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第41卷第6期 全球定位系统 V01．41，No．6 2016年12月 GNSSWorldofChina BDS区域系统定位性能及星座冗余性仿真分析 侯光华，韦武刚，顾超，袁辉 (61773部队，乌鲁木齐831400) 摘 要：本文首先对北斗区域系统在一般服务区、重点服务区和主要战略方向的定位性 能进行了分析和仿真；然后分别针对GEO卫星、IGSO卫星和MEO卫星出现失效卫星时的情 况，分析了北斗区域系统定位性能的变化，结果表明，北斗区域系统在服务区内的定位性能达 到设计指标，区域星座具有良好的冗余备份性，任意2颗卫星发生故障都不会对定位性能造成 明显影响，不同类型卫星对系统性能影响不同，GEO卫星和IGSO卫星对系统影响较大，而 MEO卫星对系统影响较小。因此在后续全球卫星星座布设时，要充分考虑GEO卫星的在轨 冗余性、IGS0卫星对提高高纬度地区覆盖性能的重要性以及ME0卫星对扩展全球系统性能 的重要性。 关键词：北斗卫星导航系统；导航星座；定位性能；冗余完好性；卫星失效 中图分类号：P228．4文献标志码：A O引言 1导航卫星星座的空间几何分布 北斗卫星导航系统(BDS)是中国自主研制、独 卫星导航系统的定位精度取决于两个方面：一 立运行的卫星导航系统，与美国的全球定位系统 是观测量的精度；二是所观测卫星的空间几何分 (GPS)、俄罗斯的全球导航卫星系统(Glonass)以布，通常称为卫星分布的几何构形。当观测量精度 及欧盟的伽利略卫星导航系统(Galileo)并列为全一定时，卫星星座的空间几何构形就成为影响系统 球四大导航定位系统。BDS可在全球范围内全天 定位精度的主要因素。当参与定位的卫星分布在 候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、 相同的轨道高度上且卫星类型相同时(比如GPS、 测速、授时服务，并兼具短报文通信能力。系统于 2012年12月27日完成区域阶段部署，可为亚太的观测量精度相同，这时只需要考虑定位星座的空 大部分地区提供公开服务，截止到2012年底，在轨 间几何分布，选取最优的定位星座，即可获得较小 的GDOP值，进而得到较高的定位精度。当定位 工作卫星有5颗地球静止轨道(GEO)卫星、4颗中 圆地球轨道(ME0)卫星和5颗倾斜地球同步轨道星座由分布在不同轨道高度上的异质卫星组成时 (IGS0)卫星uJ。 (比如BDS)，由于不同轨道上的卫星具有不同的 定位性能是卫星导航系统的核心指标之一，关 轨道误差，每个卫星的观测量的精度就会有所不 系到系统应用的深度和广度。本文基于BDS区域 同。此时可以引入加权几何精度因子，根据不同卫 星座方案建立空间仿真模型，从几何精度因子、可 星的不同测距误差，对观测值赋以相应的权值，从 见卫星数目和定位精度三个方面对服务区域内的 而可以更加客观地评估定位精度。 定位性能进行分析。同时研究在区域星座中出现 1．1 GDoP的定义和几何意义 失效卫星时的定位性能，为后续全球系统的星座布 根据接收到卫星测距值列出的方程组，并对方 设和性能优化进行有益探索，提供参考数据。 程组进行线性化，得出伪距误差的线性化方程可表 示为 收稿日期：2016一06一01 联系人：侯光华E—mail：hgh0902@163．com 12 全球定位 系 统 第41卷 △p—日·P·△工， (1) 时卫星的钟差难以分离，加上GE0卫星受光压影 式中：△x