值，直接在卫星载波信号中减去该格网对应的多路径误差修正值，以对卫星载波信号的多路径误差修复；

其中，根据公式：，计算多路径误差模型修正后的载波双差验后残差。

结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，根据公式：，计算载波信号对应的多路径误差异常变化识别结果；

当满足三西格玛准则，代表该载波信号对应的多路径误差未发生显著改变，判定为正常信号的网格区域，否则判定为异常信号的网格区域。

结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，根据公式：，实时估计异常格网的多路径误差值，并利用该值对异常信号的网格区域内的每个载波信号进行多路径误差修正，其中/>为设计矩阵，/>表示双差方向矢量矩阵，/>表示单位矩阵，/>代表进行多路径误差估计的系数矩阵，/>代表位置增量矢量，为3/>1的矩阵，/>代表待估计的双差整周模糊度矩阵，/>代表待估计的多路径误差矩阵。

结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，基于每个网格对应的多路径误差修正值，对正常信号的网格区域内的每个载波信号进行多路径误差修正。

第二方面，本申请提供了一种多路径误差修正装置，该装置包括:

计算模块，其用于根据GNSS地表形变监测站静止状态下的坐标，计算所述GNSS地表形变监测站观测数据的载波相位验后残差值；

处理模块，其用于基于GNSS地表形变监测站可视空域划分的网格，对每个格网内的载波相位验后残差值进行处理，得到每个网格对应的多路径误差修正值；

分类模块，其用于根据所述每个网格对应的多路径误差修正值对每个时刻途径网格的卫星信号进行多路径误差修正，并根据修正结果区分正常信号的网格区域和异常信号的网格区域；

修正模块，其用于实时估计异常信号的网格区域内的多路径误差值，利用所述多路径误差值对所述异常信号的网格区域内的载波信号进行多路径误差修正。

本申请提供的一种多路径误差修正方法和装置，其中该方法包括步骤：根据GNSS地表形变监测站静止状态下的坐标，计算所述GNSS地表形变监测站观测数据的载波相位验后残差值；基于GNSS地表形变监测站可视空域划分的网格，对每个格网内的载波相位验后残差值进行处理，得到每个网格对应的多路径误差修正值；根据所述每个网格对应的多路径误差修正值对每个时刻途径网格的卫星信号进行多路径误差修正，并根据修正结果区分正常信号的网格区域和异常信号的网格区域；实时估计异常信号的网格区域内的多路径误差值，利用所述多路径误差值对所述异常信号的网格区域内的载波信号进行多路径误差修正。本申请能够充分利用天线位移引起的多路径变化信号具有空间聚集性的特征，对多路径异常变化的入射角区域的多路径误差进行实时估计与修正，实现对监测目标位置的稳健估计。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并于说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本申请实施例中提供的一种多路径误差修正方法流程图；

图2为本申请实施例中提供的一种多路径误差修正装置示意图；

图3为本申请实施例中提供的地表形变监测站位移判断流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例执行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。附图所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

以下结合附图对本申请的实施例作进一步详细说明。

参照图1，图1所示为本发明提供的一种多路径误差修正方法流程图，如图1所示，该方法包括步骤：

步骤S101: 根据GNSS地表形变监测站静止状态下的坐标，计算所述GNSS地表形变监测站观测数据的载波相位验后残差值。

具体而言，采集GNSS地表形变监测站与GNSS地表形变基准站的原始观测数据，所述原始观测数据为卫星发向地面接收天线的载波信号；

建立双差载波观测方程，并将所述原始观测数据作为输入，代入所述双差载波观测方程中，计算得到载波双差观测值；

对计算得到载波双差观测值求均值，得到GNSS地表形变监测站的精确坐标；

其中，根据公式：，计算载波双差观测值，为双差星地距，/>为波长，/>为双差整周模糊度，/>表示多路径效应引起的载波相位测量误差的双差形式，/>为载波相位双差噪声误差；

根据公式：，计算GNSS地表形变监测站观测数据的载波相位验后残差值，其中/>为多路径误差项，/>为测量噪声。

一实施例中，以所述GNSS地表形变监测站的坐标为基准，在预设周期内，将实时监测所述GNSS地表形变监测站坐标与基准坐标进行对比；当确定实时坐标与基准坐标不同时，确定所述GNSS地表形变监测站发生位移。当确定实时坐标与基准坐标相同时，确定所述GNSS地表形变监测站未发生位移。

当确定发生位移时，根据公式：，计算当前观测数据的载波相位验后残差值，其中/>为多路径误差项，/>为测量噪声。

需要说明的是，多路径误差是GNSS卫星播发的信号中的一项重要误差。一般认为“干净”的GNSS信号是指直接从卫星天线相位中心发射并传播进入地面接收机相位中心的信号，但由于地面的信号接收天线周围有各种具有信号反射特性的物体（一切物体均可以反射信号），导致地表接收机收到的信号不仅包含来自卫星的直射信号，还包括经周围物体反射后传入的信号（称为干扰信号），干扰信号与直射信号会形成干涉信号，即为地面天线最终收到的完整信号。这部分由于干扰信号的存在而引起的测量误差称为多路径误差。

方便理解具体说明，利用SGM算法，需采集GNSS地表形变监测站与GNSS地表形变基准站的原始观测数据，该数据遵循一定格式（如RTCM编码格式或RINEX格式），数据采集时常约为5～7个卫星重访周期。

在SGM算法用于变形监测应用场景中时，GNSS地表形变监测站与GNSS地表形变基准站距离一般为几公里，因此在建立双差载波观测方程时，载波信号中包含的接收机钟差、卫星钟差、电离层误差、对流层误差等基本被极大削弱，剩余项如下式所示：

式中，为载波双差观测值（单位：米）；/>为双差星地距；/>为波长；/>为双差整周模糊度；/>表示多路径效应引起的载波相位测量误差的双差形式；/>为载波相位双差噪声误差。需要说明的是，利用GNSS技术进行变形监测的双差载波观测方程，该方程中的未知数包括GNSS监测站的三维坐标，通过求解该方程即可获得对应的GNSS监测站的三维坐标。

在实时监测过程中，可基于滤波框架或者弧段整体估计框架（滤波框架与弧段整体框架是求解方程的两种途径）得到每个历元的准确整周模糊度与毫米级精度的监测站坐标。通过对静止时期内所有估计的坐标值求平均值，即可得到GNSS地表形变监测站的精确坐标，需要说明的是，通过对双差载波观测方程进行求解，可以计算一系列坐标值，该序列整体是围绕在坐标真值附近的且符合正态分布规律的，通过求均值基本可以获得该站的准确坐标。

需要说明的是，通过安装于被监测目标表面的GNSS接收天线与接收机来采集的，天线进行卫星信号的接收，然后传给接收机进行处理，接收机处理后得到原始观测数据。原始观测数据是变形监测算法的输入数据，算法通过这些数据可以解算出地表天线的三维坐标，正是通过不同时期的三维坐标变化来判断对应的位置是否发生改变，进而起到了地表变形监测的目标。原始观测数据可以理解为是卫星发射出来的，被地面接收天线所接收到的载波信号，这种信号本质上是一种电磁波，包括几种不同频率的载波，波长一般在20cm左右，载波信号以波的周数表示，比如1024.853（仅仅是举例，实际上比这个量级大很多），代表着卫星离地面接收天线的距离是1024.853*20cm远。根据很多个卫星到同一个接收天线的距离，结合卫星对应时刻的位置，就可以计算到接收天线在对应时刻的坐标。在还没精准计算出坐标之前的操作为验前，在准确计算出坐标后的步骤为验后。

一般在进行施工时，GNSS地表形变基准站都选在位置比较稳定的区域，认为其位置长期不会发生变化，即基准站的坐标是已知的，通过基准站的位置与卫星实时观测数据来周期性地计算监测站的位置，周期间隔可以是几分钟，也可以是1天甚至更久，通过对比不同周期间的坐标值变化来判断对应监测站位置是否发生了改变。

将实时获取的坐标与模糊度值，带入公式：，计算得到载波相位验后残差值此时残差值中包含多路径误差项与测量噪声两部分，其中/>为多路径误差项，/>为测量噪声。

步骤S102: 基于GNSS地表形变监测站可视空域划分的网格，对每个格网内的载波相位验后残差值进行处理，得到每个网格对应的多路径误差修正值。

对GNSS地表形变监测站可视空域进行网格划分可以理解为，安装于地表的GNSS地表形变监测站对空可视范围为：方位角0°～360°，高度角0°～90°。可按照一定的空间分辨率对该空域进行划分，一般分辨率可设定为0.5°×0.5°，1°×1°，2.5°×2.5°，5°×5°。

当卫星轨迹途径单个格网后形成多个观测数据，根据每个观测数据计算出一个载波相位验后残差值，并对该格网内的所有载波相位验后残差值进行求平均值，得到该格网对应的多路径误差修正值；

其中，根据公式：，计算卫星信号轨迹途径每个网格对应的多路径误差修正值。

一实施例中，根据公式:，计算多路径误差修正值对应的精度指标，/>为重复测量次数。

方便理解举例说明，计算出载波相位验后残差以及空域的格网划分后，可对每个格网内的载波相位验后残差值进行求均值处理，由于残差中包含的测量噪声具有高斯分布的特性，即其均值为0，同时同一区域内的入射信号具有相近的反射或折射条件，其多路径误差值相近，因此可认为单个格网内残差求得的均值可真实代表该格网内卫星信号的多路径误差水平，即为多路径格网改正值。

式中，表示多路径误差修正值；/>表示多路径误差修正值对应的精度指标；/>为重复测量次数。

可以理解的是，按照1度乘以1度（1°×1°）的标准进行格网划分的话，而卫星的数据采样率一般是1秒或者15秒，一般建模时选用的数据为5～7天，这种情况下卫星轨迹途径单个格网后会在该格网内形成N多个观测数据，每个观测数据均可以计算出一个载波相位验后残差值，对该格网内的所有载波相位验后残差值进行求平均，得到的平均值即为该格网对应多路径误差修正值。

步骤S103: 根据所述每个网格对应的多路径误差修正值对每个时刻途径网格的卫星信号进行多路径误差修正，并根据修正结果区分正常信号的网格区域和异常信号的网格区域。

具体而言，基于每个时刻的卫星传入地面接收天线的载波信号的入射方位，查找其途径的格网；当所述载波信号经过对应的格网区间时，查找该格网对应的多路径误差修正值，直接在卫星载波信号中减去该格网对应的多路径误差修正值，以对卫星载波信号的多路径误差修复；其中，根据公式：，计算多路径误差模型修正后的载波双差验后残差。

方便理解举例说明，实时估计监测点坐标与整周模糊度并提取对应的载波验后残差值。经由多路径误差模型修正后的载波双差验后残差表达式如下式所示：，而修正方式为：多路径误差修正值/>，在后续卫星信号经过对应的格网区间时，查找该格网对应的多路径误差修正值，直接在卫星载波信号中减去该修正值即可。

也可以理解为，对于建立好的多路径误差修正模型（步骤S101到S102建立的）后，后续每个时刻都会有卫星信号传入地面接收天线，通过判断信号的入射方位，查找其途径的格网，并查找到该格网在模型中对应的多路径误差修正值，直接在卫星信号中减去该值，即完成了实时修正。可以理解的是，减去网格对应的修正值是消除信号中的多路径误差部分，所以得到的是干净的信号，比如一个信号是102.35米。修正模型提供的修正值为0.35，那么这个信号干净的状态为102米。

需要解释的是，实时估计监测点坐标目的在于变形监测的目地就是解算监测点的坐标，需要实时进行坐标的估计。只有坐标估计准确的情况下，载波验后残差才可以估计准确。一般认为当多路径误差被正确削弱以后，计算的载波验后残差将会很小，接近于0。反过来讲，如果载波验后残差很小时，即认为该格网对应的多路径误差修正值是正确的，也即该格网为正常格网；如若载波相位验后残差偏离0较大时，则认为该格网对应的多路径误差修正值是错误的，不再符合天线位移后应用场景，必须重新进行多路径误差估计与修正。

可以理解的是，基于多路径修正后的载波验后残差分析与统计，在未发生位移的情况下，经过多路径误差修正后，验后残差中仅包含测量噪声与一些微小的未模型化误差，其整体分布上符合高斯分布。但是对于存在蠕变或阶跃位移的监测目标而言，位移引起了多路径效应发生改变，利用前述步骤建立的多路径误差修正模型进行多路径误差修正将存在欠修正或过修正的情况。

基于多路径修正后的载波验后残差分析与统计后，采用三倍标准差原则（3）进行多路径异常变化的识别，如下式所示：

式中，代表双差载波信号/>对应的异常识别结果，若/>满足“3/>”准则（三西格玛准则又称为拉依达准则，它是先假设一组检测数据只含有随机误差，对其进行计算处理得到标准偏差，按一定概率确定一个区间，认为凡超过这个区间的误差，就不属于随机误差而是粗大误差，含有该误差的数据应予以剔除。），则代表该载波信号对应的多路径误差未发生显著改变，即正常信号，否则为异常信号。方便理解举例说明，比如一个网格中有10个载波信号（该载波信号是用每个网格对应的修正值修正后的，可以理解为在计算出每个网格的修正值后，会对每个经过网格的载波信号进行修正，）在修正完成后，假设10载波信号中有6个修正准确，而4个修正不准确，那么判断该网格为正常信号区域，反之6个修正结果不准确，4个修正准确，判定为异常信号的网格区域。即按照网格内多路径异常值的比例，确定正常区域和异常区域。需要说明的是，如果判定是正常区域其内的载波信号用每个网格对应的修正值进行修正，如果判断为异常区域，需要根据公式，实时估计异常格网的多路径误差值，并利用该值对异常信号的网格区域内的每个载波信号进行多路径误差修正。

由于单一信号的处理过程具有偶然性，并且考虑到同一入射角区域内信号的多路径误差及其产生的变化具有一致性，因此考虑对空间入射角区域进行标准化格网划分，并通过对格网内信号异常识别结果的统计对格网进行标记，原理如下式所示：

式中，为格网的方位角；/>为格网的高度角；/>代表格网的异常识别结果；/>代表格网内被判定为异常的信号；/>代表格网内正常信号；为判断阈值，其数值范围为0～1。

步骤S104: 实时估计异常信号的网格区域内的多路径误差值，利用所述多路径误差值对所述异常信号的网格区域内的载波信号进行多路径误差修正。

具体而言，实时估计异常区间内载波信号的真实多路径误差，可以将实时卫星信号划分为多路径正常区域信号与多路径异常变化区域信号两部分，在实时变形监测时，利用每个网格对应的多路径误差修正值对多路径正常区域信号进行多路径误差修正，同时将多路径异常变化区域信号的多路径误差值作为待估计参数，利用多路径正常区域的多路径误差修正值作为约束条件，对异常区间内的每个载波信号真实多路径误差进行实时估计。如下式所示：

式中，为观测值误差近似值方程，/>为设计矩阵，/>表示双差方向矢量矩阵，/>表示单位矩阵，/>代表进行多路径误差估计的系数矩阵，/>代表位置增量矢量，为3/>1的矩阵，/>代表待估的双差整周模糊度矩阵，/>代表待估计的多路径误差矩阵。

一实施例中，在每个历元利用多路径正常区域信号的多路径误差修正值作为约束条件，实时估计异常多路径区域的多路径误差改正数后，将其代入估计方程，即可求得包含位移信息的矩阵，即消除多路径效应影响后的高精度监测坐标，其中/>为带估计的监测点的三维坐标，是一个1*3的矩阵，具体而言是/>。

一实施例中，基于每个网格对应的多路径误差修正值，对正常信号的网格区域内的每个载波信号进行多路径误差修正。

可选的，S01：位置静止状态下GNSS监测数据的采集；

采集2023/08/29～2023/09/04期间共7天的GPS观测数据，数据类型为RINEX3.02格式。

S02：基于静止位置的GNSS地表形变监测站精确坐标获取；

利用采集的GPS观测数据建立载波双差观测方程，如下式所示：

式中，为载波双差观测值（单位：米）；/>为双差星地距；/>为波长；/>为双差整周模糊度；/>表示多路径效应引起的载波相位测量误差的双差形式；/>为载波相位双差噪声误差。基于滤波框架得到每个历元的准确整周模糊度与毫米级精度的监测站坐标。

S03：基于静止位置GNSS监测数据的载波相位验后残差值获取；

通过S02获取到的准确整周模糊度值与精确坐标后，即可得到载波相位验后残差值，此时残差值中包含多路径误差项与测量噪声两部分。

式中，表示由毫米级基线解算结果反推的双差验后残差。

S04：GNSS监测站可视空域的标准格网划分；

按照1°×1°的格网分辨率将监测站天线的可视空域划分为360×90个标准格网。

S05：基于多个卫星轨道重访周期观测数据的噪声抑制与多路径格网改正值提取；

通过S04对空域的格网划分以及S03对载波相位验后残差的获取，可对每个格网内的载波相位验后残差值进行求均值处理，由于残差中包含的测量噪声具有高斯分布的特性，即其均值为0，同时同一区域内的入射信号具有相近的反射或折射条件，其多路径误差值相近，因此可认为单个格网内残差求得的均值可真实代表该格网内卫星信号的多路径误差水平，即为多路径格网改正值。

式中，表示多路径误差修正值；/>表示多路径误差修正值对应的精度指标；/>为重复测量次数。

S06：实时多路径误差修正与多路径修正后的载波验后残差提取；

在通过S01～S05建立了静止状态下的多路径格网修正模型后，可将该模型提供的多路径误差修正值用于后续监测过程中载波信号的多路径误差修复。实时估计监测点坐标与整周模糊度并提取对应的载波验后残差值。经由多路径误差模型改正后的载波双差验后残差表达式如下式所示：

S07：基于多路径修正后的载波验后残差分析与统计；

理论上，在未发生位移的情况下，经过多路径误差修正后，验后残差中仅包含测量噪声与一些微小的未模型化误差，其整体分布上符合高斯分布。但是对于存在蠕变或阶跃位移的监测目标而言，位移引起了多路径效应发生改变，利用前述步骤建立的多路径误差修正模型进行多路径误差修正将存在“欠修正”或“过修正”的情况。

S08：探测与标记位移引起的多路径误差异常变化区间；

基于步骤七的分析，采用三倍标准差原则（3）进行多路径异常变化的识别，如下式所示：

式中，代表双差载波信号/>对应的异常识别结果，若/>满足“3/>”准则，则代表该载波信号对应的多路径误差未发生显著改变，即正常信号，否则为异常信号。

由于单一信号的处理过程具有偶然性，并且考虑到同一入射角区域内信号的多路径误差及其产生的变化具有一致性，因此考虑对空间入射角区域进行标准化格网划分，并通过对格网内信号异常识别结果的统计对格网进行标记，原理如下式所示：

式中，为格网的方位角；/>为格网的高度角；/>代表格网的异常识别结果；/>代表格网内被判定为异常的信号；/>代表格网内正常信号；为判断阈值，其数值范围为0～1。本例根据统计学知识以一倍标准差为例取阈值为0.68。

S09：实时估计异常区间内载波信号的真实多路径误差；

基于S08，可以将实时卫星信号划分为多路径正常区域信号与多路径异常变化区域信号两部分，在实时变形监测时，利用S01～S05提供的多路径误差修正值（每个网格对应的修正值）对多路径正常区域信号进行多路径误差修正，同时将多路径异常变化区域信号的多路径误差值作为待估计参数，利用多路径正常区域的多路径误差修正值作为约束条件，对异常区间内的每个载波信号真实多路径误差进行实时估计。顾及多路径误差改正的双差载波相位观测方程的矩阵表达形式如下式所示：

式中，1号卫星作为双差基准星，2~N号卫星作为测量卫星。代表双差卫地距的概略值；/>代表方向矢量的双差组合形式，为1/>3的矩阵；/>代表位置增量矢量，为3/>1的矩阵；/>代表待估的双差整周模糊度矩阵，为/>的矩阵。假设在某一历元探测到2～M号卫星信号来自正常格网内，M+1～N号卫星信号来自异常格网内，则构建双差载波相位测量的矩阵形式，如下式所示：

式中，表示双差方向矢量矩阵，其为N-1/>3；/>为N-1/>N-1的单位矩阵；/>代表进行多路径误差估计的系数矩阵；/>代表待估计的多路径误差矩阵。

考虑到同一颗卫星的多路径误差在相邻历元之间具有连续性的特征，可将其视作具有马尔可夫性质的随机过程，利用一阶马尔可夫随机游走方法对异常格网内的多路径误差值进行预测，并将实时提供的多路径误差估计值进行状态更新，以最优地获取未知多路径误差改正数。随机游走过程的方差与对应入射信号的高度角呈幂相关关系，通过对高度角以1°的间隔划分为不同的区间，并计算不同区间载波残差对应的方差，即可通过拟合的方式获取方法与高度角之间的对应关系，如下式所示。

式中，和/>代表待估幂函数系数；/>为对应区间的高度角中间值；/>为对应区间的方差值。

S10：多路径误差修正与坐标监测结果计算；

通过S09，在每个历元利用多路径正常区域信号的多路径误差修正值作为约束条件，实时估计异常多路径区域的多路径误差改正数后，将其代入估计方程，即可求得包含位移信息的矩阵，即消除多路径效应影响后的高精度监测坐标。

综上所述，本申请通过对实时GNSS信号的统计分析来探测出天线可接收信号空间内的多路径动态变化情况，并基于此分析是否存在天线位移引起多路径变化的情况；能够充分利用天线位移引起的多路径变化信号具有空间聚集性的特征，对多路径异常变化的入射角区域的多路径误差进行实时估计与修正，实现对监测目标位置的稳健估计，并且本发明提供的建模方法可以兼顾GNSS监测天线位置静止与发生位移两种情况。

参照图2，图2所示为本发明提供的一种多路径误差修正装置示意图，如图2所示，该装置包括：

计算模块201，其用于根据GNSS地表形变监测站静止状态下的坐标，计算所述GNSS地表形变监测站观测数据的载波相位验后残差值；

处理模块202，其用于基于GNSS地表形变监测站可视空域划分的网格，对每个格网内的载波相位验后残差值进行处理，得到每个网格对应的多路径误差修正值；

分类模块203，其用于根据所述每个网格对应的多路径误差修正值对每个时刻途径网格的卫星信号进行多路径误差修正，并根据修正结果区分正常信号的网格区域和异常信号的网格区域；

修正模块204，其用于实时估计异常信号的网格区域内的多路径误差值，利用所述多路径误差值对所述异常信号的网格区域内的载波信号进行多路径误差修正。

进一步地，一种可能的实施方式中，计算模块，还用于采集GNSS地表形变监测站与GNSS地表形变基准站的原始观测数据，所述原始观测数据为卫星发向地面接收天线的载波信号；

建立双差载波观测方程，并将所述原始观测数据作为输入，代入所述双差载波观测方程中，计算得到载波双差观测值；

对计算得到载波双差观测值求均值，得到GNSS地表形变监测站的精确坐标；

其中，根据公式：，计算载波双差观测值，为双差星地距，/>为波长，/>为双差整周模糊度，/>表示多路径效应引起的载波相位测量误差的双差形式，/>为载波相位双差噪声误差；

根据公式：，计算GNSS地表形变监测站观测数据的载波相位验后残差值，其中/>为多路径误差项，/>为测量噪声。

进一步地，一种可能的实施方式中，处理模块，还用于以所述GNSS地表形变监测站的坐标为基准，在预设周期内，将实时监测所述GNSS地表形变监测站坐标与基准坐标进行对比；

当确定实时坐标与基准坐标不同时，确定所述GNSS地表形变监测站发生位移。

进一步地，一种可能的实施方式中，计算模块，还用于当卫星轨迹途径单个格网后形成多个观测数据，根据每个观测数据计算出一个载波相位验后残差值，并对该格网内的所有载波相位验后残差值进行求平均值，得到该格网对应的多路径误差修正值；

其中，根据公式：，计算卫星信号轨迹途径每个网格对应的多路径误差修正值。

进一步地，一种可能的实施方式中，计算模块，还用于根据公式:，计算多路径误差修正值对应的精度指标，/>为重复测量次数。

进一步地，一种可能的实施方式中，修正模块，还用于基于每个时刻的卫星传入地面接收天线的载波信号的入射方位，查找其途径的格网；

当所述载波信号经过对应的格网区间时，查找该格网对应的多路径误差修正值，直接在卫星载波信号中减去该格网对应的多路径误差修正值，以对卫星载波信号的多路径误差修复；

其中，根据公式：，计算多路径误差模型修正后的载波双差验后残差。

进一步地，一种可能的实施方式中，分类模块，还用于根据公式：，计算载波信号对应的多路径误差异常变化识别结果；

当满足三西格玛准则，代表该载波信号对应的多路径误差未发生显著改变，判定为正常信号的网格区域，否则判定为异常信号的网格区域。

进一步地，一种可能的实施方式中，修正模块，还用于根据公式：，实时估计异常格网的多路径误差值，并利用该值对异常信号的网格区域内的每个载波信号进行多路径误差修正，其中/>为设计矩阵，/>表示双差方向矢量矩阵，/>表示单位矩阵，/>代表进行多路径误差估计的系数矩阵，/>代表位置增量矢量，为3/>1的矩阵，/>代表待估计的双差整周模糊度矩阵，/>代表待估计的多路径误差矩阵。

进一步地，一种可能的实施方式中，修正模块，还用于基于每个网格对应的多路径误差修正值，对正常信号的网格区域内的每个载波信号进行多路径误差修正。

参照图3，图3所示为本发明提供的地表形变监测站位移判断流程图，如图3所示：

步骤S301：以所述GNSS地表形变监测站的坐标为基准，在预设周期内，将实时监测所述GNSS地表形变监测站坐标与基准坐标进行对比。

步骤S302：当确定实时坐标与基准坐标不同时，确定所述GNSS地表形变监测站发生位移。

可以理解的是，在步骤S101计算出GNSS地表形变监测站的坐标后，以该坐标为基准，在设定周期内，将实时检测的坐标与基准坐标进行对比，例如，计算出的GNSS地表形变监测站的坐标为[1，1，1]而实时检测的坐标为[1，1，2]，则代表GNSS地表形变监测站发生位移。如果实时检测的坐标为[1，1，1]，则代表GNSS地表形变监测站未发生位移。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种多路径误差修正方法，其特征在于，包括：

根据GNSS地表形变监测站静止状态下的坐标，计算所述GNSS地表形变监测站观测数据的载波相位验后残差值；

基于GNSS地表形变监测站可视空域划分的网格，对每个格网内的载波相位验后残差值进行处理，得到每个网格对应的多路径误差修正值；

根据所述每个网格对应的多路径误差修正值对每个时刻途径网格的卫星信号进行多路径误差修正，并根据修正结果区分正常信号的网格区域和异常信号的网格区域；

实时估计异常信号的网格区域内的多路径误差值，利用所述多路径误差值对所述异常信号的网格区域内的载波信号进行多路径误差修正。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据GNSS地表形变监测站静止状态下的坐标，计算所述GNSS地表形变监测站观测数据的载波相位验后残差值，包括：

采集GNSS地表形变监测站与GNSS地表形变基准站的原始观测数据，所述原始观测数据为卫星发向地面接收天线的载波信号；

建立双差载波观测方程，并将所述原始观测数据作为输入，代入所述双差载波观测方程中，计算得到载波双差观测值；

对计算得到载波双差观测值求均值，得到GNSS地表形变监测站的精确坐标；

其中，根据公式：，计算载波双差观测值，/>为双差星地距，/>为波长，/>为双差整周模糊度，/>表示多路径效应引起的载波相位测量误差的双差形式，/>为载波相位双差噪声误差；

根据公式：，计算GNSS地表形变监测站观测数据的载波相位验后残差值，其中/>为多路径误差项，/>为测量噪声。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

以所述GNSS地表形变监测站的坐标为基准，在预设周期内，将实时监测所述GNSS地表形变监测站坐标与基准坐标进行对比；

当确定实时坐标与基准坐标不同时，确定所述GNSS地表形变监测站发生位移。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于GNSS地表形变监测站可视空域划分的网格，对每个格网内的载波相位验后残差值进行处理，得到每个网格对应的多路径误差修正值，包括：

当卫星轨迹途径单个格网后形成多个观测数据，根据每个观测数据计算出一个载波相位验后残差值，并对该格网内的所有载波相位验后残差值进行求平均值，得到该格网对应的多路径误差修正值；

其中，根据公式：，计算卫星信号轨迹途径每个网格对应的多路径误差修正值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

根据公式: ，计算多路径误差修正值对应的精度指标，/>为重复测量次数。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个网格对应的多路径误差修正值对每个时刻途径网格的卫星信号进行多路径误差修正，包括：

基于每个时刻的卫星传入地面接收天线的载波信号的入射方位，查找其途径的格网；

当所述载波信号经过对应的格网区间时，查找该格网对应的多路径误差修正值，直接在卫星载波信号中减去该格网对应的多路径误差修正值，以对卫星载波信号的多路径误差修复；

其中，根据公式：，计算多路径误差模型修正后的载波双差验后残差。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据修正结果区分正常信号的网格区域和异常信号的网格区域，包括：

根据公式：，计算载波信号对应的多路径误差异常变化识别结果；

当满足三西格玛准则，代表该载波信号对应的多路径误差未发生显著改变，判定为正常信号的网格区域，否则判定为异常信号的网格区域。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时估计异常信号的网格区域内的多路径误差值，利用所述多路径误差值对所述异常信号的网格区域内的载波信号进行多路径误差修正，包括：

根据公式：，实时估计异常格网的多路径误差值，并利用该值对异常信号的网格区域内的每个载波信号进行多路径误差修正，其中/>为设计矩阵，/>表示双差方向矢量矩阵，/>表示单位矩阵，/>代表进行多路径误差估计的系数矩阵，代表位置增量矢量，为3/>1的矩阵；/>代表待估计的双差整周模糊度矩阵，/>代表待估计的多路径误差矩阵。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

基于每个网格对应的多路径误差修正值，对正常信号的网格区域内的每个载波信号进行多路径误差修正。

10.一种实现如权利要求1-9任一项所述的多路径误差修正方法的多路径误差修正装置，其特征在于，包括：

计算模块，其用于根据GNSS地表形变监测站静止状态下的坐标，计算所述GNSS地表形变监测站观测数据的载波相位验后残差值；

处理模块，其用于基于GNSS地表形变监测站可视空域划分的网格，对每个格网内的载波相位验后残差值进行处理，得到每个网格对应的多路径误差修正值；

分类模块，其用于根据所述每个网格对应的多路径误差修正值对每个时刻途径网格的卫星信号进行多路径误差修正，并根据修正结果区分正常信号的网格区域和异常信号的网格区域；

修正模块，其用于实时估计异常信号的网格区域内的多路径误差值，利用所述多路径误差值对所述异常信号的网格区域内的载波信号进行多路径误差修正。