3. 城市峡谷信号传播特性：多路径效应原理、非视距（NLOS）信号识别、信号衰减与遮挡模型
各位同学，咱们今天聊点实在的。城市峡谷环境，说白了就是高楼夹着的那条窄马路。你拿着手机导航，明明站在路口，地图却显示你在马路对面——这种体验，我猜大家都遇到过。
为什么会这样？因为信号在楼宇之间来回弹跳，就像台球桌上的球一样。我做了十几年GNSS定位，可以负责任地告诉你：城市峡谷里，你收到的信号十有八九不是直射过来的。这就是我们要讲的核心——多路径效应、NLOS识别、信号衰减与遮挡模型。
核心观点：城市峡谷中，80%以上的定位误差来源于多路径和NLOS。不是卫星不够多，是信号太“脏”。
3.1 多路径效应原理
多路径效应，说白了就是信号“走岔路”了。卫星信号本来应该直线到达接收机，结果撞到玻璃幕墙、广告牌、甚至对面楼的空调外机，反射一下再过来。
我习惯把多路径分成两类：
- 镜面反射：信号像照镜子一样，从光滑表面弹过来。能量损失小，但路径长度明显增加。
- 漫反射：信号撞到粗糙表面，散射成多个方向。能量分散，但每个方向都有微弱信号。
你想想看，接收机同时收到直射信号和反射信号，这两个信号到达时间不同，相位也不同。叠加在一起，伪距测量值就偏了。我在上海陆家嘴测试时，曾经测到过伪距误差超过150米的情况——就是因为多路径。
避坑指南：我曾经以为多路径只影响伪距，后来发现载波相位也受影响。高精度定位时，多路径会导致整周模糊度解算失败。所以，别小看它。
3.2 非视距（NLOS）信号识别
NLOS和非视距，这两个词经常被混用。但我个人习惯区分一下：
- 多路径：直射信号+反射信号同时存在
- NLOS：直射信号被完全遮挡，你收到的全是反射信号
NLOS信号有多坑？我举个例子。你在高楼下面走，头顶的卫星信号被楼顶挡住了，你只能收到从对面楼反射过来的信号。这个信号路径长度比实际距离多了几百米，算出来的位置自然就偏了。
怎么识别NLOS？我总结了几个实用方法：
- 信噪比（SNR）异常：NLOS信号通常比直射信号弱3-6dB。但注意，弱信号不一定是NLOS，也可能是遮挡。
- 伪距残差分析：如果某个卫星的伪距残差明显大于其他卫星，大概率是NLOS。
- 卫星仰角+环境建模：低仰角卫星更容易被遮挡。结合3D建筑模型，可以预测哪些卫星是NLOS。
注意：信噪比不是万能的。我在深圳华强北测试时，发现有些NLOS信号的信噪比反而比直射信号高——因为反射面是玻璃幕墙，反射效率极高。所以，别只看SNR。
3.3 信号衰减与遮挡模型
信号衰减，说白了就是信号“没劲儿了”。在城市峡谷里，信号穿过建筑物、树木、甚至人体都会衰减。我习惯把衰减分成两类：
- 自由空间衰减：信号随距离增加而减弱，这个好算，公式是固定的。
- 穿透衰减：信号穿过障碍物时的衰减。这个就复杂了，取决于材料、厚度、入射角。
遮挡模型，我推荐用射线追踪法。简单说，就是模拟信号从卫星到接收机的所有可能路径，看看哪些被挡住了，哪些能过来。
嗯，这里要注意：射线追踪法计算量很大。我在北京国贸做过测试，一个区域有1000多栋建筑，跑一次模型要半小时。所以实际应用中，我们通常用简化模型：
| 遮挡类型 | 典型衰减值 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 玻璃幕墙 | 2-5 dB | 商业区、写字楼 |
| 混凝土墙 | 10-20 dB | 住宅区、地下通道 |
| 树木 | 1-3 dB | 公园、林荫道 |
| 人体 | 3-6 dB | 手持设备、行人导航 |
这张表是我多年测试总结的，但别死记硬背。实际衰减值跟频率、入射角都有关系。L1频段和L5频段的穿透能力就不一样——L5更低频，穿透性更好，但带宽更宽，多路径抑制能力也更强。
个人经验：我建议你在做城市峡谷定位时，优先使用L5信号。虽然L5卫星还不多，但它的抗多路径能力确实比L1强。我在广州天河城测试过，L5的定位精度比L1提高了约30%。
3.4 知识体系框架
为了让大家更直观地理解本章内容，我画了一张图。这张图展示了城市峡谷信号传播特性的核心逻辑：
这张图把本章的三个核心内容串起来了。多路径效应是根源，NLOS识别是手段，衰减与遮挡模型是补偿依据。三者缺一不可。
总结一下：城市峡谷的信号传播，本质上是一个“信号污染”问题。多路径让信号变“脏”，NLOS让信号变“假”，衰减让信号变“弱”。我们要做的，就是把这些“脏、假、弱”的信号处理干净，才能得到准确的定位结果。
好了，这一章就到这里。下一章我们会讲具体的多路径抑制算法——嗯，到时候我会分享一些实测数据和代码，你们可以自己跑跑看。
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