双频多星座背景下的北斗星基增强误差分析研究

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星基增强系统通过向用户播发改正数信息与完好性信息,实现了对卫星导航系统服务精度与完好性性能的提升。为了进一步提升服务性能,星基增强系统正逐渐从单频单系统发展为双频多系统(DFMC SBAS)。目前星基增强兼容互操作工作组已制定了DFMC SBAS的定义文档与接口控制文档。在各SBAS系统改造升级的同时,有必要对DFMC SBAS背景下增强系统的各种误差进行分析。相比目前的单频星基增强系统,DFMC SBAS使用双频信号,可以利用双频组合消除电离层延迟误差。DFMC SBAS还计划使用多种轨道类型的卫星作为增强卫星来播发增强信息,为此重新设计了增强卫星的星历。针对这些方面,本文主要研究内容如下:  1)使用北斗GEO、IGSO和MEO卫星精密轨道数据,拟合分析了DFMCSBAS为增强卫星重新设计的10参数星历模型。结果表明完整10参数星历模型内符合精度可达10-3cm,但GEO与IGSO卫星拟合成功率分别为89.36%和99.17%。若去除idot参数,可实现100%的拟合成功率,但拟合误差有所增大。  2)DFMC SBAS计划使用多种轨道类型的卫星作为信号播发卫星,其中也包括LEO轨道。研究分析了现有的DFMC SBAS星历及GPS18参数星历应用于LEO卫星的实际效果。结果表明,在厘米级精度指标下,DFMC SBAS星历及GPS18参数星历所要求的拟合弧长最长为1min及10min。在此基础上提出基于GPS18参数星历的增强星历模型,根据LEO轨道摄动分析,添加相应摄动参数。试验分析表明,在相同精度指标下,LEO增强星历模型可以适当延长拟合弧长,降低数据播发压力。  3)伪距测量偏差是一种由卫星或接收机硬件非理想特性引发信号畸变,导致的不同技术状态或不同参数配置的接收机测量伪距的偏差。对北斗地面监测站的数据分析表明,北斗二号卫星的伪距测量偏差最大可达2m。北斗三号已有四颗卫星正常运转,分析表明北斗三号卫星总体偏差要小于北斗二号,北斗三号搭载的新体制信号最大偏差仅为20cm左右。对地面监测站同一接收机接收的GPS卫星信号的分析表明,GPS信号同样存在伪距测量偏差,其中L5、L2C与L1CA信号偏差幅度依次减小。与北斗三号相比,B2a频点好于GPS L5频点,BIC、B2b与B1I好于GPS L2C,差于L5频点。而B3I频点差于GPS L2C频点。  4)伪距测量偏差能够严重影响定位精度。对于双频用户而言,在使用双频无电离层组合消除电离层误差时,由于各频率信号的组合关系,单频的伪距偏差可能成倍率地放大,甚至可以超过增强系统的其他误差源,成为定位结果最大的影响因素。研究表明,伪距测量偏差的存在可能会使双频组合定位误差平均要比单频用户增加50%。
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