發(fā)布時(shí)間：2020-04-26 04:27

【摘要】：全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)的空間信號(hào)異常會(huì)對(duì)用戶的導(dǎo)航定位性能產(chǎn)生影響。異常信號(hào)的探測(cè)和性能評(píng)估對(duì)廣播星歷播發(fā)的空間信號(hào)(Signal-In-Space,SIS)的連續(xù)性、可用性和完好性等顯得尤為重要。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System,BDS),除與其他導(dǎo)航系統(tǒng)類似,不可避免地存在未被監(jiān)測(cè)的空間信號(hào)異常外;由于星座構(gòu)型的特殊性,地球靜止軌道衛(wèi)星(GEO)和傾斜地球同步軌道衛(wèi)星(IGSO)還存在較頻繁的軌道機(jī)動(dòng),此時(shí),衛(wèi)星廣播星歷播發(fā)的位置信息與衛(wèi)星真實(shí)的軌道不符,同樣會(huì)導(dǎo)致空間信號(hào)異常。在現(xiàn)有ARAIM(Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring)研究中,BDS衛(wèi)星故障分配和故障率均是保守估計(jì)值,與BDS的實(shí)際不符,也導(dǎo)致在應(yīng)用時(shí)存在一定風(fēng)險(xiǎn)。因此,如何準(zhǔn)確探測(cè)BDS衛(wèi)星軌道機(jī)動(dòng)、衛(wèi)星鐘和軌道誤差等引起的空間信號(hào)異常,為用戶提供準(zhǔn)確的系統(tǒng)可用性和連續(xù)性評(píng)估指標(biāo)就顯得尤為迫切�；诖�,本文針對(duì)上述問(wèn)題開(kāi)展了系統(tǒng)研究,主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)系統(tǒng)研究了BDS衛(wèi)星軌道機(jī)動(dòng)的調(diào)控手段及軌道機(jī)動(dòng)對(duì)軌道根數(shù)的影響,提出了一種基于ROOTA和健康狀態(tài)標(biāo)識(shí)的BDS衛(wèi)星軌道機(jī)動(dòng)探測(cè)方法,并通過(guò)2015年的廣播星歷數(shù)據(jù)獲取了BDS三類衛(wèi)星的軌道機(jī)動(dòng)周期及軌道恢復(fù)時(shí)長(zhǎng),結(jié)果表明,除C04衛(wèi)星的軌道機(jī)動(dòng)周期約73天,其余GEO衛(wèi)星約30天,IGSO衛(wèi)星約180天;兩類衛(wèi)星軌道恢復(fù)時(shí)段約6-10h。(2)研究了BDS衛(wèi)星軌道機(jī)動(dòng)對(duì)服務(wù)性能影響,特別是GEO衛(wèi)星軌道機(jī)動(dòng)對(duì)BDS系統(tǒng)在非精密進(jìn)近(Non-Precision Approach,NPA)階段的RAIM可用性影響,仿真結(jié)果表明,若各GEO衛(wèi)星在UTC 07-08h和15-16h發(fā)生軌道機(jī)動(dòng),BDS在亞太區(qū)域的服務(wù)可用性最大降低至97.8%;由實(shí)際的軌道機(jī)動(dòng)時(shí)段分析發(fā)現(xiàn),C04衛(wèi)星在UTC 14-23h和C05衛(wèi)星在00-05h的軌道機(jī)動(dòng)使得BDS在亞太區(qū)域的RAIM可用性低于99.9%,兩顆衛(wèi)星的影響范圍主要為亞太區(qū)域上下兩端的邊角部分。(3)針對(duì)目前傳統(tǒng)精密星歷比較法用于BDS衛(wèi)星空間信號(hào)異常探測(cè)時(shí),存在閾值難以確定和易受鐘差粗差污染問(wèn)題,研究提出了一種改進(jìn)的精密星歷探測(cè)空間信號(hào)異常方法。改進(jìn)方法首先采用中位數(shù)法探測(cè)鐘差粗差,避免鐘差基準(zhǔn)粗差污染空間信號(hào)誤差;其次采用初始經(jīng)驗(yàn)閾值結(jié)合截尾數(shù)據(jù)SISRE(Signal-in-space Range Error)真誤差進(jìn)行兩步閾值策略探測(cè)空間信號(hào)異常。2015至2016年的探測(cè)試驗(yàn)結(jié)果表明,改進(jìn)方法可有效避免衛(wèi)星粗差導(dǎo)致的星座故障。所探測(cè)異常中,除C13衛(wèi)星外,BDS衛(wèi)星異常的年平均累積時(shí)長(zhǎng)分別為IGSO 9.7h、GEO 10.4h和MEO 56h,識(shí)別出其中,鐘差導(dǎo)致的異常約占83.04%,軌道導(dǎo)致的異常約占12.28%,二者綜合影響約占4.68%。(4)提出并建立了一種基于多監(jiān)測(cè)站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的空間信號(hào)異常實(shí)時(shí)探測(cè)方法,在接收機(jī)鐘差求解和IURE(Instantaneous User Range Error)的計(jì)算與統(tǒng)計(jì)均提出了新的處理策略,較好地解決了現(xiàn)有利用觀測(cè)數(shù)據(jù)探測(cè)空間信號(hào)異常需要用到精密星歷的問(wèn)題。利用2015年1月的空間信號(hào)異常實(shí)時(shí)探測(cè)的算例結(jié)果表明,對(duì)多監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)采用改進(jìn)方法可有效排除接收機(jī)端故障,新方法能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確探測(cè)空間信號(hào)異常(包括軌道機(jī)動(dòng))的起止時(shí)刻。(5)首次分析歸納給出BDS衛(wèi)星空間信號(hào)性能評(píng)估時(shí)的四類故障模式(與衛(wèi)星服役周期有關(guān)的長(zhǎng)期故障,與衛(wèi)星軌道機(jī)動(dòng)相關(guān)的維護(hù)故障,與衛(wèi)星隨機(jī)可修復(fù)異常相關(guān)的短期故障,以及三類故障綜合影響的等效故障),并獲取了各類故障的平均故障間隔(MTBF)和平均修復(fù)時(shí)間(MTTR),進(jìn)而評(píng)估了BDS衛(wèi)星空間信號(hào)的可用性和連續(xù)性,統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,維護(hù)故障下IGSO衛(wèi)星的MTBF高于GEO衛(wèi)星,兩類衛(wèi)星的MTTR基本一致,故IGSO衛(wèi)星可用性高于GEO衛(wèi)星;短期故障下GEO和IGSO衛(wèi)星可用性較高于MEO衛(wèi)星,其中C11衛(wèi)星由于故障頻率較高,使得該衛(wèi)星的可用性最低;等效故障下個(gè)別GEO衛(wèi)星的單星可用性低于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)公開(kāi)性能服務(wù)規(guī)范(BDS-OS-PS-1.0)的指標(biāo)要求,但空間信號(hào)連續(xù)性均可達(dá)到指標(biāo)要求。
【圖文】：

圖 1.1 GPS SPS PS 標(biāo)準(zhǔn)定位性能指標(biāo)體系演變圖[10]BDS 評(píng)估指標(biāo)體系斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)于 2013 年 12 月發(fā)布了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)公開(kāi)性能服務(wù)規(guī)BDS-OS-PS-1.0），形成了初步的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)公開(kāi)服務(wù)性能評(píng)估指標(biāo)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)公開(kāi)性能服務(wù)規(guī)范的指標(biāo)體系如圖 1.2 所示。

圖 1.1 GPS SPS PS 標(biāo)準(zhǔn)定位性能指標(biāo)體系演變圖[10]估指標(biāo)體系星導(dǎo)航系統(tǒng)于 2013 年 12 月發(fā)布了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)公開(kāi)性能服OS-PS-1.0），形成了初步的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)公開(kāi)服務(wù)性能評(píng)估衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)公開(kāi)性能服務(wù)規(guī)范的指標(biāo)體系如圖 1.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P228.4

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本文編號(hào)：2641085