北斗GEO 衛(wèi)星失效對單歷元基線解算的影響

張中成

（湖南有色測繪院有限公司，湖南 長沙410129）

圖1 CUTB 站GEO 衛(wèi)星信噪比隨高度角的變化：(a)C01; (b)C02; (c)C03; (d)C04; (e)C05

圖2 JTHJ 站GEO 衛(wèi)星信噪比隨高度角的變化：(a)C01; (b)C02; (c)C03; (d)C04; (e)C05

通過刪除GEO 衛(wèi)星模擬其失效，具體設(shè)計方案如下：

方案A：觀測時段內(nèi)所有可見的共視衛(wèi)星均參與定位；

方案B：在前面方案上再剔除一顆高度角最大的GEO 衛(wèi)星，即CUTB 站和JTJH 站均刪除C03；

方案C：在前面方案上再剔除一顆高度角最大的GEO 衛(wèi)星，即CUTB 站刪除C01,JTJH 站刪除C02；

方案D：在前面方案上再剔除一顆高度角最大的GEO 衛(wèi)星，即CUTB 站刪除C02,JTJH 站刪除C01；

方案E：在前面方案上再剔除一顆高度角最大的GEO 衛(wèi)星，即CUTB 站和JTJH 站均刪除C04；

方案F：在前面方案上再剔除一顆高度角最大的GEO 衛(wèi)星，即CUTB 站和JTJH 站均刪除C05。

2.1 模糊度解算結(jié)果分析

對4.2 m 的基線和1.13 km 基線采用上述BDS 數(shù)學(xué)模型進行單歷元模糊度固定解算，

兩條基線在不同的方案中模糊度固定率如表1 所示。

由表1 可知，與方案A 相比，方案B、C 和D 中C03、C02、C01 失效后，其有效歷元數(shù)仍等于總歷元數(shù)，模糊度固定率與方案A 相當(dāng)，說明有3 顆GEO 衛(wèi)星失效對模糊度固定率影響不大；而采用方案五和方案六時，其有效歷元數(shù)低于總歷元，說明當(dāng)GEO 衛(wèi)星失效數(shù)目達到4 顆或5 顆時，部分歷元無法達到定位要求的衛(wèi)星數(shù)目，且模糊度固定率下降。綜上所述，隨著GEO衛(wèi)星失效數(shù)目的增多，部分歷元無法達到定位要求，且模糊度固定率下降。

2.2 定位精度分析

文中根據(jù)整周模糊度固定正確的歷元的定位結(jié)果，與真實值做對比獲取基線在NEU 三方向的定位結(jié)果，如圖3、圖4 和圖5 所示。

由圖3、圖4 和圖5 所知：

a.BDS 單歷元基線解算的定位精度與參與定位的GEO 衛(wèi)星數(shù)目有關(guān)，當(dāng)GEO 衛(wèi)星數(shù)目固定時，定位誤差波動較??；U 分量誤差明顯高于N、E 分量，N 分量誤差高于E 分量，符合北斗二代系統(tǒng)的實際服務(wù)性能。

b.相比方案A，方案B、C、D、E、F 這幾種高度角較大的C01、C02、C03、C04、C05 失效，其誤差均變差，特別是有4 顆以上GEO 衛(wèi)星失效時，定位誤差變化比較明顯，這是因為部分歷元無法達到定位要求，而且能完成定位的歷元時間不連續(xù)，說明受到了衛(wèi)星升降的影響。在方案D、E 中繼續(xù)刪除C04、C05 時，E 方向誤差要弱于N 方向。

c.在方案B～D 中，小于3 顆GEO 衛(wèi)星失效，N 跟E 方向定位精度優(yōu)于mm 級、U 方向定位精度優(yōu)于cm 級；由方案D、E 可知，當(dāng)4 顆GEO 衛(wèi)星或全部GEO 衛(wèi)星都失效時，雖然部分歷元無法達到定位要求，但是各個方向依然可以獲取cm 級的定位精度。

3 結(jié)論

相比其他GNSS 系統(tǒng)，由于北斗系統(tǒng)中增加了GEO 這個類型的衛(wèi)星，不僅增加了衛(wèi)星可見數(shù)量，而且由于GEO 衛(wèi)星的軌道較高，在遮擋比較嚴(yán)重的環(huán)境中，更加有利于定位保證精度。

文中采用實測數(shù)據(jù)，分析了GEO 衛(wèi)星失效北斗單歷元基線定位結(jié)果的影響。數(shù)據(jù)結(jié)果得到：a.GEO 衛(wèi)星可見性較好，兩地區(qū)均可可視5 顆GEO 衛(wèi)星，且高度角變化較小，大約4°；b.1～3 顆GEO 衛(wèi)星失效，對于模糊度固定率的影響很小，與5 顆GEO 衛(wèi)星全部參與解算相當(dāng)；雖然定位精度有所降低，但N、E方向定位精度能達到mm 級、U 方向定位精度能達到cm 級；c.4顆GEO 衛(wèi)星或全部GEO 衛(wèi)星都失效時，使得部分歷元無法達到定位要求，模糊度固定率下降較大，但N、E、U 方向的定位精度可以達到cm 級?？傊S著GEO 衛(wèi)星失效數(shù)量的增加，模糊度固定率和定位精度變低。

表1 不同方案下模糊度固定率

圖3 4.2 m 的基線在N、E、U 方向上的定位誤差

圖4 1.13 km 的基線在N、E、U 方向上的定位誤差

圖5 兩條基線在N、E、U 方向上的內(nèi)符合精度