【摘要】：全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)的空間信號異常會對用戶的導航定位性能產(chǎn)生影響。異常信號的探測和性能評估對廣播星歷播發(fā)的空間信號(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)星導航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System,BDS),除與其他導航系統(tǒng)類似,不可避免地存在未被監(jiān)測的空間信號異常外;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動,此時,衛(wèi)星廣播星歷播發(fā)的位置信息與衛(wèi)星真實的軌道不符,同樣會導致空間信號異常。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值,與BDS的實際不符,也導致在應用時存在一定風險。因此,如何準確探測BDS衛(wèi)星軌道機動、衛(wèi)星鐘和軌道誤差等引起的空間信號異常,為用戶提供準確的系統(tǒng)可用性和連續(xù)性評估指標就顯得尤為迫切�；诖�,本文針對上述問題開展了系統(tǒng)研究,主要成果及創(chuàng)新點如下:(1)系統(tǒng)研究了BDS衛(wèi)星軌道機動的調(diào)控手段及軌道機動對軌道根數(shù)的影響,提出了一種基于ROOTA和健康狀態(tài)標識的BDS衛(wèi)星軌道機動探測方法,并通過2015年的廣播星歷數(shù)據(jù)獲取了BDS三類衛(wèi)星的軌道機動周期及軌道恢復時長,結(jié)果表明,除C04衛(wèi)星的軌道機動周期約73天,其余GEO衛(wèi)星約30天,IGSO衛(wèi)星約180天;兩類衛(wèi)星軌道恢復時段約6-10h。(2)研究了BDS衛(wèi)星軌道機動對服務性能影響,特別是GEO衛(wèi)星軌道機動對BDS系統(tǒng)在非精密進近(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)生軌道機動,BDS在亞太區(qū)域的服務可用性最大降低至97.8%;由實際的軌道機動時段分析發(fā)現(xiàn),C04衛(wèi)星在UTC 14-23h和C05衛(wèi)星在00-05h的軌道機動使得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)針對目前傳統(tǒng)精密星歷比較法用于BDS衛(wèi)星空間信號異常探測時,存在閾值難以確定和易受鐘差粗差污染問題,研究提出了一種改進的精密星歷探測空間信號異常方法。改進方法首先采用中位數(shù)法探測鐘差粗差,避免鐘差基準粗差污染空間信號誤差;其次采用初始經(jīng)驗閾值結(jié)合截尾數(shù)據(jù)SISRE(Signal-in-space Range Error)真誤差進行兩步閾值策略探測空間信號異常。2015至2016年的探測試驗結(jié)果表明,改進方法可有效避免衛(wèi)星粗差導致的星座故障。所探測異常中,除C13衛(wèi)星外,BDS衛(wèi)星異常的年平均累積時長分別為IGSO 9.7h、GEO 10.4h和MEO 56h,識別出其中,鐘差導致的異常約占83.04%,軌道導致的異常約占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)測站實時數(shù)據(jù)的空間信號異常實時探測方法,在接收機鐘差求解和IURE(Instantaneous User Range Error)的計算與統(tǒng)計均提出了新的處理策略,較好地解決了現(xiàn)有利用觀測數(shù)據(jù)探測空間信號異常需要用到精密星歷的問題。利用2015年1月的空間信號異常實時探測的算例結(jié)果表明,對多監(jiān)測站數(shù)據(jù)采用改進方法可有效排除接收機端故障,新方法能實時準確探測空間信號異常(包括軌道機動)的起止時刻。(5)首次分析歸納給出BDS衛(wèi)星空間信號性能評估時的四類故障模式(與衛(wèi)星服役周期有關(guān)的長期故障,與衛(wèi)星軌道機動相關(guān)的維護故障,與衛(wèi)星隨機可修復異常相關(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)和平均修復時間(MTTR),進而評估了BDS衛(wèi)星空間信號的可用性和連續(xù)性,統(tǒng)計結(jié)果表明,維護故障下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;等效故障下個別GEO衛(wèi)星的單星可用性低于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)公開性能服務規(guī)范(BDS-OS-PS-1.0)的指標要求,但空間信號連續(xù)性均可達到指標要求。
【圖文】：

圖 1.1 GPS SPS PS 標準定位性能指標體系演變圖[10]BDS 評估指標體系斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)于 2013 年 12 月發(fā)布了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)公開性能服務規(guī)BDS-OS-PS-1.0），形成了初步的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)公開服務性能評估指標北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)公開性能服務規(guī)范的指標體系如圖 1.2 所示。

圖 1.1 GPS SPS PS 標準定位性能指標體系演變圖[10]估指標體系星導航系統(tǒng)于 2013 年 12 月發(fā)布了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)公開性能服OS-PS-1.0），形成了初步的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)公開服務性能評估衛(wèi)星導航系統(tǒng)公開性能服務規(guī)范的指標體系如圖 1.2 所示。
【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P228.4

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本文編號：2641085