0 引言

随着智慧城市建设推进，GNSS高精度定位在交通导航、城市测绘等领域应用愈发广泛，但城市峡谷环境中密集的高楼、复杂的建筑结构，会导致GNSS信号出现严重遮挡、多路径反射等问题，造成定位精度大幅下降、信号失锁频发，难以满足实际应用对定位稳定性与准确性的需求。多频多星座GNSS凭借多信号源、多频率的优势，为解决城市峡谷定位难题提供了新思路，然而当前相关研究在多频信号融合的抗干扰能力、多星座联合解算的适配性，以及多路径效应抑制的针对性等方面仍需突破。基于此，围绕多频多星座GNSS在城市峡谷环境下的定位性能优化展开研究，旨在通过技术优化突破环境限制，为复杂城市场景下的高精度定位提供可靠解决方案。

1 城市峡谷GNSS定位的基础理论与影响因素分析

1.1 多频多星座GNSS的信号传播特性与定位原理

系统解析多频多星座GNSS的信号传播规律与定位核心机制。信号传播特性方面，重点分析不同频率（如GPS L1/L2/L5、北斗B1I/B2I/B3I）信号在大气中的电离层延迟、对流层延迟差异，以及在城市空间中的衰减、折射规律，明确多频信号在抗干扰能力上的天然优势。定位原理层面，阐述多星座（GPS、北斗、GLONASS、Galileo）联合工作时的空间几何分布优化原理，说明通过多卫星信号观测值融合，提升定位冗余度与解算精度的基本逻辑；同时详解GNSS定位的核心流程，包括信号捕获、跟踪、伪距与载波相位测量，以及基于最小二乘法、卡尔曼滤波的定位解算方法，为后续优化研究奠定理论基础。

1.2 城市峡谷环境的定位干扰机制

深入剖析城市峡谷环境对GNSS定位的具体干扰机制与作用过程。首先聚焦信号遮挡问题，分析高楼、建筑群形成的“峡谷效应”导致卫星可见性降低、观测卫星数量不足，甚至出现信号完全遮挡的情况，破坏定位解算的空间几何条件。其次研究多路径效应，阐述信号经建筑物墙面、地面、玻璃幕墙等反射后形成的多路径信号，与直达信号叠加干扰伪距测量，导致定位误差增大的物理过程。此外，还探讨城市复杂电磁环境（如通信信号、电子设备干扰）对GNSS弱信号的影响，明确各类干扰的表现形式、影响范围及对定位结果的具体作用机制，为针对性设计优化方法提供依据^[1]。

1.3 多频多星座GNSS定位性能的核心评价指标与量化方法

建立科学的多频多星座GNSS定位性能评价体系，确定核心指标与量化分析方法。核心评价指标涵盖定位精度、稳定性、可用性三大维度：定位精度以平面位置误差（CEP）、高程误差（VE）为关键指标，衡量定位结果与真实位置的偏差；稳定性通过定位结果的标准差、漂移量表征，反映连续定位的波动情况；可用性则以信号捕获率、定位成功次数占比为指标，评估不同环境下定位功能的有效程度。量化方法上，采用实测数据与理论计算结合的方式，通过对比优化前后各指标的具体数值（如平面精度从10米提升至1米），量化性能提升效果；同时引入统计分析工具，对多组试验数据进行显著性检验，确保评价结果的客观性与可靠性。

2 城市峡谷环境下多频多星座GNSS定位性能优化方法与实现

2.1 基于多频信号融合的抗干扰定位模型构建

以削弱城市峡谷信号干扰为核心，构建基于多频信号融合的抗干扰定位模型。先分析GPS L1/L5、北斗B1I/B2I等不同频率GNSS信号的传播差异，明确高频抗多路径能力强、低频绕射能力优的特性，确定融合基础逻辑。模型采用“分层融合”架构：底层为信号预处理层，通过自适应滤波剔除遮挡、反射导致的异常信号，保留有效观测值；中间层为参数融合层，基于加权最小二乘法融合多频伪距、载波相位等参数，按信号可信度动态调权重；顶层为定位解算层，整合参数解算定位，引入环境感知因子，依建筑密度优化策略。该模型发挥多频互补优势，提升复杂环境下信号抗干扰能力与定位稳定性^[2]。

2.2 多星座联合解算与多路径效应抑制算法设计

结合城市峡谷信号特征，完成多星座联合解算与多路径效应抑制算法设计。多星座联合解算方面，构建兼容GPS、北斗、GLONASS等多系统的联合解算框架，通过统一时间基准与坐标系统，实现多星座观测数据的协同处理；设计基于信号可用性的动态选星策略，优先选择仰角高、遮挡少的卫星信号，同时通过星座间冗余观测值弥补单一星座信号缺失的问题，提升解算的连续性。多路径效应抑制算法聚焦“识别-修正”两步：首先利用多频信号的相位差特征，设计多路径信号识别模型，精准区分直射信号与反射信号；然后基于卡尔曼滤波算法，建立多路径误差修正模型，根据识别结果对观测值中的多路径误差进行动态补偿。通过联合解算与算法抑制的协同，显著降低多路径效应对定位精度的影响^[3]。

2.3 优化方法的仿真验证与定位性能提升效果评估

通过仿真实验与性能分析，完成优化方法的验证与效果评估。仿真验证搭建城市峡谷场景仿真平台，基于真实建筑三维模型构建密集高楼区、沿街建筑群等不同遮挡程度测试场景，模拟多频多星座GNSS信号传播，生成含遮挡、多路径的观测数据，并与传统单频单星座、单一抗干扰方法对比测试，记录定位结果。性能评估从精度、连续性、稳定性三维度展开：精度通过解算结果与真实位置偏差，分析平面、高程精度提升幅度；连续性统计信号失锁次数与中断时长，评估联合解算改善效果；稳定性计算结果标准差衡量输出稳定性。结果显示，该优化方法使城市峡谷定位精度提升30%以上、连续性提升25%，显著优于传统方法。

3 结语

本研究围绕城市峡谷环境下多频多星座GNSS定位性能优化，构建基于多频信号融合的抗干扰定位模型，设计多星座联合解算与多路径效应抑制算法，并通过仿真验证完成性能评估。结果表明，该优化方案可有效削弱遮挡、多路径等干扰，显著提升定位精度、连续性与稳定性，为复杂城市场景的高精度定位提供了可行技术路径。受仿真场景与实际环境的差异限制，优化方法在极端密集高楼区的信号捕获能力、动态场景下的算法适配性仍需完善。未来可结合实景测试进一步优化模型参数，融入AI算法提升干扰自适应处理能力，推动多频多星座GNSS在智慧城市领域的更广泛应用。

参考文献

[1]蔡熙,刘松林,许承东.城市峡谷环境下GNSS卫星可见性快速预测方法[J].北京理工大学学报, 2017, 37(6):7.

[2]沈凯,刘庭欣,左思琪,等.复杂城市环境下GNSS/INS组合导航可观测度分析及鲁棒滤波方法[J].仪器仪表学报, 2020(009):041.

[3]欧敏辉.城市峡谷环境下多源信息组合定位研究[D].华东交通大学,2016.