关键词:
卫星导航系统
伪距噪声
卫星钟
星历误差
电离层延迟
信号质量
摘要:
卫星导航事业日新月异的发展使人们开始关注于不同导航系统的兼容使用,各系统问信号质量的比较分析便具有了现实意义。北斗卫星导航系统正处于全球布网阶段,己成功发射多颗卫星,预计2020年将完成卫星的全球覆盖。利用接收机终端对在轨的北斗卫星进行持续观测,将获得的卫星信号质量信息与相同条件下GPS的信号质量状况进行对比,一方面可以描述目前北斗卫星的运行状况与质量,另一方面通过对比可以了解两系统卫星的优势与不足,从而进一步提高系统性能。 本文利用GPS/北斗多系统接收机,从信号传播过程中的误差项入手,对GPS与北斗在传播过程中产生的各类误差及其精度进行比较分析,从而得到两系统信号质量的比较结果。本文的主要研究内容如下: 1)GPS与北斗伪距噪声误差比较。利用相邻两历元的原始伪距值相减得到伪距差值,将伪距差与多普勒频移反算的伪距差值做差,差值可以消除多项公共误差,可作为伪距噪声误差。在相同外界环境下计算GPS与北斗的伪距噪声误差,结果显示北斗IGSO卫星所受伪距噪声误差较GPS小,而GEO卫星的伪距噪声精度较低。 2)卫星星历误差分析。导航卫星系统在空间段受到卫星钟钟差以及卫星位置误差影响显著。GPS的全球观测已非常成熟,根据IGS提供的精密星历数据与GPS的广播星历数据做差,得到GPS的卫星钟钟差精度和卫星位置误差精度。计算结果表明:通过地面相关机构的共同努力,以及新发射卫星性能的提高,GPS卫星的星历误差精度正在进一步持续提高。然而由于北斗还在试运行阶段,卫星的精密轨道数据和精密钟差数据还无法获取,本文将重点分析不同类型GPS卫星的星历误差状况以及与历史误差数据的比较结果。待北斗对外公布其精密星历数据,可使用与GPS相同的方法来计算北斗的星历误差,进而比较两系统的星历误差。 3)电离层延迟误差比较。导航卫星信号传播至大气时受到电离层和对流层的影响将会引起时延。对流层使用相同的大气数据且改正模型间的差异较小,区此不考虑对流层时延比较分析;本文仅从电离层入手,通过接收导航电文中的电离层参数,应用相同电离层时延模型来计算比较两系统的电离层延迟误差。两系统电离层参数的显著差异导致计算结果的明显差别。将IGS电离层格网数据作为参考值来计算北斗与GPS的电离层时延精度,研究结果表明GPS的电离层时延精度在3tecu内,而北斗的时延精度范围在13~15tecu。 4)信号能量比较。通过比较接收信号的载噪比值及其与高度角的变化趋势来分析两系统的载波信号质量。观测结果表明GPS在发射新型卫星后,L1载波的质量有进一步提高,而北斗IGSO卫星在高度角较高时信号质量更可靠稳定。