基于Adam梯度下降的GNSS载波多路径建模方法

刘程毅; 王凯; 陈雷; 彭盼; 胡志刚

doi:10.13203/j.whugis20230171

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基于Adam梯度下降的GNSS载波多路径建模方法

大地测量学与测量工程 | 更新时间：2026-11-05

- 基于Adam梯度下降的GNSS载波多路径建模方法
- GNSS Carrier Phase Multipath Modeling Based on Adam Gradient Descent Algorithm
- 武汉大学学报（信息科学版） 2025年50卷第12期页码：2460-2471
- 作者机构：
  
  1.武汉大学卫星导航定位技术研究中心，湖北武汉，430079
  2.国家卫星定位系统工程技术研究中心，湖北武汉，430079
  3.北京跟踪与通信技术研究所，北京，100094
  4.智慧地球重点实验室，北京，100094
  5.武汉中地云申科技有限公司，湖北武汉，430073
- 作者简介：
  
  刘程毅，硕士，主要从事北斗系统精密定位技术研究。 chengyiliu@whu.edu.cn
  胡志刚，博士，教授。 Zhigang.hu@whu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(42030109)
- DOI：10.13203/j.whugis20230171
  中图分类号： P228.4
- 收稿：2024-10-11，
  
  纸质出版：2025-12-05
- 稿件说明：
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刘程毅,王凯,陈雷，等.基于Adam梯度下降的GNSS载波多路径建模方法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(12):2460-2471.

LIU Chengyi,WANG Kai,CHEN Lei,et al.GNSS Carrier Phase Multipath Modeling Based on Adam Gradient Descent Algorithm[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(12):2460-2471.
刘程毅,王凯,陈雷，等.基于Adam梯度下降的GNSS载波多路径建模方法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(12):2460-2471. DOI：10.13203/j.whugis20230171

LIU Chengyi,WANG Kai,CHEN Lei,et al.GNSS Carrier Phase Multipath Modeling Based on Adam Gradient Descent Algorithm[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(12):2460-2471. DOI：10.13203/j.whugis20230171

摘要

基于空间域网格多路径建模方法可显著消除多路径误差对全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）精密定位的影响，但在求解网格参数时往往存在约束条件与其先验方差不相符的问题，且测站环境越复杂，其网格分辨率要求越高，造成求解参数数量呈指数增长，解算效率将显著下降。针对静态测站多路径的空间分布特性，提出了一种基于改进自适应矩估计（adaptive moment estimation，Adam）梯度下降的GNSS网格多路径建模方法，无需对网格参数进行先验约束，可大幅缩短高空间分辨率模型的计算时间，提升建模效率。复杂环境多路径实验结果表明，将空间格网分辨率从2°提升到0.05°，解算参数陡增1 556倍，但其计算耗时仅增加了0.27倍；多路径拟合精度从73.93%提升至82.89%；平面和高程定位精度分别从71.6%、72.4%提高到80.9%、82.0%。全球定位系统L1和北斗卫星导航系统B1C互操作信号多路径实验结果表明，同频率信号多路径在空间分布上具有一致性，对复杂环境下利用互操作信号联合进行多路径高精度建模具有参考意义。

Abstract

Objectives

This paper aims to address two issues in the construction of a carrier phase multipath grid model. First

it focuses on resolving the problem of mismatch between constraint conditions and their prior variances during the process of solving grid parameters. Second

it tackles the escalating demand for higher grid resolution as the complexity of the site environment increases. This escalating demand leads to an exponential growth in the number of solving parameters

resulting in a significant decrease in solving efficiency.

Methods

A multipath modeling method of global navigation satellite system grid based on improved adaptive moment estimation (Adam) gradient descent is proposed to address the spatial distribution characteristics of static station multipath. The proposed method does not need prior constraints on grid parameters

and can significantly shorten the calculation time of high spatial resolution models and improve modeling efficiency.

Results

The results of multipath experiments in complex environments indicate that by increasing the spatial grid resolution from 2° to 0.05°

the calculation parameters increase sharply by 1 556 times

but the calculation time only increase by 0.27 times. The multipath fitting accuracy improves from 73.93% to 82.89% and the horizontal and vertical positioning accuracies increase from 71.6% to 80.9% and from 72.4% to 82.0%

respectiveiy. The experimental results of GPS L1 and BDS B1C interoperability signal multipath show that the same frequency signal multipath has consistent spatial distribution characteristics

and can be applied to joint multipath modeling of interoperability signals.

Conclusions

This method can significantly improve the efficiency of high-resolution grid based multipath modeling and can be effectively used for high-precision carrier phase multipath modeling in complex observation environments.

关键词

Keywords

references

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