北斗空间信号误差统计特征及描述方法研究

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北斗卫星导航系统(Bei Dou Navigation Satellite System,BDS)是我国自主研制的重要空间信息基础设施,也是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的主要成员之一,它可向用户提供导航定位、授时、测速和短报文通信等功能。无论是在军事还是民用方面,BDS都发挥着巨大的、无可替代的作用。随着BDS逐步从北斗二号过渡到北斗三号,其服务范围也从亚太地区扩展到全球。进入全球市场后,BDS将面临美国的全球定位系统(Global Positioning System,GPS)和俄罗斯的格洛纳斯(Global Navigation Satellite System,GLONASS)卫星导航系统的双重竞争与挑战,系统性能将成为衡量系统优劣的关键因素之一。卫星导航系统的性能指标包括:精度、完好性、连续性和可用性。其中,精度和完好性是导航系统的基础性能,连续性和可用性是建立在精度和完好性之上的扩展性能,它们能从多个方面反映系统的性能。因此,对于精度和完好性的研究无论是对其自身而言还是为之后研究连续性和可用性都具有十分重要的意义,本文围绕北斗空间信号精度和完好性,主要做了以下工作:(1)以事后精密星历为基准,在统一时空基准的条件下,提取了广播星历卫星轨道和卫星时钟的误差。利用均值、标准差和均方根等统计量对北斗中地球轨道卫星(Medium Earth Orbit,MEO),倾斜地球同步轨道卫星(Inclined Geosynchronous Orbit,IGSO)和地球同步轨道卫星(Geostationary Earth Orbit,GEO)的轨道及时钟精度进行分析。(2)从卫星机动和卫星太阳高度角变化两个方面分析影响轨道误差的因素,并分析了误差变化的周期性。重点对卫星机动和卫星太阳高度角变化造成的轨道误差变化特征,持续时间以及周期变化一致性等进行分析。(3)根据北斗双向时频传递方式导致轨道误差和卫星时钟误差相关性不显著的特点以及北斗轨道及时钟误差的统计特征,提出了区别于GPS的BDS空间信号误差(Signal-In-Space User Range Error,SISURE)描述方法,并利用相关性分析证明了所提出SISURE描述方法的正确性。(4)基于北斗SISURE描述方法,分析了SISURE的统计特征,并验证了北斗广播星历播发的用户测距精度(User Range Accuracy,URA)的不合理性。基于改进北斗SISURE描述方法,计算了能够满足各类卫星完好性要求的URA。
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