北斗二代卫星导航系统定位精度分析方法研究

时间：2025-05-11

北斗定位精度分析方法

第29卷第1期2009年1月

海　洋　测　绘

Vol129,No11

Jan.,2009

北斗二代卫星导航系统定位精度分析方法研究

范　龙,柴洪洲

(解放军信息工程大学测绘学院,河南郑州　450052)

　　摘要:卫星导航系统的定位精度主要受观测量的精度和卫星的空间几何分布两方面的影响,GPS等相同轨道分布的卫星导航系统一般采用几何精度因子(GDOP)来分析定位精度。我国的北斗二代卫星导航系统是由三类异质卫星组成的混合星座导航系统,不同轨道卫星定轨误差不同,用户所得到的观测量精度也不相同,因此精密定位精度计算和分析时必须要考虑这种差异。引入了加权几何精度因子(WGDOP),利用模拟观测数据对北斗二代卫星导航系统的定位精度进行了分析。外部检核计算结果表明,定位精度。

关键词:北斗二代卫星导航系统;定位精度;中图分类号:P228　　　文献标识码:B:(20025203

1　引　言

;二是所观测卫星的空间几何分布,通常称为卫星分布的几何图形。定位精度用公式可以表示为:

σA=σUERE×(1)DOP

式中,σUERE为等效测距误差;DOP为精度衰减因子,它反映了由于卫星几何关系的影响造成的伪距测量与用户位置误差间的比例系数,是对用户测距误差的放大程度。精度因子包括:水平精度因子(HDOP)、垂直精度因子(VDOP)、空间位置精度因子(PDOP)、钟差精度因子(TDOP)和能够全面反映以上几项的几何精度因子(GDOP)。利用GDOP对定位精度进行分析时通常认为各观测值之间是独立等精度的,即其权阵P=I。线性化的定位解算误差

[4]

方程式可表示为:

^-l(2)V=Aδx

^式中,δx为未知点坐标改正数的估值;l=L-AX0,其

中X0为未知点坐标初始值,未知点坐标的最小二乘

[3]

。当测距精度一定时,卫星的空间几何构形就成为影响系统定位精度的主要因素。对于目前几种全球卫星定位系统如GPS、GALILEO、GLONASS等通常都是在假设伪距观测值

独立且具有相同精度的前提下,利用几何精度因子分析定位精度。因为这些系统中的卫星都位于同一轨道高度上,所以可以认为每颗卫星具有相同的测距精度。我国的北斗二代卫星导航系统,是由位于不同轨道高度上的三种异质卫星组成的混合星座导航系统,它是为了满足国家安全和经济建设需要而建立的区域卫星导航系统,在局部范围内可以提供全天候高精度的定位、授时等服务。在分析北斗二代导航系统的定位精度时,由于不同轨道上的轨道误差会对卫星星历产生不同影响,从而导致不同轨道上的卫星测距精度也不相同。此时,若仍假设观测值具有相同的精度,直接利用几何精度因子进行分析就不能真实的反映定位精度。在考虑到不同轨道卫星测距精度差异的影响,本文引入加权几何精度因子对我国二代卫星导航系统的定位精度进行分析,通过在基准站上进行的外部检核,表明了该方法的有效性。

2　加权几何精度因子

^=X0+δx^的权逆阵为:^,X估值为X

QX^=(APA)

-1

=(AA)

T-1

(3)

)

(4)

　　从而GDOP的计算公式为:

GDOP=tr(QX^)=tr((AA)

-1

　　采用上述方法进行精度估计的前提是基于等精度观测,适用于GPS、GALILEO等卫星导航系统,因

为这些系统中的卫星类型相同且都分布在相同的轨道高度上,它们具有相同的测距误差。然而我国的北斗二代卫星导航系统是由分布在不同轨道高度的异质卫星组成的混合星座导航系统,不同轨道上的卫星具有不同的轨道误差,所以在分析该系统定位

定位的精度取决于两个方面:一是观测量的精

收稿日期:2008210222;修回日期:2008211211作者简介:范　龙(19842),男,河北平山人,硕士研究生,主要从事空间大地测量理论方法研究。

北斗定位精度分析方法

海　洋　测　绘第29卷

精度时,采用上述方法就不能真实的反映实际情况。

轨道误差包括定轨误差和外推误差两个部分,其中定轨误差是指通过一段时间地面监测站对卫星的观测,由计算中心解算得到的卫星运行轨道的解的误差;用户用于计算卫星位置的导航电文是依轨道解外推的拟合参数,这种推估的附加误差即是外推误差。由于以上两项误差的不同就导致了广播星历精度不等,从而造成了不同精度的距离观测[1]

量。对于地球同步轨道的GEO卫星来说,它这种相对地球静止的特性使定轨时卫星的钟差难以分离,加上GEO卫星受光压影响很大,相同条件下由GEO卫星星历误差引入的测距误差约为MEO卫星的两倍。MEO卫星测距误差约为±8m,GEO卫星

[5]

约为±11m。IGSO卫星在局部地区轨道测定精

[1]

度较GEO、MEO来说是最好的,GEO相同,所以受光压影响也较大,测距精度与MEO相同。

2222

取σIGSO=σM,,在观测值:

2σMEOIk1×k1

图1　不同高度截止角的GDOP变化

,由于可见

,所以加权几何精度因8～512之间变化;当把截30时,几何精度因子在218～512之间。通过比较发现北斗二代卫星导航系统在截止角增大时没有像GPS、GLONASS等全球系统那样产

[9]