北斗衛星導航系統民用單頻定位性能分析

2014-08-21 08:58:28申俊飛何海波

全球定位系統 2014年2期

申俊飛，鄭沖，何海波，張鋒

(北京衛星導航中心，北京 100094)

0 引言

衛星導航系統可提供高精度、全天候、全天時的導航定位服務，已成為國家安全和經濟發展不可或缺的信息基礎設施。北斗衛星導航系統是我國自主發展、獨立運行的衛星導航系統[1,2]，由5顆GEO衛星、5顆IGSO衛星和4顆MEO衛星組成，于2012年12月27日正式開通，為亞太地區用戶提供導航定位服務。

國內許多學者對北斗衛星導航系統基本星座(3GEO+3IGSO)、區域(5GEO+5IGSO+4MEO)和全球星座條件下中國不同地區的DOP值、覆蓋區域和定位精度等性能進行了仿真分析[3-11]；以及對GNSS系統中的星座構形貢獻和定位性能也進行了融合仿真研究。基于我國內陸均勻分布的9個試驗點的B1I民用頻點實測數據，對PDOP值、可見衛星數進行統計分析，同時對定位精度及可用性和連續性進行評估，為北斗系統在各行業的應用推廣提供參考。

1 評估方法

針對北斗導航接收機在各地區采集的B1I觀測數據，對各地區PDOP值、定位精度、可用性、連續性等進行統計。DOP值統計參考部分文獻[12]和[13]，這里僅對定位精度及可用性和連續性進行說明。

1.1 定位精度

定位精度指系統服務提供給用戶的位置與用戶實際位置之差(包含水平定位精度、高程定位精度)，取定位誤差的95%，具體統計方法如下。

1.2 可用性[14,16]

主要考核系統能為用戶提供滿足定位精度需求的時間百分比。定位精度可用性按照下式計算

(1)

式中：tstart和tend分別為一組測試數據的起始和結束歷元時刻；inc為數據采樣間隔；T為固定的歷元時間間隔，通常為1 s；如果當前歷元t的定位精度滿足對應要求(水平定位精度≤15 m，高程定位精度≤15 m)，則Bool(t)=1,否則Bool(t)=0.

測試中，采集了不同時段、不同地點的定位測試數據m組，每組數據對應的歷元數分別為n1,n2,…，nm，每組數據計算的可用性分別為P1,P2,…，Pm.利用m數據統計系統定位精度的可用性為

(2)

1.3 連續性[15-16]

主要考核在規定的時間Top內按照規定的定位精度要求完成其功能的概率。定位精度的連續性按照下式計算：

(3)

測試中，采集了不同時段、不同地點的定位測試數據m組，每組數據對應的歷元數分別為n1,n2,…nm，每組數據計算的連續性概率分別為P1,P2,…，Pm，利用組測試數據統計系統定位精度的連續性為

(4)

2 試驗評估分析

2.1 試驗情況

在北京、三亞、汕頭、拉薩、寧波、成都、烏魯木齊、哈爾濱、青島等九個地區同步開展了靜態定位試驗，如圖1所示。試驗設備為北斗B1I導航接收機，架設在開闊空曠的已知點上。觀測時間為2012年12月1日至12月8日，接收機衛星截止高度角為5°，數據采樣間隔1 s，記錄接收機所有歷元定位結果及原始觀測數據信息。