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

500

补充:

500

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。

500500

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

500500图1 GPS星座构型(6个轨道面,长期有漂移)500500图2北斗MEO星座构型(3个轨道面)

500500图3 GLONASS星座构型(3个轨道面)

500500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。500500图5 GPS星座全球PDOP值覆盖图500500图6北斗星座(24MEO+3GEO+3IGSO)全球PDOP值覆盖图500500图7 GLONASS星座全球PDOP值覆盖图500500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。

500500图9奥斯陆GPS卫星可见性最大值随时间变化500500图10奥斯陆北斗卫星可见性最大值随时间变化500500图11奥斯陆GLONASS卫星可见性最大值随时间变化500500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。

500500

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。

500500图 13欧洲附近站水平定位精度(m,95%)500500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。

500500图 15亚太地区水平定位精度(m,95%)500500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:

500500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。

最近更新的专栏

全部专栏