北斗卫星导航系统服务性能指标分析 北斗卫星导航系统服务性能指标分析 摘要：北斗卫星导航系统服务性能指标是北斗卫星导航系统的关键技术指标，表示北斗导航卫星所能提供的服 务水平。主要从覆盖性、精度、可用性、完好性和连续性几个方面来构建其指标体系；然后依据各个指标之间 的相互关系，初步构建二级性能指标；最后通过软件仿真，对其性能进行了分析。 　　0 引言 　　北斗卫星导 航系统是我国自主建设、独立运行，并与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统。北斗卫星导航 系统建成后将为全球用户提供卫星定位、导航和授时服务，并为我国及周边地区用户提供定位精度1 m 的广域 差分服务和120个汉字/次的短报文通信服务。北斗卫星导航系统的性能指标是描述其性能优劣的直接表述，它 集合了 　　摘要：北斗卫星导航系统服务性能指标是北斗卫星导航系统的关键技术指标，表示北斗导航卫星所能提供的服务水平。主 要从覆盖性、精度、可用性、完好性和连续性几个方面来构建其指标体系；然后依据各个指标之间的相互关系，初步构建二级 性能指标；最后通过软件仿真，对其性能进行了分析。 　　0 引言 　　北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行，并与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统。北斗卫星导航 系统建成后将为全球用户提供卫星定位、导航和授时服务，并为我国及周边地区用户提供定位精度1 m 的广域差分服务和120 个汉字/次的短报文通信服务。北斗卫星导航系统的性能指标是描述其性能优劣的直接表述，它集合了卫星导航系统所有的性 能参数，也是了解和衡量它的最直接窗口。完整的北斗卫星导航系统性能指标规范，也是向广大用户宣传北斗，推广北斗的最 有力工具，对指导北斗系统建设也有重要的借鉴意义。本文在详细介绍北斗卫星导航系统性能指标的基础上，依据各个指标之 间的相互关系，进一步构建其二级性能指标。 　　1 北斗卫星导航系统性能指标 　　北斗系统服务指标体系从系统提供给普通用户和授权用户的服务入手，构建指标体系，初步构建体系框架图如图1所示。 　　 　　依据北斗卫星导航系统各个组成部分以及其相互关系，分解得到其二级性能指标，主要包括星座构型指标、空间信号指 标、信号传输指标、信息处理指标和用户终端性能指标等。 　　卫星导航系统性能指标的常见标准有：覆盖性、精度、完好性、几何因子、可用性、连续等。本文主要从覆盖性、几何精 度因子、完好性、可用性几个方面描述北斗卫星导航系统的性能指标。 　　1.1 覆盖性 　　覆盖范围是指定位服务空间信号可以满足特定精度要求的地球表面区域。覆盖范围分为单星覆盖范围和基准/可扩展星座 覆盖范围。它与覆盖重数紧密相关，覆盖重数是指卫星都健康可用（无故障）的情况下，服务区内导航用户可以接收到的卫星 数（在某一确定的卫星遮掩角下），卫星的空间分布（方位角）等；星座中有2颗卫星故障（最差组合）时，服务区内用户接 收的卫星数。覆盖重数表示方法有：无故障时，一定卫星遮掩角下的平均可见星数，95%平均可见星数，最大可见星数，最少 可见星数，可见星数直方图等；2颗故障时，平均可见星数，95%平均可见星数，最大可见星数，最少可见星数等。 　　1.2 几何精度因子 

　　根据我国北斗二代卫星导航系统的特点，是由分布在不同轨道高度的异质卫星组成的混合星座导航系统，不同轨道卫星定 轨误差不同，用户得到的观测量精度也不相同，若仍假设观测值具有相同的精度，直接利用几何精度因子（GDOP）进行分析 就不能真实地反映定位精度，所以要引用加权几何精度因子（WGDOP）对我国二代卫星导航系统的定位精度进行分析。 　　假设伪距观测模型可表示如下： 　　 　　1.3 完好性 　　完好性是一个与系统可靠性密切相关的概念。北斗卫星导航系统的完好性，指的是导航系统所提供定位信息的可靠性，要 求在系统不能用于导航的情况下为用户提供及时和有效的警报。 　　北斗卫星导航系统完好性通常用以下4 个参数描述： 　　（1）保护限值。定位误差的最大幅值，当用户的定位误差超过这一限值时，系统向用户发出警报。 　　（2）告警时间。用户定位误差超过报警限值的时刻和系统向用户显示这一警报时刻的最大允许时间。 　　（3）最大虚警概率。系统无故障时所允许的最大告警概率。 　　（4）漏检概率。发生故障而没有检测到并向用户指示的故障概率。漏检概率有时也用最小可检测概率来等效表示。两者 之间的关系是：漏检概率=1-最小可检测概率。 　　目前导航卫星完好性监测方法通常有3 种，即接收机自主完好性监测（Receiver Autonomous IntegrityMonitoring,RAIM）、地面完好性通道（Ground IntegrityChannel,GIC）和卫星自主完好性监测（Satellite Autono? 　　mous Integrity Monitoring,SAIM）。 　　1.4 可用性 　　可用性是指用户利用北斗卫星导航系统进行导航定位的可用时间的百分比，即北斗卫星导航系统同时满足精度和完好性要 求的可能性。可用性是北斗系统在某一指定覆盖区域内提供可以使用的导航服务能力的标志。不同用户所处的位置不同，不同 的观测时间，可视导航卫星的几何结构和观测误差就不同，因而不同时空点的系统可用性就不同。某一位置某一时间点的可用 性称为瞬时可用性，同一位置不同时间的可用性称为单点可用性，某一服务区不同单点可用性称为服务区可用性。可用性还可 以用多种方式描述，如单星可用性和星座可用性，精度可用性和完好性可用性等。单星的可用性可详细地分为以下三种： 　　（1）瞬时可用性（Instantaneous Availability）：指卫星瞬间保持正常工作的概率。 　　（2）平均可用性（Mean Availability）：指卫星在某段时间内保持正常工作的概率。 　　（3）稳态可用性（Steady Availability）：指卫星长期使用时的可用性，它是用户比较关心的指标。 　　1.5 仿真分析 　　本文仿真的星座结构为5颗GEO卫星、3颗IGSO卫星和27颗MEO卫星。仿真星座的卫星星下点轨迹如图2所示。 

　　 　　图3所示结果表明仿真星座构型下，北斗卫星导航系统在亚太地区的卫星平均可见数达到16颗，能很好地覆盖亚太地区。 　　 　　仿真星座构型下的平均DOP值如图4~图6所示。 　　 

　　 　　 　　从图4~图6可以看出，仿真星座构型下北斗系统的平均DOP值都小于3,定位精度良好。特别是在亚太地区，定位精度更 高。 　　2 结语 　　北斗卫星导航系统正处于全面建设时期，它的建设目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠覆盖全球的导航 系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各 行业的广泛应用。“北斗” 　　全球卫星导航系统建成后，中国军队也将拥有自己的全球卫星导航手段，车辆、单兵、舰船乃至高速移动的飞机和导弹都 可以应用，我国的北斗卫星导航系统也会积极融入国际社会这个大舞台，推动国际交流与合作，让广大用户了解北斗、使用北 斗、推广北斗。我们也将积极实现北斗卫星导航系统与世界其他卫星导航系统的兼容与互操作，为全球用户提供高性能、高可 靠的定位、导航与授时服务。