STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)對GPS導(dǎo)航性能增強(qiáng)研究

黃曉雯

摘 要 隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)也經(jīng)過了不斷的改革與創(chuàng)新，我國新研究的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，是我國導(dǎo)航系統(tǒng)中重要的研究成果，STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，可以增加我國導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，得到更為精準(zhǔn)的定位導(dǎo)航。在STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的作用下，實(shí)現(xiàn)了PDOP數(shù)據(jù)的仿真。文章根據(jù)其仿真結(jié)果進(jìn)行分析，研究STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)對GPS導(dǎo)航性能增強(qiáng)的重要意義。

關(guān)鍵詞 STK；北斗導(dǎo)航系統(tǒng)；GPS導(dǎo)航；性能；研究

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）01-0019-01

GPS的全稱為全球定位系統(tǒng)。GPS主要為海、陸、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)性、全方位、全天候及全球性的導(dǎo)航服務(wù)，為一些重要的軍事項(xiàng)目進(jìn)行收集情報(bào)信息、監(jiān)測核彈爆炸和提供緊急報(bào)警等。GPS還被廣泛的應(yīng)用于生活中，例如應(yīng)用GPS系統(tǒng)對駕駛的車輛進(jìn)行定位、防盜、反劫，并提供行車線路及指揮呼叫等。而隨著我國先進(jìn)技術(shù)的不斷出現(xiàn)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)也由此出現(xiàn)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的重要組成部分，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自行研究的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，是在美國研究出的全球定位系統(tǒng)和俄國的GLONASS之后的第三大已經(jīng)非常成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。將STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用在GPS導(dǎo)航中，可以有效的增強(qiáng)GPS的性能，使GPS導(dǎo)航的定位性能更加精準(zhǔn)，定位導(dǎo)航更加穩(wěn)定，使更多的GPS導(dǎo)航用戶在使用時(shí)更加方便。下面以第一代的北斗雙星為例，對GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中的PDOP的變化情況進(jìn)行分析，研究STK北斗導(dǎo)航對GPS導(dǎo)航性能增強(qiáng)的重要作用。

1 STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的區(qū)別

STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是中國正式進(jìn)行自主研發(fā)的、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其主要由空間端、地面端和用戶端三部分構(gòu)成，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并具有短報(bào)文通信能力，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш?、定位和授時(shí)能力，定位精度優(yōu)于20 m，授時(shí)精度優(yōu)于100ns。2012年12月27日，北斗系統(tǒng)空間信號接口控制文件正式版正式公布，北斗導(dǎo)航業(yè)務(wù)正式對亞太地區(qū)提供無源定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)。北斗系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)有很大的差別，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①導(dǎo)航系統(tǒng)的覆蓋面不同。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是全球性的定位系統(tǒng)，其覆蓋范圍也是全球性的，可以覆蓋到全球的每一個角落，而北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是區(qū)間導(dǎo)航系統(tǒng)，其覆蓋范圍比較具有局限性，是部分導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其主要是對我國以及周圍一些地方的覆蓋；②定位的理論基礎(chǔ)不同。北斗導(dǎo)航主要應(yīng)用的是雙星式定位，主動式雙向測距二維導(dǎo)航。而GPS系統(tǒng)采用的是被動式偽碼單向測距三維導(dǎo)航；③導(dǎo)航用戶數(shù)量不同。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)主要是詢問——應(yīng)答系統(tǒng)，用戶的數(shù)量是有限的，主要由信號傳遞速率和信號回應(yīng)效率決定。而GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶數(shù)量是沒有限制的；④導(dǎo)航所涉及的地形因素的影響。地形的變化對北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的影響不是很大，因?yàn)楸倍穼?dǎo)航衛(wèi)星的仰角高不能被擋住，而GPS導(dǎo)航系統(tǒng)很容易受到不同地形因素的影響，地形的改變導(dǎo)致GPS無法進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。然而，將二者進(jìn)行有效的結(jié)合后，使GPS定位系統(tǒng)可以不受外界地形的影響，而更加準(zhǔn)確的進(jìn)行系統(tǒng)定位。

2 對導(dǎo)航系統(tǒng)中的DOP進(jìn)行分析

DOP因子也就是精度衰減因子，DOP在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中有重要的作用，是系統(tǒng)進(jìn)行合理定位的主要參數(shù)。DOP也有其影響因素，主要有接收信號設(shè)備的形狀和被接收信號的衛(wèi)星，因此，根據(jù)DOP的數(shù)值可以準(zhǔn)確的計(jì)算出星座的位置。DOP的數(shù)值越小，表示衛(wèi)星有比較準(zhǔn)確的位置以及比較高的精度，而DOP的數(shù)值越大表明衛(wèi)星有不精確的位置以及比較低的精度。精度衰減因子分為幾何精度因子（GDOP）、位置精度因子（PDOP）、水平精度因子（HDOP）、垂直精度因子（VDOP）和時(shí)間精度因子（TDOP）幾種。對于衛(wèi)星導(dǎo)航中的定位誤差，主要由接收信號設(shè)備的等效測距誤差及DOP決定。二者的關(guān)系如以下的公式：

其中，cos代表衛(wèi)星位置的協(xié)方差，是等效測距誤差方差，是GDOP。

如果

在這個矩陣中：。

（x0、y0、z0）為接收信號設(shè)備的位置，（xi、yi、zi）為第i顆可見衛(wèi)星的位置，ρi0是第i顆衛(wèi)星與接收信號設(shè)備之間的距離。有矩陣可以看出，精度衰減因子DOP影響著導(dǎo)航定位系統(tǒng)中的可見衛(wèi)星的幾何位置，二者有著不可分割的聯(lián)系?？梢?，根據(jù)GDOP或PDOP可以來計(jì)算出接收信號設(shè)備的定位精度。

當(dāng)PDOP的取值大約為1時(shí)，表明衛(wèi)星的定位位置非常精準(zhǔn)，當(dāng)PDOP大于6以后，表明定位出現(xiàn)偏差，并且偏離實(shí)際的定位誤差值，這樣的定位非常不精準(zhǔn)，需要進(jìn)行重新的定位?？梢钥闯?，PDOP的值對GPS的定位有不同程度的影響，GPS定位人員可以根據(jù)減小PDOP的數(shù)值來提高定位系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，以此增強(qiáng)GPS的定位系統(tǒng)性能。

3 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)對GPS性能增強(qiáng)的仿真分析

首先進(jìn)行基于STK的仿真設(shè)計(jì)，通過上述對PDOP的數(shù)值對衛(wèi)星定位系統(tǒng)的影響進(jìn)行分析之后，應(yīng)用STK模擬GPS衛(wèi)星和北斗雙星，觀察將北斗雙星加入GPS的前后的數(shù)值變化效果。在這個過程中，對我國主要的部分城市進(jìn)行全天的PDOP數(shù)值的計(jì)算與觀察。結(jié)果如表1。

表1 對我國部分城市的PDOP值的分析表

由表1可以看出，STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)的結(jié)合，可以使PDOP的值降低，可以有效的提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，使系統(tǒng)的定位精度升高，定位更加準(zhǔn)確。

4 結(jié)束語

STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)中較為先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)。STK北斗導(dǎo)航與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的完美結(jié)合，可以有效的增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，提高系統(tǒng)定位的精度，使GPS定位系統(tǒng)的定位更準(zhǔn)確。本文應(yīng)用STK的仿真技術(shù)對我國各大城市的PDOP數(shù)值進(jìn)行分析，通過DPOP數(shù)值的變化情況可以發(fā)現(xiàn)，北斗導(dǎo)航對我國GPS系統(tǒng)有重要的影響，北斗導(dǎo)航的加入，使得GPS系統(tǒng)的性能增強(qiáng)，定位更加精準(zhǔn)。因此，利用STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)合，應(yīng)用到我國的各個領(lǐng)域，對我國的發(fā)展有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]陳澤偉，杜明華.走進(jìn)“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星[J].國際太空，2010，4（3）：48-53.

[2]侯倩，張孟陽，張春澤.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢[J].國際太空，2010，5（3）：82-86.

[3]羽佳.雙星定位法與北斗1號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)[J].航天返回與遙感，2012，2（2）：98-104.

[4]陳芳允，劉志遠(yuǎn)，馮汝明，解志超.發(fā)展我國的星基定位通信系統(tǒng)[J].中國空間科學(xué)技術(shù)，2010，4（3）：48-53.

[5]徐慨，陳蕓.基于“北斗”衛(wèi)星定位系統(tǒng)的艦船監(jiān)控系統(tǒng)[J].聲學(xué)與電子工程，2010，5（3）：82-86.endprint

摘 要 隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)也經(jīng)過了不斷的改革與創(chuàng)新，我國新研究的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，是我國導(dǎo)航系統(tǒng)中重要的研究成果，STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，可以增加我國導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，得到更為精準(zhǔn)的定位導(dǎo)航。在STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的作用下，實(shí)現(xiàn)了PDOP數(shù)據(jù)的仿真。文章根據(jù)其仿真結(jié)果進(jìn)行分析，研究STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)對GPS導(dǎo)航性能增強(qiáng)的重要意義。

關(guān)鍵詞 STK；北斗導(dǎo)航系統(tǒng)；GPS導(dǎo)航；性能；研究

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）01-0019-01

GPS的全稱為全球定位系統(tǒng)。GPS主要為海、陸、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)性、全方位、全天候及全球性的導(dǎo)航服務(wù)，為一些重要的軍事項(xiàng)目進(jìn)行收集情報(bào)信息、監(jiān)測核彈爆炸和提供緊急報(bào)警等。GPS還被廣泛的應(yīng)用于生活中，例如應(yīng)用GPS系統(tǒng)對駕駛的車輛進(jìn)行定位、防盜、反劫，并提供行車線路及指揮呼叫等。而隨著我國先進(jìn)技術(shù)的不斷出現(xiàn)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)也由此出現(xiàn)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的重要組成部分，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自行研究的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，是在美國研究出的全球定位系統(tǒng)和俄國的GLONASS之后的第三大已經(jīng)非常成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。將STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用在GPS導(dǎo)航中，可以有效的增強(qiáng)GPS的性能，使GPS導(dǎo)航的定位性能更加精準(zhǔn)，定位導(dǎo)航更加穩(wěn)定，使更多的GPS導(dǎo)航用戶在使用時(shí)更加方便。下面以第一代的北斗雙星為例，對GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中的PDOP的變化情況進(jìn)行分析，研究STK北斗導(dǎo)航對GPS導(dǎo)航性能增強(qiáng)的重要作用。

1 STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的區(qū)別

STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是中國正式進(jìn)行自主研發(fā)的、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其主要由空間端、地面端和用戶端三部分構(gòu)成，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并具有短報(bào)文通信能力，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш?、定位和授時(shí)能力，定位精度優(yōu)于20 m，授時(shí)精度優(yōu)于100ns。2012年12月27日，北斗系統(tǒng)空間信號接口控制文件正式版正式公布，北斗導(dǎo)航業(yè)務(wù)正式對亞太地區(qū)提供無源定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)。北斗系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)有很大的差別，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①導(dǎo)航系統(tǒng)的覆蓋面不同。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是全球性的定位系統(tǒng)，其覆蓋范圍也是全球性的，可以覆蓋到全球的每一個角落，而北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是區(qū)間導(dǎo)航系統(tǒng)，其覆蓋范圍比較具有局限性，是部分導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其主要是對我國以及周圍一些地方的覆蓋；②定位的理論基礎(chǔ)不同。北斗導(dǎo)航主要應(yīng)用的是雙星式定位，主動式雙向測距二維導(dǎo)航。而GPS系統(tǒng)采用的是被動式偽碼單向測距三維導(dǎo)航；③導(dǎo)航用戶數(shù)量不同。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)主要是詢問——應(yīng)答系統(tǒng)，用戶的數(shù)量是有限的，主要由信號傳遞速率和信號回應(yīng)效率決定。而GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶數(shù)量是沒有限制的；④導(dǎo)航所涉及的地形因素的影響。地形的變化對北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的影響不是很大，因?yàn)楸倍穼?dǎo)航衛(wèi)星的仰角高不能被擋住，而GPS導(dǎo)航系統(tǒng)很容易受到不同地形因素的影響，地形的改變導(dǎo)致GPS無法進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。然而，將二者進(jìn)行有效的結(jié)合后，使GPS定位系統(tǒng)可以不受外界地形的影響，而更加準(zhǔn)確的進(jìn)行系統(tǒng)定位。

2 對導(dǎo)航系統(tǒng)中的DOP進(jìn)行分析

DOP因子也就是精度衰減因子，DOP在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中有重要的作用，是系統(tǒng)進(jìn)行合理定位的主要參數(shù)。DOP也有其影響因素，主要有接收信號設(shè)備的形狀和被接收信號的衛(wèi)星，因此，根據(jù)DOP的數(shù)值可以準(zhǔn)確的計(jì)算出星座的位置。DOP的數(shù)值越小，表示衛(wèi)星有比較準(zhǔn)確的位置以及比較高的精度，而DOP的數(shù)值越大表明衛(wèi)星有不精確的位置以及比較低的精度。精度衰減因子分為幾何精度因子（GDOP）、位置精度因子（PDOP）、水平精度因子（HDOP）、垂直精度因子（VDOP）和時(shí)間精度因子（TDOP）幾種。對于衛(wèi)星導(dǎo)航中的定位誤差，主要由接收信號設(shè)備的等效測距誤差及DOP決定。二者的關(guān)系如以下的公式：

其中，cos代表衛(wèi)星位置的協(xié)方差，是等效測距誤差方差，是GDOP。

如果

在這個矩陣中：。

（x0、y0、z0）為接收信號設(shè)備的位置，（xi、yi、zi）為第i顆可見衛(wèi)星的位置，ρi0是第i顆衛(wèi)星與接收信號設(shè)備之間的距離。有矩陣可以看出，精度衰減因子DOP影響著導(dǎo)航定位系統(tǒng)中的可見衛(wèi)星的幾何位置，二者有著不可分割的聯(lián)系?？梢姡鶕?jù)GDOP或PDOP可以來計(jì)算出接收信號設(shè)備的定位精度。

當(dāng)PDOP的取值大約為1時(shí)，表明衛(wèi)星的定位位置非常精準(zhǔn)，當(dāng)PDOP大于6以后，表明定位出現(xiàn)偏差，并且偏離實(shí)際的定位誤差值，這樣的定位非常不精準(zhǔn)，需要進(jìn)行重新的定位?？梢钥闯?，PDOP的值對GPS的定位有不同程度的影響，GPS定位人員可以根據(jù)減小PDOP的數(shù)值來提高定位系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，以此增強(qiáng)GPS的定位系統(tǒng)性能。

3 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)對GPS性能增強(qiáng)的仿真分析

首先進(jìn)行基于STK的仿真設(shè)計(jì)，通過上述對PDOP的數(shù)值對衛(wèi)星定位系統(tǒng)的影響進(jìn)行分析之后，應(yīng)用STK模擬GPS衛(wèi)星和北斗雙星，觀察將北斗雙星加入GPS的前后的數(shù)值變化效果。在這個過程中，對我國主要的部分城市進(jìn)行全天的PDOP數(shù)值的計(jì)算與觀察。結(jié)果如表1。

表1 對我國部分城市的PDOP值的分析表

由表1可以看出，STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)的結(jié)合，可以使PDOP的值降低，可以有效的提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，使系統(tǒng)的定位精度升高，定位更加準(zhǔn)確。

4 結(jié)束語

STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)中較為先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)。STK北斗導(dǎo)航與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的完美結(jié)合，可以有效的增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，提高系統(tǒng)定位的精度，使GPS定位系統(tǒng)的定位更準(zhǔn)確。本文應(yīng)用STK的仿真技術(shù)對我國各大城市的PDOP數(shù)值進(jìn)行分析，通過DPOP數(shù)值的變化情況可以發(fā)現(xiàn)，北斗導(dǎo)航對我國GPS系統(tǒng)有重要的影響，北斗導(dǎo)航的加入，使得GPS系統(tǒng)的性能增強(qiáng)，定位更加精準(zhǔn)。因此，利用STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)合，應(yīng)用到我國的各個領(lǐng)域，對我國的發(fā)展有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]陳澤偉，杜明華.走進(jìn)“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星[J].國際太空，2010，4（3）：48-53.

[2]侯倩，張孟陽，張春澤.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢[J].國際太空，2010，5（3）：82-86.

[3]羽佳.雙星定位法與北斗1號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)[J].航天返回與遙感，2012，2（2）：98-104.

[4]陳芳允，劉志遠(yuǎn)，馮汝明，解志超.發(fā)展我國的星基定位通信系統(tǒng)[J].中國空間科學(xué)技術(shù)，2010，4（3）：48-53.

[5]徐慨，陳蕓.基于“北斗”衛(wèi)星定位系統(tǒng)的艦船監(jiān)控系統(tǒng)[J].聲學(xué)與電子工程，2010，5（3）：82-86.endprint

摘 要 隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)也經(jīng)過了不斷的改革與創(chuàng)新，我國新研究的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，是我國導(dǎo)航系統(tǒng)中重要的研究成果，STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，可以增加我國導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，得到更為精準(zhǔn)的定位導(dǎo)航。在STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的作用下，實(shí)現(xiàn)了PDOP數(shù)據(jù)的仿真。文章根據(jù)其仿真結(jié)果進(jìn)行分析，研究STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)對GPS導(dǎo)航性能增強(qiáng)的重要意義。

關(guān)鍵詞 STK；北斗導(dǎo)航系統(tǒng)；GPS導(dǎo)航；性能；研究

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）01-0019-01

GPS的全稱為全球定位系統(tǒng)。GPS主要為海、陸、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)性、全方位、全天候及全球性的導(dǎo)航服務(wù)，為一些重要的軍事項(xiàng)目進(jìn)行收集情報(bào)信息、監(jiān)測核彈爆炸和提供緊急報(bào)警等。GPS還被廣泛的應(yīng)用于生活中，例如應(yīng)用GPS系統(tǒng)對駕駛的車輛進(jìn)行定位、防盜、反劫，并提供行車線路及指揮呼叫等。而隨著我國先進(jìn)技術(shù)的不斷出現(xiàn)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)也由此出現(xiàn)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的重要組成部分，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自行研究的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，是在美國研究出的全球定位系統(tǒng)和俄國的GLONASS之后的第三大已經(jīng)非常成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。將STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用在GPS導(dǎo)航中，可以有效的增強(qiáng)GPS的性能，使GPS導(dǎo)航的定位性能更加精準(zhǔn)，定位導(dǎo)航更加穩(wěn)定，使更多的GPS導(dǎo)航用戶在使用時(shí)更加方便。下面以第一代的北斗雙星為例，對GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中的PDOP的變化情況進(jìn)行分析，研究STK北斗導(dǎo)航對GPS導(dǎo)航性能增強(qiáng)的重要作用。

1 STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的區(qū)別

STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是中國正式進(jìn)行自主研發(fā)的、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其主要由空間端、地面端和用戶端三部分構(gòu)成，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并具有短報(bào)文通信能力，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш健⒍ㄎ缓褪跁r(shí)能力，定位精度優(yōu)于20 m，授時(shí)精度優(yōu)于100ns。2012年12月27日，北斗系統(tǒng)空間信號接口控制文件正式版正式公布，北斗導(dǎo)航業(yè)務(wù)正式對亞太地區(qū)提供無源定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)。北斗系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)有很大的差別，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①導(dǎo)航系統(tǒng)的覆蓋面不同。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是全球性的定位系統(tǒng)，其覆蓋范圍也是全球性的，可以覆蓋到全球的每一個角落，而北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是區(qū)間導(dǎo)航系統(tǒng)，其覆蓋范圍比較具有局限性，是部分導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其主要是對我國以及周圍一些地方的覆蓋；②定位的理論基礎(chǔ)不同。北斗導(dǎo)航主要應(yīng)用的是雙星式定位，主動式雙向測距二維導(dǎo)航。而GPS系統(tǒng)采用的是被動式偽碼單向測距三維導(dǎo)航；③導(dǎo)航用戶數(shù)量不同。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)主要是詢問——應(yīng)答系統(tǒng)，用戶的數(shù)量是有限的，主要由信號傳遞速率和信號回應(yīng)效率決定。而GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶數(shù)量是沒有限制的；④導(dǎo)航所涉及的地形因素的影響。地形的變化對北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的影響不是很大，因?yàn)楸倍穼?dǎo)航衛(wèi)星的仰角高不能被擋住，而GPS導(dǎo)航系統(tǒng)很容易受到不同地形因素的影響，地形的改變導(dǎo)致GPS無法進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。然而，將二者進(jìn)行有效的結(jié)合后，使GPS定位系統(tǒng)可以不受外界地形的影響，而更加準(zhǔn)確的進(jìn)行系統(tǒng)定位。

2 對導(dǎo)航系統(tǒng)中的DOP進(jìn)行分析

DOP因子也就是精度衰減因子，DOP在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中有重要的作用，是系統(tǒng)進(jìn)行合理定位的主要參數(shù)。DOP也有其影響因素，主要有接收信號設(shè)備的形狀和被接收信號的衛(wèi)星，因此，根據(jù)DOP的數(shù)值可以準(zhǔn)確的計(jì)算出星座的位置。DOP的數(shù)值越小，表示衛(wèi)星有比較準(zhǔn)確的位置以及比較高的精度，而DOP的數(shù)值越大表明衛(wèi)星有不精確的位置以及比較低的精度。精度衰減因子分為幾何精度因子（GDOP）、位置精度因子（PDOP）、水平精度因子（HDOP）、垂直精度因子（VDOP）和時(shí)間精度因子（TDOP）幾種。對于衛(wèi)星導(dǎo)航中的定位誤差，主要由接收信號設(shè)備的等效測距誤差及DOP決定。二者的關(guān)系如以下的公式：

其中，cos代表衛(wèi)星位置的協(xié)方差，是等效測距誤差方差，是GDOP。

如果

在這個矩陣中：。

（x0、y0、z0）為接收信號設(shè)備的位置，（xi、yi、zi）為第i顆可見衛(wèi)星的位置，ρi0是第i顆衛(wèi)星與接收信號設(shè)備之間的距離。有矩陣可以看出，精度衰減因子DOP影響著導(dǎo)航定位系統(tǒng)中的可見衛(wèi)星的幾何位置，二者有著不可分割的聯(lián)系?？梢?，根據(jù)GDOP或PDOP可以來計(jì)算出接收信號設(shè)備的定位精度。

當(dāng)PDOP的取值大約為1時(shí)，表明衛(wèi)星的定位位置非常精準(zhǔn)，當(dāng)PDOP大于6以后，表明定位出現(xiàn)偏差，并且偏離實(shí)際的定位誤差值，這樣的定位非常不精準(zhǔn)，需要進(jìn)行重新的定位。可以看出，PDOP的值對GPS的定位有不同程度的影響，GPS定位人員可以根據(jù)減小PDOP的數(shù)值來提高定位系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，以此增強(qiáng)GPS的定位系統(tǒng)性能。

3 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)對GPS性能增強(qiáng)的仿真分析

首先進(jìn)行基于STK的仿真設(shè)計(jì)，通過上述對PDOP的數(shù)值對衛(wèi)星定位系統(tǒng)的影響進(jìn)行分析之后，應(yīng)用STK模擬GPS衛(wèi)星和北斗雙星，觀察將北斗雙星加入GPS的前后的數(shù)值變化效果。在這個過程中，對我國主要的部分城市進(jìn)行全天的PDOP數(shù)值的計(jì)算與觀察。結(jié)果如表1。

表1 對我國部分城市的PDOP值的分析表

由表1可以看出，STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)的結(jié)合，可以使PDOP的值降低，可以有效的提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，使系統(tǒng)的定位精度升高，定位更加準(zhǔn)確。

4 結(jié)束語

STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)中較為先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)。STK北斗導(dǎo)航與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的完美結(jié)合，可以有效的增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，提高系統(tǒng)定位的精度，使GPS定位系統(tǒng)的定位更準(zhǔn)確。本文應(yīng)用STK的仿真技術(shù)對我國各大城市的PDOP數(shù)值進(jìn)行分析，通過DPOP數(shù)值的變化情況可以發(fā)現(xiàn)，北斗導(dǎo)航對我國GPS系統(tǒng)有重要的影響，北斗導(dǎo)航的加入，使得GPS系統(tǒng)的性能增強(qiáng)，定位更加精準(zhǔn)。因此，利用STK北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)合，應(yīng)用到我國的各個領(lǐng)域，對我國的發(fā)展有重要意義。

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