北斗一号卫星导航系统定位算法及精度分析

北斗一号卫星导航系统定位算法及精度分析

北斗一号卫星导航系统定位算法及精度分析3

赵树强

,许爱华

,张荣之

,郭小红

(西安卫星测控中心

,陕西西安

710043)

摘要

:针对我国建立的北斗一号导航定位系统

,介绍了该系统的定位原理

,给出了基于

北斗双星和三星定位算法的模型

,进行了实测数据的解算

,分析了星历误差、信号传播误差和

接收机钟差等误差对定位精度的影响

,计算结果表明该算法简单、实用

,可满足中高精度的导

航定位用户需求

,对二代导航系统定位数据处理和精度分析具有

参考价值。

统

系统,是我国自行研制、

(RDSS ,Radio Determination Satellite Service) ,

能为用户提供快速定位、简单数字报文通信及高精度授时服务的全天候、区域性的卫星导航定位系统。在

2000年

10月

31日和

12月

21日发射了两

颗“北斗导航试验卫星”

,具备了双星定位的功能。

关键词

:北斗一号卫星

;定位算法

;定位误差

;精度分析

北斗一号卫星导航定位系统又称为双星定位建立的一种区域性定位系

中图分类号

: P207文献标识码

:A文章编号

:1008 -9268 (2008) 01 -0020 -05

1.引言是待测站。但是

,地球表面不是一个规则椭球面

,

即用户一般不在参考椭球面上

,要唯一确定待测站

“北斗一号”卫星导航定位系统是有源的

,需要和

“北斗”定位总站即中心站建立联系才能定位

,因此

存在着系统用户数量易饱和以及定位速度慢等方面的缺点。

2003年

5月

25日我国将第三颗“北斗

一号”备份卫星送入太空

,这使得我国“北斗一号”

系统具备了无源定位的功能。针对北斗双星有源定位和三星无源定位的算法与定位精度进行研究。

2.北斗一号卫星导航系统定位原理

3.1双星定位原理

以两颗卫星为球心

,以卫星到待测站的距离为

半径分别作两个球。因为两颗卫星在轨道上的弧度距离为

60°,即两颗卫星的直线距离约为

42000km之间

,这一直线距离小于卫星到观测站

的两个距离之和

(约为

72000km) ,所以两个大球

必定相交。它们的相交线为一大圆

,称之为交线

圆。由于同步卫星轨道面与赤道面重合

,因此

,通

过远离赤道的地面点的交线圆必定垂直穿过赤道面

,在地球南北两半球各有一个交点

,其中一个就

收稿日期

:2007210205

·20 ·

三维坐标

,还必须事先给定待测站地面点的大地高

,才能唯一地确定待测站

,如图

1所示。

图

1.双星定位原理示意图

当交线圆与地球表面垂直相交

,交会出的测

站唯一

,定位精度高

;当交线圆与地球表面缓慢相

交

,交会出的测站纬度值将会有很大的误差

,定位

精度差。由于地形的复杂性

,即使在中纬度地区山

区也可能产生交线圆与地球表面缓慢相交

,这些地

区称为双星定位的

“模糊区”。另外

,因为地球同步

卫星只能覆盖南北纬之间的区域

,所以

81°以上区

域是双星定位的“盲区”。盲区和模糊区的存在是双星定位几何上的弱点。

2.2三星定位原理

在双星有源定位系统的基础上

,利用一颗备份

卫星可实现三星无源定位。三颗同步卫星同时向用户发送导航电文

,用户接收机则像

GPS用户接

GNSS World of China/ 2008. 1

( xk0 , yk0 , zk0 )

值代替,得出

( xk0 , yk0 , zk0 )

值代替,得出

收机那样处理发自这三颗卫星的导航电文

,再结合

用户自带气压高度表提供的高度信息即可自行解算出用户的位置

,并可使双星定位的两大缺点得到

克服

,因而具有较高的经济和军事价值。

3.双星、三星导航定位系统的定位算法

北斗一号卫星导航定位系统的定位过程是

: ①

地面中心对其中一颗卫星连续发射

X波段或

C波

段的载波

,载波上的数据流含有测距信号、地址电文、时间码等

,被称为询问脉冲束或询问信号

;②询

问信号经卫星变频、放大、转发到测站;③测站接收

询问信号

,并注入必要信息

,再变频、放大、向东星、

西星或备份星发射电文作为应答信号

;④东星、西

星或备份星收到应答电文

,并再变频、放大、转发到

地面中心

;⑤地面中心站处理接收到的应答电文,

得到测站坐标或交换电报信息

;⑥最后