北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際民航標(biāo)準(zhǔn)重點問題研究與指標(biāo)驗證

陳 穎，盧 鋆，劉 成，邵 搏，張 鍵，原 彬

(1. 北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京 100094；2. 中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西 西安 710068)

國際民航組織是聯(lián)合國負責(zé)處理國際民航事務(wù)的專門機構(gòu)，是政府間的國際組織，中國民航局(Civil Aviation Administration of China, CAAC)是中國在國際民航組織的代表。

在國際民航組織的架構(gòu)中，成員國大會是最高權(quán)力機構(gòu)，理事會是向成員國大會負責(zé)的常設(shè)行政機構(gòu)，理事會下設(shè)的空中航行委員會(Air Navigation Commission, ANC)是國際民航組織具體負責(zé)有關(guān)衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)民航相關(guān)事宜的職能機構(gòu)，空中航行委員會下設(shè)的導(dǎo)航系統(tǒng)專家組(Navigation System Panel, NSP)具體負責(zé)航空導(dǎo)航技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)制定工作。

導(dǎo)航系統(tǒng)專家組目前正在開展面向北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、格洛納斯系統(tǒng)、伽利略系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)與建議措施的研究、驗證與升級工作。標(biāo)準(zhǔn)與建議措施是由國際民航組織基于 《國際民用航空公約》 制定的國際民航統(tǒng)一規(guī)則，目的是促進國際民用航空事業(yè)的發(fā)展，保證國際航空安全。

2010年，北斗系統(tǒng)開啟了在國際民航組織的標(biāo)準(zhǔn)化工作。2010年9月，在國際民航組織第37屆大會上，中國民航局正式提交了北斗系統(tǒng)進入國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)的申請。2011年1月國際民航組織第192次理事會上，國際民航組織以決議形式同意北斗系統(tǒng)逐步進入國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)。中國民航局和中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室聯(lián)合成立了北斗國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)化工作團隊，全面參與國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)與建議措施修訂工作。截至2020年11月，標(biāo)準(zhǔn)化工作團隊先后參加了導(dǎo)航系統(tǒng)專家組工作會議、驗證工作組網(wǎng)絡(luò)電話會議以及專題技術(shù)討論會議等50余次技術(shù)討論，共提交90余份、千余頁文件，答復(fù)問題2 000余項，關(guān)閉189項驗證指標(biāo)[1]。

北斗國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)化工作團隊成功推進北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全部性能指標(biāo)完成專家技術(shù)驗證，標(biāo)志著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式寫入國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)的最核心、最主要工作已經(jīng)完成，為全面實施中國民航標(biāo)準(zhǔn)國際化戰(zhàn)略，推進新時代民航強國建設(shè)與北斗系統(tǒng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定， “十四五” 期間全面推進北斗系統(tǒng)航空應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)[2]。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際民航標(biāo)準(zhǔn)研究與制定牽涉內(nèi)容繁多，本文重點圍繞時間與坐標(biāo)基準(zhǔn)、射頻信號特征、空間信號性能等北斗標(biāo)準(zhǔn)國際化推進過程中的重點指標(biāo)，對北斗系統(tǒng)在國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)中的實現(xiàn)情況進行論述。

1 時間與坐標(biāo)基準(zhǔn)

1.1 時間基準(zhǔn)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時間基準(zhǔn)為北斗時。北斗時采用國際單位制秒為基本單位連續(xù)累計，不閏秒，起始歷元為2006年1月1日協(xié)調(diào)世界時00時00分00秒。北斗時通過協(xié)調(diào)世界時(Universal Time Coordinated, UTC)與國際協(xié)調(diào)世界時建立聯(lián)系，北斗時與國際協(xié)調(diào)世界時的偏差保持在50 ns以內(nèi)(模1 s)[3]。北斗時的要求已經(jīng)正式寫入國際民航組織北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)與建議措施第3.1.4.4節(jié)[4]。

1.2 坐標(biāo)基準(zhǔn)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的坐標(biāo)基準(zhǔn)為北斗坐標(biāo)系(BeiDou Coordinate System, BDCS)，坐標(biāo)原點位于地球質(zhì)心，z軸指向國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織(International Earth Rotation Service, IERS)定義的國際參考極(International Reference Pole, IRP)方向，x軸為國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織定義的國際參考子午面(International Reference Meridian, IRM)與通過原點且與z軸正交的赤道面的交線，y軸、z軸和x軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系[3]。北斗坐標(biāo)系參考橢球的幾何中心與地球質(zhì)心重合，參考橢球的旋轉(zhuǎn)軸與z軸重合，參考橢球定義的基本常數(shù)見表1。

表1 北斗坐標(biāo)系參考橢球的基本常數(shù)

北斗坐標(biāo)系的定義與國際地球參考架(International Terrestrial Reference Frame, ITRF)一致，北斗坐標(biāo)系與ITRF-2014之間的差異不超過3 cm(95%)[5]。國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)與建議措施中全球定位系統(tǒng)、伽利略系統(tǒng)等采用的WGS-84坐標(biāo)系也是基于國際地球參考架實現(xiàn)的，在航空應(yīng)用中，WGS-84與北斗坐標(biāo)系之間的差異可以忽略。北斗坐標(biāo)系的定義以及與ITRF/WGS-84的差異已經(jīng)寫入國際民航組織北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)與建議措施第3.1.4.5節(jié)以及附件D第4.1.4.9節(jié)[4]。

2 射頻信號特征

2.1 落地電平

按照國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)與建議措施對落地電平的接收要求，在高于5°仰角和使用3 dBi線性圓極化天線條件下，接收到全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星L1C/A信號的落地電平為-158.5～-153 dBW[6]，L5信號的落地電平為-157.9～-150 dBW[7]；接收到格洛納斯系統(tǒng)衛(wèi)星L1OF信號的落地電平為-161～-155.2 dBW[6]，L1OC信號的落地電平為-158.5～-155.2 dBW，L3OC信號的落地電平為-158.5～-155.2 dBW[8]；接收到伽利略系統(tǒng)衛(wèi)星E1信號的落地電平為-157.9～-151.45 dBW，E5a信號的落地電平為-155.9～-149.45 dBW[9]。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)B1I，B1C和B2a空間信號接口控制文件中明確給出了最低落地電平，未給出最高落地電平的相關(guān)信息。從衛(wèi)星發(fā)射功率調(diào)節(jié)能力、天線在不同離軸角的增益差異、傳播距離不同造成的路徑損耗差異、大氣損耗等方面，本文對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在B1I，B1C和B2a上的最高落地電平進行了推算。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在B1I，B1C和B2a頻點的落地電平如表2，相關(guān)要求已正式寫入國際民航組織北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)與建議措施第3.7.3.1.4.8.4節(jié)、第3.7.3.1.4.9.4節(jié)和第3.7.3.1.4.10.4節(jié)[4]。

表2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在B1I，B1C和B2a頻點的落地電平

2.2 信號質(zhì)量

依據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中地球軌道(Medium Earth Orbit, MEO)衛(wèi)星和傾斜地球同步軌道(Inclined GeoSynchronous Orbit, IGSO)衛(wèi)星設(shè)計要求，從頻域特性、相關(guān)域特性、調(diào)制特性等方面對中地球軌道衛(wèi)星和傾斜地球同步軌道衛(wèi)星進行了信號質(zhì)量評估，評估結(jié)果分布如表3，測試項均符合指標(biāo)要求。

2.3 抗干擾能力

抗干擾能力是衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的一項重要指標(biāo)，國際民航組織、航空無線電技術(shù)委員會、美國航空無線電協(xié)會以及美國聯(lián)邦航空局等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件對抗干擾能力具有規(guī)范化要求。關(guān)于全球定位系統(tǒng)和格洛納斯系統(tǒng)抗干擾的描述是在特定的航空電磁干擾環(huán)境下，全球定位系統(tǒng)偽距跟蹤精度為0.36 m，格洛納斯系統(tǒng)偽距跟蹤精度為0.8 m。在標(biāo)準(zhǔn)化測試框架下，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) B1C和B2a信號在有限帶寬白噪聲容限干擾、連續(xù)波容限干擾和脈沖容限干擾等各類型干擾容限下，偽距跟蹤精度分別優(yōu)于0.5 m和0.3 m(1 sigma)，測試結(jié)果如圖1和圖2[10]。該測試結(jié)果已經(jīng)得到國際民航組織導(dǎo)航系統(tǒng)專家組的認可，相關(guān)要求已正式寫入國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)與建議措施。

圖1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)B1C信號跟蹤誤差

圖2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)B2a信號跟蹤誤差

2.4 空間信號畸變模型

導(dǎo)航衛(wèi)星信號由于各種非預(yù)期原因，可能產(chǎn)生一定畸變。這種畸變對差分用戶可能帶來潛在威脅，一般需要對信號質(zhì)量進行監(jiān)測。為評估信號質(zhì)量監(jiān)測手段的有效性，我們需要對信號畸變進行有限的建模描述，明確信號質(zhì)量監(jiān)測所需要針對的具體畸變特點和畸變程度。目前國際民航標(biāo)準(zhǔn)對全球定位系統(tǒng)和格洛納斯系統(tǒng)導(dǎo)航信號的畸變采用TM-A，TM-B和TM-C模型描述[6]。

針對B1C和B2a信號特性，結(jié)合北斗衛(wèi)星實際狀態(tài)，我們對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號畸變模型影響空間參數(shù)(即Δ，σ，fd參數(shù))基于3個原則進行分析：(1)如果參數(shù)值已經(jīng)超過衛(wèi)星的物理可實現(xiàn)性，則不作為威脅空間的參數(shù)范圍；(2)如果參數(shù)值導(dǎo)致的測距誤差過大，容易檢測，則不作為威脅空間的參數(shù)范圍；(3)如果參數(shù)值導(dǎo)致的監(jiān)測站與用戶接收機之間的差分誤差較小，不影響系統(tǒng)服務(wù)性能，則不作為威脅空間的參數(shù)范圍。

考慮監(jiān)測接收機、用戶接收機有嚴(yán)格的設(shè)計約束，通過有限范圍的遍歷進行畸變分析導(dǎo)致最大差分誤差[11]。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星上測距偏差在TM-A模型下與參數(shù)Δ的變化關(guān)系和在TM-B模型下與參數(shù)fd的變化關(guān)系分別如圖3和圖4，TM-C模型的參數(shù)范圍為TM-A和TM-B的組合。

圖3 TM-A模型北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星上測距偏差與參數(shù)Δ的變化關(guān)系。(a)B1C；(b)B2a

圖4 TM-B模型北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星上測距偏差與參數(shù)fd的變化關(guān)系。(a)B1C；(b)B2a

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) B1C和B2a信號在TM-A，TM-B和TM-C畸變模型下威脅空間參數(shù)范圍如表4，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的畸變模型已正式寫入國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)與建議措施附件D第8章[11]。

表4 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號畸變模型威脅空間參數(shù)范圍

3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號性能

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號性能設(shè)計指標(biāo)分為4類。(1)精度：包含全球平均水平/垂直精度指標(biāo)和最壞點水平/垂直精度指標(biāo)；(2)完好性：包含單星完好性和星座完好性，用于表征系統(tǒng)單星或多星同時出現(xiàn)服務(wù)故障的概率；(3)連續(xù)性：表征一個健康狀態(tài)的公開服務(wù)空間信號能在規(guī)定時段內(nèi)不發(fā)生非計劃中斷而持續(xù)工作的概率；(4)可用性：表征北斗星座中規(guī)定軌道位置上的衛(wèi)星提供健康狀態(tài)的空間信號的概率。

上述性能指標(biāo)均已正式寫入國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)與建議措施，本文基于2019年7月1日至7月30日中國境內(nèi)監(jiān)測接收機接收的數(shù)據(jù)，對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號性能指標(biāo)實現(xiàn)情況進行驗證。

3.1 精度

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全球平均水平精度指標(biāo)6.0 m，平均垂直精度指標(biāo)10.0 m；最壞點位置水平精度指標(biāo)12.0 m，最壞點位置垂直精度指標(biāo)22.0 m。依據(jù)全球定位系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(Standard Positioning Service, SPS)性能標(biāo)準(zhǔn)中全球平均和最壞點位置的誤差計算方法，結(jié)合北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的實際情況，北斗B1C和B2a頻點公開服務(wù)位置誤差確定步驟如下。

(1)確定星座情況

a. 全星座24顆北斗三號中地球軌道衛(wèi)星+3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星。

b. 任意缺失兩顆衛(wèi)星情況：在一個回歸周期內(nèi)任意時刻出現(xiàn)2顆衛(wèi)星故障的概率極低，鑒于北斗三號24顆中地球軌道衛(wèi)星均勻分布在3個軌道面，各個軌道面夾角為120°，故考慮缺失的這兩顆衛(wèi)星在任意一個軌道面和分別位于某兩個軌道面上即可。另外由于衛(wèi)星軌道對稱(近圓軌道)，綜合以上情況，給出以下幾種缺失兩顆衛(wèi)星的星座情況：缺失MEO-07/MEO-08，缺失MEO-07/MEO-09，缺失MEO-07/MEO-15，缺失MEO-08/MEO-01，缺失MEO-08/MEO-02，缺失MEO-08/MEO-15，缺失MEO-08/MEO-03，缺失MEO-08/MEO-04。

(2)計算條件：截止高度角5°；數(shù)據(jù)采樣點5°×5°格網(wǎng)點；計算間隔5 min；計算周期7×24 h。

(3)在(1)和(2)的前提條件下，計算全球區(qū)域一個周期內(nèi)各格網(wǎng)點的水平精度因子(Horizontal Dilution of Precision, HDOP)和垂直精度因子(Vertical Dilution of Precision, VDOP)。

(4)按照置信度為95%統(tǒng)計一個周期內(nèi)所有格網(wǎng)點的水平精度因子和垂直精度因子。

(5)求所有格網(wǎng)點的均值和最大值(最差值)。

(6)按照以下公式可以獲得全球平均和最差點處位置誤差：

SPP(H)=UERE×HDOP，

(1)

SPP(V)=UERE×VDOP.

(2)

一個周期內(nèi)所有格網(wǎng)點的水平精度因子和垂直精度因子均值和最差值統(tǒng)計情況如表5。

表5 精度因子統(tǒng)計值 (95%)

取用戶等效距離誤差(User Equivalent Range Error, UERE)為空間信號距離誤差(Signal in Space Range Error, SISRE)與用戶設(shè)備誤差(User Equipment Error, UEE)的平方和，空間信號距離誤差取任意齡期值4.6 m，用戶設(shè)備誤差取2.0 m，最壞點位置和全球平均的定位精度為

UERE=[(4.6×4.6)+(2.0×2.0)]1/2

=5.0 m ，

(3)

SPP(H)WORST=5.0×2.2=11.0 m ，

(4)

SPP(V)WORST=5.0×4.3=21.5 m ，

(5)

SPP(H)AVE=5.0×1.14=5.7 m ，

(6)

SPP(V)AVE=5.0×1.92=9.6 m.

(7)

全球平均水平精度為5.7 m，全球平均垂直精度為9.6 m；最壞點位置水平精度為11.0 m，最壞點位置垂直精度為21.50 m，能夠滿足空間信號精度的指標(biāo)要求。

3.2 完好性

單星完好性風(fēng)險指任意單顆衛(wèi)星出現(xiàn)主要服務(wù)故障的概率，設(shè)計指標(biāo)為300 s內(nèi)用戶接收機天線沒有收到告警信息的概率不超過1×10-5/h。星座完好性風(fēng)險指兩顆或多顆衛(wèi)星同時出現(xiàn)主要服務(wù)故障的概率，設(shè)計指標(biāo)為300 s內(nèi)用戶接收機天線沒有收到告警信息的概率不超過1×10-7/h。

測試使用數(shù)據(jù)為7月1日至7月30日中國境內(nèi)監(jiān)測接收機接收的B-CNAV1和B-CNAV2導(dǎo)航電文中的空間信號精度指數(shù)(SISA)參數(shù)，包括衛(wèi)星星歷、鐘差、衛(wèi)星健康狀態(tài)(HS)、電文完好性標(biāo)識(DIF)、信號完好性標(biāo)識(SIF)和系統(tǒng)告警標(biāo)識(AIF)。完好性分析步驟如下。

(1)利用廣播星歷(含鐘差)和精密星歷(含鐘差)計算得到每顆健康衛(wèi)星的徑向、切向、法向和鐘誤差。

(2)計算每顆衛(wèi)星瞬時SISRE，

(8)

其中，R為徑向誤差；C為法向誤差；A為切向誤差；T為衛(wèi)星鐘偏差；c為光速；β為比例因子(傾斜地球同步軌道衛(wèi)星取0.99，中地球軌道衛(wèi)星取0.98)；α為比例因子(傾斜地球同步軌道衛(wèi)星取127，中地球軌道衛(wèi)星取54)。

(3)對于B1C/B2a頻點計算SISA，SISA值由B1C信號導(dǎo)航電文B-CNAV1或B2a信號導(dǎo)航電文B-CNAV2中播發(fā)的SISAIoe(衛(wèi)星軌道切向和法向精度)和SISAIocb(衛(wèi)星徑向和衛(wèi)星鐘差精度)、SISAIoc1(衛(wèi)星鐘頻偏精度指數(shù))、SISAIoc2(衛(wèi)星鐘頻漂精度指數(shù))參數(shù)綜合計算。具體計算方法為

?SISAoe取導(dǎo)航電文中SISAIoe對應(yīng)等級 “N” 的上限值，SISocb取導(dǎo)航電文中SISAIocb對應(yīng)等級 “N” 的上限值，SISAoc1與SISAoc2的等級轉(zhuǎn)換算法為

SISAoc1=2-(SISAIoc1+14)，

(9)

SISAoc2=2-(SISAIoc2+28).

(10)

?SISAoc計算方法為

SISAoc=SISAocb+SISAoc1(t-top)，t-top≤93 600 s

SISAoc=SISAocb+SISAoc1(t-top)+SISAoc2(t-top-93 600)2，t-top>93 600 s

(11)

?SISA計算方法為

(12)

(4)將各衛(wèi)星SISRE值與4.42倍SISA限值比較，判斷是否超過限值；

(5)統(tǒng)計單星SISRE超過限值的概率作為單星完好性風(fēng)險；統(tǒng)計由于共同原因引起的兩顆及以上衛(wèi)星SISRE超過限值的概率作為星座完好性風(fēng)險。

部分衛(wèi)星4.42倍SISA限值與SISRE對比關(guān)系如圖5和圖6，圖中紅色曲線為4.42倍的SISA，藍色曲線為SISRE。從圖5和圖6可以看出，未有單星SISRE超過限值的現(xiàn)象發(fā)生，可以滿足1×10-5/h星座完好性風(fēng)險指標(biāo)要求；未有兩顆或兩顆以上衛(wèi)星SISRE由于共同原因超過限值的現(xiàn)象發(fā)生，可以滿足1×10-7/h星座完好性風(fēng)險指標(biāo)要求。

圖5 北斗28號星4.42倍SISA限值與SISRE對比關(guān)系

圖6 北斗38號星4.42倍SISA限值與SISRE對比關(guān)系

3.3 連續(xù)性

空間信號連續(xù)性是指一個健康狀態(tài)的公開服務(wù)空間信號能在規(guī)定時段內(nèi)不發(fā)生非計劃中斷而持續(xù)工作的概率。北斗傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和中地球軌道衛(wèi)星在B1C和B2a頻點上空間信號連續(xù)性指標(biāo)為優(yōu)于0.998/h。

測試使用數(shù)據(jù)為7月1日至7月30日中國境內(nèi)監(jiān)測接收機接收的B-CNAV1和B-CNAV2導(dǎo)航電文?？臻g信號連續(xù)性分析步驟如下。

(1)對于任意時刻t(固定步長≤10 min)，用導(dǎo)航電文判斷衛(wèi)星信號是否健康(可用)，標(biāo)識為H_flag， H_flag=0表示信號可用。

(2)在任意時刻t，我們用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)用戶通知(BDS User Notice)判斷是否提前48 h發(fā)出衛(wèi)星計劃中斷的信息，標(biāo)識為BDUN_flag，BDUN_flag=1表示已經(jīng)發(fā)出了及時通知。

(3)在任意時刻t，任意健康衛(wèi)星在沒有發(fā)出中斷通知而變?yōu)椴唤】禒顟B(tài)用

(13)

表示。

(4)對于任意衛(wèi)星以固定步長(thour≤1 h)在每小時連續(xù)性喪失的函數(shù)表示為(該1 h的起始時刻衛(wèi)星健康，但未提前48 h收到中斷通知而衛(wèi)星變?yōu)椴唤】禒顟B(tài))

(14)

(5)星座中所有衛(wèi)星1年的空間信號平均連續(xù)性為沒有發(fā)生連續(xù)性喪失的1 h間隔數(shù)與總的小時間隔數(shù)的比值，

(15)

其中，NSV為星座中的衛(wèi)星數(shù)(北斗基礎(chǔ)星座27顆)；Nhours為總的小時間隔數(shù)(不同于1年的總小時數(shù)，該值是滑動產(chǎn)生的)。

北斗衛(wèi)星空間信號連續(xù)性測試結(jié)果如圖7，傾斜地球同步軌道衛(wèi)星在B1C和B2a頻點上空間信號連續(xù)性的平均值為0.998 2/h，中地球軌道衛(wèi)星在B1C和B2a頻點上空間信號連續(xù)性的平均值為0.998 3/h，測試結(jié)果能夠滿足設(shè)計指標(biāo)要求。

圖7 北斗衛(wèi)星空間信號連續(xù)性測試結(jié)果

3.4 可用性

空間信號可用性是指北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座中規(guī)定軌道位置上的衛(wèi)星提供健康狀態(tài)的空間信號的概率。可用性計算包含計劃中斷和非計劃中斷。傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和中地球軌道衛(wèi)星在B1C和B2a頻點上空間信號可用性指標(biāo)為優(yōu)于0.98。

測試使用數(shù)據(jù)為7月1日至7月30日中國境內(nèi)監(jiān)測接收機接收的B-CNAV1和B-CNAV2導(dǎo)航電文?？臻g信號可用性分析步驟為

(1)對于任意時刻t(固定步長≤10 min)，用導(dǎo)航電文判斷衛(wèi)星信號是否健康(可用)，標(biāo)識為H_flag，H_flag=0表示信號可用。

(2)空間信號平均可用性用

(16)

計算，其中，NSV為星座中的衛(wèi)星數(shù)(北斗基礎(chǔ)星座27顆)；Nt為統(tǒng)計總數(shù)。

北斗衛(wèi)星空間信號可用性測試結(jié)果如圖8，傾斜地球同步軌道衛(wèi)星在B1C和B2a頻點上空間信號可用性的平均值為0.995 8，中地球軌道衛(wèi)星在B1C和B2a頻點上空間信號可用性的平均值為0.995 4，測試結(jié)果能夠滿足設(shè)計指標(biāo)要求。

圖8 北斗衛(wèi)星空間信號可用性測試結(jié)果

4 總 結(jié)

自2010年起，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)持續(xù)開展了十余年。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在國際民航標(biāo)準(zhǔn)層面涉及的工作很多，本文重點圍繞時間與坐標(biāo)基準(zhǔn)、射頻信號特征、空間信號性能等北斗標(biāo)準(zhǔn)國際化推進過程中的重點指標(biāo)開展論述。目前，北斗時與國際協(xié)調(diào)世界時的偏差保持在50 ns以內(nèi)(模1 s)，北斗坐標(biāo)系與ITRF-2014之間的差異不超過3 cm；北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)民用信號落地電平、信號質(zhì)量、抗干擾能力的評估結(jié)果及空間信號畸變模型符合設(shè)計指標(biāo)；依據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)與建議措施框架下的服務(wù)性能定義和計算方法，利用系統(tǒng)實際數(shù)據(jù)驗證北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號性能均滿足設(shè)計指標(biāo)要求。上述分析、模型及驗證結(jié)果等多項內(nèi)容已正式寫入國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)與建議措施。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)自2018年已經(jīng)連續(xù)運行3年，服務(wù)性能穩(wěn)定，各項性能指標(biāo)均與國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)與建議措施的指標(biāo)要求保持一致，對我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際化、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)國際化及民航領(lǐng)域推廣具有重要推動作用。后續(xù)，北斗國際標(biāo)準(zhǔn)化組織將持續(xù)完善北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在國際民航組織的驗證工作，并進一步推進北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在航空工業(yè)組織層面的驗證工作，助力北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) “走出去” 戰(zhàn)略的順利實施。