導(dǎo)航學(xué) 第4章 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)1

1、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)按照三步走的總體規(guī)劃分步實(shí)施：第一步，1994年啟動北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)，2000年形成區(qū)域有源服務(wù)能力；第二步，2004年啟動北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，2012年形成區(qū)域無源服務(wù)能力；第三步，2020年北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)形成全球無源服務(wù)能力。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展路線圖 信號特征 工作頻段 B1: 1559.0521591.788MHz B2: 1166.221217.37MHz B3: 1250.6181286.423MHz時(shí)間星座 信號（實(shí)際發(fā)射）2012年5GEO+5IGSO+4MEO區(qū)域服務(wù)2020年5GEO+3IGSO+27MEO全球服務(wù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航

2、系統(tǒng)概述信號特征 服務(wù)信號：區(qū)域服務(wù)信號信號中心頻點(diǎn)(MHz)碼速率(cps)帶寬(MHz)調(diào)制方式服務(wù)類型B1(I)1561.0982.0464.092QPSK開放B1(Q)2.046授權(quán)B2(I)1207.142.04624QPSK開放B2(Q)10.23授權(quán)B31268.5210.2324QPSK授權(quán)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述時(shí)間系統(tǒng)：北斗時(shí)（BDT）溯源到協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC（NTSC），與UTC的時(shí)間偏差小于100納秒。BDT的起算歷元時(shí)間是2006年1月1日零時(shí)零分零秒（UTC）。BDT與GPS時(shí)和Galileo時(shí)的互操作在北斗設(shè)計(jì)時(shí)間系統(tǒng)時(shí)已經(jīng)考慮，BDT 與GPS時(shí)和Galileo時(shí)的時(shí)

3、差將會被監(jiān)測和發(fā)播。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述坐標(biāo)系統(tǒng)： 北斗系統(tǒng)采用中國2000大地坐標(biāo)系（CGS2000）。 CGS2000與國際地球參考框架ITRF的一致性約為5個(gè)厘米 。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述服務(wù)和性能： 全球服務(wù) 開放服務(wù)：定位精度: 10 m測速精度: 0.2 m/s授時(shí)精度: 20 ns 授權(quán)服務(wù) 區(qū)域服務(wù) 廣域差分服務(wù)定位精度: 1 m 短報(bào)文通信服務(wù)COMPASS精密動態(tài)定位4.1系統(tǒng)參數(shù)/系統(tǒng)GPS（MEO）COMPASSMEOGEOIGSO衛(wèi)星數(shù)目21+32753軌道面數(shù)6353軌道傾角555500.956升交點(diǎn)赤經(jīng)(/)0,60,120,180,240,30

4、0,150,30,-9050, 80, 110, 140, 170115, 235, 355運(yùn)行周期11h58min11h15min24h24h衛(wèi)星鐘類型銣鐘、銫鐘銫鐘銫鐘銫鐘北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)COMPASS/GPS星座參數(shù)COMPASS精密動態(tài)定位4.1北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)圖2012年9月10日北斗衛(wèi)星全球可見情況(截止高度角5)COMPASS精密動態(tài)定位4.1北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)圖北斗衛(wèi)星星下點(diǎn)軌跡圖 其中，GEO衛(wèi)星用青色的點(diǎn)標(biāo)出，IGSO的軌跡為黃色，MEO的軌跡用紅色表示。截止2012年9月10日，有4顆GEO衛(wèi)星，分別為北斗1、3、4、5號衛(wèi)星；5顆IGSO衛(wèi)星

5、，分別為北斗6、7、8、9、10號衛(wèi)星；2顆MEO衛(wèi)星，分別為北斗11、12號衛(wèi)星。北斗衛(wèi)星信噪比分析 （a）北斗1號衛(wèi)星（GEO） （b）北斗3號衛(wèi)星（GEO）（c）北斗4號衛(wèi)星（GEO）（d）北斗5號衛(wèi)星（GEO） （f）北斗6號衛(wèi)星（IGSO） （g）北斗7號衛(wèi)星（IGSO）（h）北斗8號衛(wèi)星（IGSO） （i）北斗9號衛(wèi)星（IGSO） （j）北斗10號衛(wèi)星（IGSO） （k）北斗11號衛(wèi)星（MEO） （m）北斗12號衛(wèi)星（MEO）與衛(wèi)星有關(guān)的誤差衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星鐘差相對論效應(yīng)與信號傳播有關(guān)的誤差對流層誤差電離層誤差多路徑效應(yīng)與接收機(jī)有關(guān)的誤差接收機(jī)鐘差（不同GNSS系統(tǒng)間偏差）天線相位

6、中心偏差（絕對改正與相對改正模型）COMPASS精密動態(tài)定位COMPASS動態(tài)定位的基本模型衛(wèi)星導(dǎo)航中的主要誤差源及其處理COMPASS模糊度動態(tài)解算函數(shù)模型非差線性組合單差、雙差、三差等隨機(jī)模型等方差、高度角定權(quán)等LAMBDA方法整數(shù)變換和整數(shù)最小二乘估計(jì)Ratio值檢驗(yàn)COMPASS精密動態(tài)定位4.1圖 實(shí)驗(yàn)車及車載設(shè)備廠家型號性能指標(biāo)數(shù)量用途GNSS接收機(jī)和芯星通公司，UB240R型雙頻雙系統(tǒng)（BD/GPS）31臺做基準(zhǔn)站，2臺安置在車前和車后，采樣率1hzSPAN-SE組合測量系統(tǒng)NovAtel公司，INS型號SPAN FSAS見下面INS性能指標(biāo)表1套慣導(dǎo)數(shù)據(jù)采集，采樣率200hz里

7、程計(jì)德國SICK公司分辨率2mm1INS性能指標(biāo)參數(shù)陀螺漂移0.75deg/hr陀螺隨機(jī)游走0.1deg/sqrt（hr）加速度計(jì)偏置1mgal實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)據(jù)處理軟件和結(jié)果評價(jià)方式標(biāo)準(zhǔn)差STD計(jì)算均方根RMS計(jì)算某一歷元參數(shù)估計(jì)誤差值某一歷元兩個(gè)結(jié)果的較差自研制軟件MkinIE軟件實(shí)驗(yàn)一：開闊環(huán)境時(shí)間：2011年12月30日GPS秒459935.0 463747.0共3812s地點(diǎn)：武漢市江夏區(qū)新開發(fā)的小區(qū)外圍。流動站與基站之間的最遠(yuǎn)距離：3.4km。觀測到的衛(wèi)星類型：GEO/IGSO，無MEO衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)一測試軌跡實(shí)驗(yàn)一速度曲線COMPASS精密動態(tài)定位4.1開闊環(huán)境下COMPASS結(jié)果分析單獨(dú)C

8、OMPASS與單獨(dú)GPS精密動態(tài)相對定位結(jié)果相互比較實(shí)驗(yàn)一觀測時(shí)段流動站的COMPASS和GPS觀測衛(wèi)星數(shù)和GDOP分布實(shí)驗(yàn)一COMPASS單獨(dú)定位與GPS單獨(dú)定位結(jié)果互差Position Diff. STD(米)相對定位模糊度固定成功率NorthEastHeightCOMPASS vs GPS100%0.0040.0020.009開闊環(huán)境下COMPASS動態(tài)定位精度與GPS相當(dāng)。實(shí)驗(yàn)二、三：復(fù)雜城區(qū)環(huán)境地點(diǎn)：武漢市八一路延長線至東湖風(fēng)景區(qū)外圍時(shí)間：分別為2012年9月5日（GPS秒293408297251）和2012年9月10日（GPS秒114527116828）。兩者區(qū)別是實(shí)驗(yàn)三車上安裝了

9、里程計(jì)。觀測到的衛(wèi)星類型：GEO/IGSO/MEO COMPASS精密動態(tài)定位4.1單獨(dú)COMPASS與單獨(dú)GPS精密動態(tài)相對定位結(jié)果相互比較(STD)（左）COMPASS （右）GPS實(shí)驗(yàn)二 單獨(dú)COMPASS和單獨(dú)GPS定位位置估計(jì)精度（STD）2. 城區(qū)復(fù)雜環(huán)境下的COMPASS結(jié)果分析序號起始時(shí)間終止時(shí)間對應(yīng)GPS時(shí)間（GPS秒）模糊度固定成功率分段依據(jù)RMSENU109:46:3109:48:3629439129451692%衛(wèi)星數(shù)略有減少，開始出現(xiàn)浮點(diǎn)解0.0310.0010.032209:49:2509:50:0829456529460818%衛(wèi)星遮擋較嚴(yán)重，多為浮點(diǎn)解0.3370.3382.591309:52:2209:55:1029474229491015%同20.4850.6171.289410:07:0010:17:542956202962740基本無衛(wèi)星信號，有斷續(xù)偽距解1.8102.6791.909510:20:0910:20:1929640929641912%同20.6540.4903.339610:23:0810:27:162965882968360同48.95014.3072.172