北斗GEO 衛星失效對單歷元基線解算的影響

張中成

（湖南有色測繪院有限公司，湖南 長沙410129）

圖1 CUTB 站GEO 衛星信噪比隨高度角的變化：(a)C01; (b)C02; (c)C03; (d)C04; (e)C05

圖2 JTHJ 站GEO 衛星信噪比隨高度角的變化：(a)C01; (b)C02; (c)C03; (d)C04; (e)C05

通過刪除GEO 衛星模擬其失效，具體設計方案如下：

方案A：觀測時段內所有可見的共視衛星均參與定位；

方案B：在前面方案上再剔除一顆高度角最大的GEO 衛星，即CUTB 站和JTJH 站均刪除C03；

方案C：在前面方案上再剔除一顆高度角最大的GEO 衛星，即CUTB 站刪除C01,JTJH 站刪除C02；

方案D：在前面方案上再剔除一顆高度角最大的GEO 衛星，即CUTB 站刪除C02,JTJH 站刪除C01；

方案E：在前面方案上再剔除一顆高度角最大的GEO 衛星，即CUTB 站和JTJH 站均刪除C04；

方案F：在前面方案上再剔除一顆高度角最大的GEO 衛星，即CUTB 站和JTJH 站均刪除C05。

2.1 模糊度解算結果分析

對4.2 m 的基線和1.13 km 基線采用上述BDS 數學模型進行單歷元模糊度固定解算，

兩條基線在不同的方案中模糊度固定率如表1 所示。

由表1 可知，與方案A 相比，方案B、C 和D 中C03、C02、C01 失效后，其有效歷元數仍等于總歷元數，模糊度固定率與方案A 相當，說明有3 顆GEO 衛星失效對模糊度固定率影響不大；而采用方案五和方案六時，其有效歷元數低于總歷元，說明當GEO 衛星失效數目達到4 顆或5 顆時，部分歷元無法達到定位要求的衛星數目，且模糊度固定率下降。綜上所述，隨著GEO衛星失效數目的增多，部分歷元無法達到定位要求，且模糊度固定率下降。

2.2 定位精度分析

文中根據整周模糊度固定正確的歷元的定位結果，與真實值做對比獲取基線在NEU 三方向的定位結果，如圖3、圖4 和圖5 所示。

由圖3、圖4 和圖5 所知：

a.BDS 單歷元基線解算的定位精度與參與定位的GEO 衛星數目有關，當GEO 衛星數目固定時，定位誤差波動較小；U 分量誤差明顯高于N、E 分量，N 分量誤差高于E 分量，符合北斗二代系統的實際服務性能。

b.相比方案A，方案B、C、D、E、F 這幾種高度角較大的C01、C02、C03、C04、C05 失效，其誤差均變差，特別是有4 顆以上GEO 衛星失效時，定位誤差變化比較明顯，這是因為部分歷元無法達到定位要求，而且能完成定位的歷元時間不連續，說明受到了衛星升降的影響。在方案D、E 中繼續刪除C04、C05 時，E 方向誤差要弱于N 方向。

c.在方案B～D 中，小于3 顆GEO 衛星失效，N 跟E 方向定位精度優于mm 級、U 方向定位精度優于cm 級；由方案D、E 可知，當4 顆GEO 衛星或全部GEO 衛星都失效時，雖然部分歷元無法達到定位要求，但是各個方向依然可以獲取cm 級的定位精度。

3 結論

相比其他GNSS 系統，由于北斗系統中增加了GEO 這個類型的衛星，不僅增加了衛星可見數量，而且由于GEO 衛星的軌道較高，在遮擋比較嚴重的環境中，更加有利于定位保證精度。

文中采用實測數據，分析了GEO 衛星失效北斗單歷元基線定位結果的影響。數據結果得到：a.GEO 衛星可見性較好，兩地區均可可視5 顆GEO 衛星，且高度角變化較小，大約4°；b.1～3 顆GEO 衛星失效，對于模糊度固定率的影響很小，與5 顆GEO 衛星全部參與解算相當；雖然定位精度有所降低，但N、E方向定位精度能達到mm 級、U 方向定位精度能達到cm 級；c.4顆GEO 衛星或全部GEO 衛星都失效時，使得部分歷元無法達到定位要求，模糊度固定率下降較大，但N、E、U 方向的定位精度可以達到cm 級。總之，隨著GEO 衛星失效數量的增加，模糊度固定率和定位精度變低。

表1 不同方案下模糊度固定率

圖3 4.2 m 的基線在N、E、U 方向上的定位誤差

圖4 1.13 km 的基線在N、E、U 方向上的定位誤差

圖5 兩條基線在N、E、U 方向上的內符合精度