北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)URE與定位精度分析

賈蕊溪　董緒榮　尚晨　王軍

摘 要： 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已具有區(qū)域無(wú)源導(dǎo)航能力，為了研究當(dāng)前可用星座情況下的系統(tǒng)定位精度，首先分析用戶等效測(cè)距誤差（UERE）結(jié)合精度因子（DOP）值的精度評(píng)估方法計(jì)算模型，然后利用上述方法采用實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比分析了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)一段時(shí)間內(nèi)的靜態(tài)定位精度。通過(guò)分析得出，在該段時(shí)間內(nèi)北斗系統(tǒng)定位精度在水平方向上誤差優(yōu)于5 m，在高程方向上誤差優(yōu)于15 m。

關(guān)鍵詞： 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)； 定位精度； UERE； URE

中圖分類號(hào)： TN967.1?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）17?0026?03

Abstract： Beidou satellite navigation system has possessed a regional passive navigation capability. In order to study the positioning accuracy of Beidou system in the case of currently available constellations， the calculation model of the user equivalent range error （UERE） and accuracy assessment method combining dilution of precision （DOP） value is analyzed in this paper. By using the above method and the actual data， the static positioning accuracy in a period of time of Beidou system and GPS system is compared and analyzed. The analysis result indicates that， during this period， Beidou system positioning accuracy error is less than 5 m in the horizontal direction and 15 m in height direction.

Keywords： Beidou navigation system； positioning accuracy； UERE； URE

0 引 言

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度定義為用戶在定位過(guò)程中實(shí)際達(dá)到的精度。開展導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度的分析可為導(dǎo)航用戶在使用其服務(wù)時(shí)提供可靠的決策支持信息，同時(shí)能促進(jìn)系統(tǒng)的全面建設(shè)。描述導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度的方法有很多種，比較常用的有圓概率誤差（CEP）、2倍距離均方根誤差（2DRMS）、二維水平標(biāo)準(zhǔn)差等，其他方法還包括簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)描述[1]。本文采用用戶等效測(cè)距誤差（User Equivalent Range Error，UERE）結(jié)合精度因子（Dilution of Precision，DOP）值精度評(píng)估方法對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)一段時(shí)間內(nèi)的靜態(tài)定位精度進(jìn)行分析。

3 實(shí)驗(yàn)分析

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的導(dǎo)航定位精度的計(jì)算一般在95%的置信概率下，由UERE與DOP值相乘得到[8]。計(jì)算公式如下：

95%導(dǎo)航定位精度≈95%UERE×DOP

本文采用司南導(dǎo)航公司生產(chǎn)的K505 GPS/BDS雙系統(tǒng)5頻高精度GNSS板卡和司南導(dǎo)航AT301天線等實(shí)驗(yàn)設(shè)備，接收了北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)2012年11月28日7：40—11：10的靜態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)上述模型和算法對(duì)北斗系統(tǒng)定位精度進(jìn)行了分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1，圖2所示。

圖1和圖2分別是北斗和GPS雙頻靜態(tài)數(shù)據(jù)處理的定位精度結(jié)果，具體結(jié)果見表1，三個(gè)方向的結(jié)果都為平均值，單位為m。從表1中可以看出，不論北斗系統(tǒng)還是GPS系統(tǒng)雙頻靜態(tài)數(shù)據(jù)，E方向和N方向的定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于U方向。從上述依次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，北斗區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)的定位精度水平方向上優(yōu)于5 m，在高程方向上優(yōu)于15 m，這與GPS全球定位系統(tǒng)的定位精度還有一定的差距，主要是由于GEO星上多徑的影響，導(dǎo)致消電離層組合噪聲增大，影響定位精度，需要在以后的研究中改進(jìn)相關(guān)算法和模型。

參考文獻(xiàn)

[1] 李征航，黃勁松.GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.

[2] 汪捷，歐陽(yáng)文，趙學(xué)軍.GPS服務(wù)空域內(nèi)導(dǎo)航精度性能仿真評(píng)估[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，36（6）：635?639.

[3] 文援蘭，蘇天祥，符京揚(yáng).衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)URE計(jì)算方法研究[C]//CSNC2013第四屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.武漢：國(guó)防科技大學(xué)航天科學(xué)與工程學(xué)院，2013：365?368.

[4] BDS?SIS?ICD. BeiDou navigation satellite system signal in space interface controldocument open service signal B1I （Version 1.0） [S]. China： China Satellite Navigation Office， 2012.

[5] 謝鋼.GPS原理與接收機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[6] 宋淑麗，朱文耀，陳欽明，等.中國(guó)區(qū)域?qū)α鲗友舆t修正模型（SHAO）的初步建立[C]//CSNC2010第一屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.北京：中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)組委會(huì)，2010：173?177.

[7] 寇艷紅.GPS原理與應(yīng)用[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[8] GPS NAVSTAR. SPS?performance?standard [S]. USA： Department of Defense， 2008.

[9] 叢麗，ABIDAT A I，談?wù)怪?衛(wèi)星導(dǎo)航幾何因子的分析與仿真[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2008，30（10）：1914?1917.

[10] 周廣永，李良良.基于STK的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)DOP值仿真[J].地理空間信息，2009，7（3）：102?104.

摘 要： 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已具有區(qū)域無(wú)源導(dǎo)航能力，為了研究當(dāng)前可用星座情況下的系統(tǒng)定位精度，首先分析用戶等效測(cè)距誤差（UERE）結(jié)合精度因子（DOP）值的精度評(píng)估方法計(jì)算模型，然后利用上述方法采用實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比分析了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)一段時(shí)間內(nèi)的靜態(tài)定位精度。通過(guò)分析得出，在該段時(shí)間內(nèi)北斗系統(tǒng)定位精度在水平方向上誤差優(yōu)于5 m，在高程方向上誤差優(yōu)于15 m。

關(guān)鍵詞： 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)； 定位精度； UERE； URE

中圖分類號(hào)： TN967.1?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）17?0026?03

Abstract： Beidou satellite navigation system has possessed a regional passive navigation capability. In order to study the positioning accuracy of Beidou system in the case of currently available constellations， the calculation model of the user equivalent range error （UERE） and accuracy assessment method combining dilution of precision （DOP） value is analyzed in this paper. By using the above method and the actual data， the static positioning accuracy in a period of time of Beidou system and GPS system is compared and analyzed. The analysis result indicates that， during this period， Beidou system positioning accuracy error is less than 5 m in the horizontal direction and 15 m in height direction.

Keywords： Beidou navigation system； positioning accuracy； UERE； URE

0 引 言

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度定義為用戶在定位過(guò)程中實(shí)際達(dá)到的精度。開展導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度的分析可為導(dǎo)航用戶在使用其服務(wù)時(shí)提供可靠的決策支持信息，同時(shí)能促進(jìn)系統(tǒng)的全面建設(shè)。描述導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度的方法有很多種，比較常用的有圓概率誤差（CEP）、2倍距離均方根誤差（2DRMS）、二維水平標(biāo)準(zhǔn)差等，其他方法還包括簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)描述[1]。本文采用用戶等效測(cè)距誤差（User Equivalent Range Error，UERE）結(jié)合精度因子（Dilution of Precision，DOP）值精度評(píng)估方法對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)一段時(shí)間內(nèi)的靜態(tài)定位精度進(jìn)行分析。

3 實(shí)驗(yàn)分析

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的導(dǎo)航定位精度的計(jì)算一般在95%的置信概率下，由UERE與DOP值相乘得到[8]。計(jì)算公式如下：

95%導(dǎo)航定位精度≈95%UERE×DOP

本文采用司南導(dǎo)航公司生產(chǎn)的K505 GPS/BDS雙系統(tǒng)5頻高精度GNSS板卡和司南導(dǎo)航AT301天線等實(shí)驗(yàn)設(shè)備，接收了北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)2012年11月28日7：40—11：10的靜態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)上述模型和算法對(duì)北斗系統(tǒng)定位精度進(jìn)行了分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1，圖2所示。

圖1和圖2分別是北斗和GPS雙頻靜態(tài)數(shù)據(jù)處理的定位精度結(jié)果，具體結(jié)果見表1，三個(gè)方向的結(jié)果都為平均值，單位為m。從表1中可以看出，不論北斗系統(tǒng)還是GPS系統(tǒng)雙頻靜態(tài)數(shù)據(jù)，E方向和N方向的定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于U方向。從上述依次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，北斗區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)的定位精度水平方向上優(yōu)于5 m，在高程方向上優(yōu)于15 m，這與GPS全球定位系統(tǒng)的定位精度還有一定的差距，主要是由于GEO星上多徑的影響，導(dǎo)致消電離層組合噪聲增大，影響定位精度，需要在以后的研究中改進(jìn)相關(guān)算法和模型。

參考文獻(xiàn)

[1] 李征航，黃勁松.GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.

[2] 汪捷，歐陽(yáng)文，趙學(xué)軍.GPS服務(wù)空域內(nèi)導(dǎo)航精度性能仿真評(píng)估[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，36（6）：635?639.

[3] 文援蘭，蘇天祥，符京揚(yáng).衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)URE計(jì)算方法研究[C]//CSNC2013第四屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.武漢：國(guó)防科技大學(xué)航天科學(xué)與工程學(xué)院，2013：365?368.

[4] BDS?SIS?ICD. BeiDou navigation satellite system signal in space interface controldocument open service signal B1I （Version 1.0） [S]. China： China Satellite Navigation Office， 2012.

[5] 謝鋼.GPS原理與接收機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[6] 宋淑麗，朱文耀，陳欽明，等.中國(guó)區(qū)域?qū)α鲗友舆t修正模型（SHAO）的初步建立[C]//CSNC2010第一屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.北京：中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)組委會(huì)，2010：173?177.

[7] 寇艷紅.GPS原理與應(yīng)用[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[8] GPS NAVSTAR. SPS?performance?standard [S]. USA： Department of Defense， 2008.

[9] 叢麗，ABIDAT A I，談?wù)怪?衛(wèi)星導(dǎo)航幾何因子的分析與仿真[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2008，30（10）：1914?1917.

[10] 周廣永，李良良.基于STK的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)DOP值仿真[J].地理空間信息，2009，7（3）：102?104.

摘 要： 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已具有區(qū)域無(wú)源導(dǎo)航能力，為了研究當(dāng)前可用星座情況下的系統(tǒng)定位精度，首先分析用戶等效測(cè)距誤差（UERE）結(jié)合精度因子（DOP）值的精度評(píng)估方法計(jì)算模型，然后利用上述方法采用實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比分析了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)一段時(shí)間內(nèi)的靜態(tài)定位精度。通過(guò)分析得出，在該段時(shí)間內(nèi)北斗系統(tǒng)定位精度在水平方向上誤差優(yōu)于5 m，在高程方向上誤差優(yōu)于15 m。

關(guān)鍵詞： 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)； 定位精度； UERE； URE

中圖分類號(hào)： TN967.1?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）17?0026?03

Abstract： Beidou satellite navigation system has possessed a regional passive navigation capability. In order to study the positioning accuracy of Beidou system in the case of currently available constellations， the calculation model of the user equivalent range error （UERE） and accuracy assessment method combining dilution of precision （DOP） value is analyzed in this paper. By using the above method and the actual data， the static positioning accuracy in a period of time of Beidou system and GPS system is compared and analyzed. The analysis result indicates that， during this period， Beidou system positioning accuracy error is less than 5 m in the horizontal direction and 15 m in height direction.

Keywords： Beidou navigation system； positioning accuracy； UERE； URE

0 引 言

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度定義為用戶在定位過(guò)程中實(shí)際達(dá)到的精度。開展導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度的分析可為導(dǎo)航用戶在使用其服務(wù)時(shí)提供可靠的決策支持信息，同時(shí)能促進(jìn)系統(tǒng)的全面建設(shè)。描述導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度的方法有很多種，比較常用的有圓概率誤差（CEP）、2倍距離均方根誤差（2DRMS）、二維水平標(biāo)準(zhǔn)差等，其他方法還包括簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)描述[1]。本文采用用戶等效測(cè)距誤差（User Equivalent Range Error，UERE）結(jié)合精度因子（Dilution of Precision，DOP）值精度評(píng)估方法對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)一段時(shí)間內(nèi)的靜態(tài)定位精度進(jìn)行分析。

3 實(shí)驗(yàn)分析

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的導(dǎo)航定位精度的計(jì)算一般在95%的置信概率下，由UERE與DOP值相乘得到[8]。計(jì)算公式如下：

95%導(dǎo)航定位精度≈95%UERE×DOP

本文采用司南導(dǎo)航公司生產(chǎn)的K505 GPS/BDS雙系統(tǒng)5頻高精度GNSS板卡和司南導(dǎo)航AT301天線等實(shí)驗(yàn)設(shè)備，接收了北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)2012年11月28日7：40—11：10的靜態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)上述模型和算法對(duì)北斗系統(tǒng)定位精度進(jìn)行了分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1，圖2所示。

圖1和圖2分別是北斗和GPS雙頻靜態(tài)數(shù)據(jù)處理的定位精度結(jié)果，具體結(jié)果見表1，三個(gè)方向的結(jié)果都為平均值，單位為m。從表1中可以看出，不論北斗系統(tǒng)還是GPS系統(tǒng)雙頻靜態(tài)數(shù)據(jù)，E方向和N方向的定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于U方向。從上述依次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，北斗區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)的定位精度水平方向上優(yōu)于5 m，在高程方向上優(yōu)于15 m，這與GPS全球定位系統(tǒng)的定位精度還有一定的差距，主要是由于GEO星上多徑的影響，導(dǎo)致消電離層組合噪聲增大，影響定位精度，需要在以后的研究中改進(jìn)相關(guān)算法和模型。

參考文獻(xiàn)

[1] 李征航，黃勁松.GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.

[2] 汪捷，歐陽(yáng)文，趙學(xué)軍.GPS服務(wù)空域內(nèi)導(dǎo)航精度性能仿真評(píng)估[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，36（6）：635?639.

[3] 文援蘭，蘇天祥，符京揚(yáng).衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)URE計(jì)算方法研究[C]//CSNC2013第四屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.武漢：國(guó)防科技大學(xué)航天科學(xué)與工程學(xué)院，2013：365?368.

[4] BDS?SIS?ICD. BeiDou navigation satellite system signal in space interface controldocument open service signal B1I （Version 1.0） [S]. China： China Satellite Navigation Office， 2012.

[5] 謝鋼.GPS原理與接收機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[6] 宋淑麗，朱文耀，陳欽明，等.中國(guó)區(qū)域?qū)α鲗友舆t修正模型（SHAO）的初步建立[C]//CSNC2010第一屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.北京：中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)組委會(huì)，2010：173?177.

[7] 寇艷紅.GPS原理與應(yīng)用[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[8] GPS NAVSTAR. SPS?performance?standard [S]. USA： Department of Defense， 2008.

[9] 叢麗，ABIDAT A I，談?wù)怪?衛(wèi)星導(dǎo)航幾何因子的分析與仿真[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2008，30（10）：1914?1917.

[10] 周廣永，李良良.基于STK的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)DOP值仿真[J].地理空間信息，2009，7（3）：102?104.