基于光线追踪的多路径分类与自适应卫星选择方法：用于提升对对流层参数的估算精度

《IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing》：Ray-Tracing-Based Multipath Classification and Adaptive Satellite Selection for Improved Tropospheric Estimation

　　

摘要：

准确估计天顶对流层延迟（ZTD）对于高精度GNSS定位和大气传感至关重要，但在密集的城市环境中，严重的多路径效应和非视距（NLOS）接收会引入依赖于几何条件的偏差，这些偏差会破坏精确点定位（PPP）的稳定性，并限制城市GNSS数据在对流层估计中的应用。传统的观测加权方法基于海拔高度或C/N0缺乏对周围环境的物理认知，在复杂的城市传播条件下表现不佳。本研究引入了一种基于光线追踪的PPP框架，该框架利用详细的三维城市模型明确模拟GNSS信号与城市结构的相互作用。对于每个卫星-接收器对，信号被分类为视距、反射、衍射、混合多路径或NLOS类型，并根据电磁反射和衍射系数在PPP处理过程中进行适应性加权或排除。使用真实城市GNSS数据的实验表明，未经处理的PPP方法会导致码误差达到50–100米，水平位置误差超过10米，ZTD估计的标准差为35.7米，偏差为10.85米。应用所提出的方法后，码误差和相位误差分别降至约2米和0.02米，水平定位精度达到亚米级别，ZTD的准确性提高了两个数量级以上，标准差为0.238米，偏差为-0.033米。这些结果表明，考虑几何条件的多路径建模对于可靠的城市对流层估计至关重要，并能够从密集、低成本的GNSS基础设施（包括智能手机）中获取高精度的ZTD值。