四大全球卫星导航系统服务性能的初步分析（挪威方向）

转自知乎问题 https://www.zhihu.com/question/355902066 下 我们的太空 的回答

问题描述：

是一个课上项目，假设只选用一个系统来完成定位和测速，不是民用常见的多系统联合使用。

我目前的猜想，对挪威地区最重要的是geometric dilution of precision(GDOP，几何稀释值)，也就是在高纬度地区能不能找到分布分散的至少4星。图来自北斗官网，能比较直观的表现中国地区增强系统。我没有找到其他系统的对应图片。

非常欢迎更多观点和资料补充，谢谢参与回答的各位

补充：

这是北斗最近的报告，可以看出北欧的覆盖比想象要好。欢迎提供更多其他系统的资料。

​回答原文如下：

作者：我们的太空链接：https://www.zhihu.com/question/355902066/answer/895714401来源：知乎著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

四大全球卫星导航系统服务性能的初步分析（挪威方向）

首先，科普一下，卫星导航系统精度与哪些因素相关

卫星导航系统的定位精度主要由两方面因素决定，一是位置精度衰减因子（PDOP），主要取决于星座的覆盖特性，一般来说，用户可观测到的卫星数越多，与用户的几何构型越好，PDOP值就更优。目前，世界四大全球卫星导航系统，PDOP全球均值一般为2左右。二是用户等效测距误差（UERE），该误差是由空间段卫星轨道钟差、传输环境段的电离层和对流层误差、用户段接收机噪声和多径误差等三部分误差项共同组成。目前，四大系统UERE一般为2.0米（95%）左右。PDOP与UERE两者的乘积即为系统定位精度。

目前， 美国GPS系统和俄罗斯GLONASS系统均已满星座运行，实现全球覆盖，为全球用户提供服务；我国北斗卫星导航系统2018年底完成基本系统建设并开通全球服务 2020年底将完成30颗卫星全星座组网（24MEO+3IGSO+3GEO）部署；欧洲Galileo系统由30颗MEO卫星组成，2016年提供初始运行服务，计划在2020年实现全面运行能力。

综上，全球四大卫星导航系统都已具备全球覆盖能力，用户测距误差相当，在PDOP上的差异也较小，无论是在挪威，还是在世界任何其他地方，都能够保证用户能够看到足够数目的卫星，四个卫星导航系统性能基本相当。

让我们用仿真数据来做分析

基于全球四大系统的星座性能参数、星座构型，来仿真分析四大系统在挪威的PDOP值和可见卫星数结果。

值得注意的是，在挪威等高纬度地区，由于俄GLONASS星座设计时，轨道倾角大于其他三大GNSS，较多考虑了对包括其国土在内的高纬度地区的覆盖，因此相对而言GLONASS系统在高纬度地区PDOP比低纬度地区略优。

（2）GNSS星座构型

图1 GPS星座构型（6个轨道面，长期有漂移）图2北斗MEO星座构型（3个轨道面）

图3 GLONASS星座构型（3个轨道面）

图4 Galileo星座构型（3个轨道面）

（3）分析结果

对挪威地区的PDOP和卫星可见性进行了仿真。（仿真条件：仿真步长60s，时间1天，高度角≥5°）

各GNSS PDOP值覆盖情况分别如下图所示。图5 GPS星座全球PDOP值覆盖图图6北斗星座（24MEO+3GEO+3IGSO）全球PDOP值覆盖图图7 GLONASS星座全球PDOP值覆盖图图8Galileo星座全球PDOP值覆盖图

2、各GNSS 可见卫星平均数目分别如下图所示。

图9奥斯陆GPS卫星可见性最大值随时间变化图10奥斯陆北斗卫星可见性最大值随时间变化图11奥斯陆GLONASS卫星可见性最大值随时间变化图12奥斯陆Galileo卫星可见性最大值随时间变化

通过上述分析，各系统星座在挪威首都奥斯陆的PDOP值和卫星可见数目见表2。

可以看到，各GNSS在挪威地区的PDOP值接近，约为1.5；各GNSS在挪威地区的卫星可见数目接近，范围为8~11。

3、让我们再用实测结果来说话

利用国际GNSS服务组织（IGS）全球监测网、亚太空间合作组织（APSCO）站点以及国际GNSS监测评估系统的观测数据，分别进行了北斗B1I、B2a频点、GPS L1频点、GLONASS G1频点和GALILEO E1频点标准定位解算。

3.1欧洲附近实测数据结果

欧洲附近站点标准定位解算结果如下图所示。

图 13欧洲附近站水平定位精度（m，95%）图 14欧洲附近站垂直定位精度（m，95%）

从图中可以看出，各大系统在欧洲附近水平定位精度相当处于2m左右，垂直精度处于4m内。

注：GLONASS系统精度低的原因可能是系统接收机未精确校准通道时延差。GANP（斯洛伐克）、PANDO（意大利）、BRCH）（德国）。

3.2亚太地区附近实测数据结果

亚太地区标准定位解算结果如下图所示。

图 15亚太地区水平定位精度（m，95%）图 16亚太地区垂直定位精度（m，95%）

从图中可以看出，北斗系统在亚太地区精度略好于其他系统，北斗水平定位精度处于1~2m，GPS和GALILEO系统处于2~3m;北斗垂直定位精度处于3m~4m左右，GPS和GALILEO系统处于4~6m。

注：BJF1（北京），LHA1（拉萨），KUN1（昆明），KNDY（斯里兰卡），CSRS（泰国），MULT（巴基斯坦），DWIN（达尔文），PETH（珀斯）。

4、小结

本报告介绍了卫星导航性能相关因素（PDOP和UERE），并用仿真结果和IGS、APSCO和iGMAS站的实际数据结果进行了验证，进而我们可以得出各GNSS在全球（亚太地区以外）定位精度相当，亚太地区北斗系统定位精度优于其余卫星导航系统，具体而言：

各GNSS在挪威地区的PDOP值接近，约为1.5；各GNSS在挪威地区的卫星可见数目接近，约为8~11；各GNSS在欧洲附近的定位精度相当，水平定位精度相当处于2m左右，垂直精度处于4m内；北斗系统在亚太地区精度略好于其他系统，北斗水平定位精度处于1~2m，GPS和GALILEO系统处于2~3m;北斗垂直定位精度处于3m~4m左右，GPS和GALILEO系统处于4~6m。

注：GLONASS系统精度低的原因可能是系统接收机未精确校准通道时延差。

附件1：

解答人：卢鋆

卢鋆：通信与信息系统专业博士，北京跟踪与通信技术研究所高级工程师，国家北斗重大专项地面试验验证系统副总设计师、国际合作专家组副组长，长期从事北斗系统总体设计、北斗国际兼容互操作协调、系统试验验证等工作。是“我们的太空”-北斗专业方向的专家。