附有高程約束的中國區(qū)域定位系統(tǒng)定位精度分析

劉 成,杜曉輝,王 萌

(1.中國科學(xué)院國家天文臺(tái),北京100012;2.中國科學(xué)院研究生院,北京100190)

0 引 言

2002年,中國科學(xué)院的科研人員開始研發(fā)有別于GPS類衛(wèi)星定位系統(tǒng)的、創(chuàng)新的中國區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)CAPS[1-3]。CAPS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用C波段商用靜止軌道(GEO)通信衛(wèi)星和小傾角傾斜同步軌道(SIGSO)的通信衛(wèi)星組成轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),利用通信衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)功能,將地面原子鐘生成的時(shí)間信號(hào)和導(dǎo)航電文通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給用戶,實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位。

衛(wèi)星星座與布局是一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要基礎(chǔ),在很大程度上決定了系統(tǒng)的定位精度[4-5]。為補(bǔ)充和改善衛(wèi)星星座的分布,提高用戶的定位精度,CAPS系統(tǒng)創(chuàng)造了應(yīng)用氣壓測高輔助衛(wèi)星定位[6]的方法。在氣壓測高技術(shù)的輔助下,即使是衛(wèi)星導(dǎo)航星座全部采用赤道同步軌道(GEO)通信衛(wèi)星的CAPS-I期工程也實(shí)現(xiàn)了三維定位[1,9]。這樣,與發(fā)射專用導(dǎo)航衛(wèi)星的系統(tǒng)相比,建成CAPS系統(tǒng)資金投入較少,具有建設(shè)成本低、周期短和性能優(yōu)越等特點(diǎn)。然而,系統(tǒng)采用的氣壓測高,本身存在著誤差,也會(huì)給定位結(jié)果帶來誤差。因此,本文從觀測方程的解算方法出發(fā),分析了氣壓測高誤差對(duì)CAPS系統(tǒng)定位精度的影響,并通過仿真計(jì)算給出了兩者之間的量度關(guān)系,從而為氣壓測高技術(shù)下的實(shí)際定位工作提供了有意義的參考。

1 氣壓測高原理

氣壓測高方法,是利用地球大氣中氣壓隨高度變化的關(guān)系,在測量大氣壓的情況下獲得該處的地平高度。用戶接收到CAPS導(dǎo)航電文后,結(jié)合實(shí)測的氣壓和溫度值,即可求得該點(diǎn)高度值,進(jìn)入測量方程組進(jìn)行聯(lián)合解算,從而實(shí)現(xiàn)三維定位。……