GNSS空間信號(hào)完好性評(píng)估與分析

鄭潔，潘士娟

（西安航天天繪數(shù)據(jù)技術(shù)有限公司，西安 710054）

0 引言

中國(guó)北斗衛(wèi)星系統(tǒng)正在迅速發(fā)展壯大，2012年底北斗二號(hào)系統(tǒng)完成14顆衛(wèi)星（5GEO+5IGSO+4MEO）入網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了亞太區(qū)域的服務(wù)覆蓋；2015年3月30日，新一代北斗試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射，北斗系統(tǒng)開啟了從區(qū)域服務(wù)向全球化擴(kuò)展的全新進(jìn)程；2020年6月23日，第55顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射成功，北斗三號(hào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了30顆衛(wèi)星（24MEO+3IGSO+3GEO）的全球組網(wǎng)目標(biāo)，北斗系統(tǒng)完成了三步走發(fā)展戰(zhàn)略的順利實(shí)施；2035年，北斗系統(tǒng)將完成下一代北斗系統(tǒng)星座組網(wǎng)，將建設(shè)完善更加泛在、更加融合、更加智能的綜合時(shí)空體系。隨著GNSS（Global Navigation Satellite System）的廣泛應(yīng)用，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正在迎接新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，提供服務(wù)及滿足需求的能力水平已成為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)行的重要問(wèn)題，而系統(tǒng)完好性監(jiān)測(cè)評(píng)估技術(shù)的研究也將具有越來(lái)越重要的現(xiàn)實(shí)意義。

完好性是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由于自身或外界的影響停止導(dǎo)航服務(wù)亦或保護(hù)級(jí)異常發(fā)出告警信號(hào)的情況下，系統(tǒng)能夠自我檢測(cè)與報(bào)警的能力。它是衡量導(dǎo)航系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，對(duì)于用戶的生命財(cái)產(chǎn)安全有著重大影響。隨著各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度大幅度提升，系統(tǒng)故障發(fā)生概率明顯增加，GNSS完好性監(jiān)測(cè)問(wèn)題成為越來(lái)越受關(guān)注的研究熱點(diǎn)，很多學(xué)者已對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的完好性評(píng)估做了比較深入的研究論證[1-12]，但是關(guān)于北斗三號(hào)衛(wèi)星的完好性性能評(píng)估研究較少。因此，本文在 GNSS空間信號(hào)完好性基本理論和評(píng)估方法研究的基礎(chǔ)上，采用針對(duì)北斗區(qū)域系統(tǒng)空間信號(hào)完好性的評(píng)估算法分析北斗三號(hào)衛(wèi)星完好性狀態(tài)，同時(shí)采用iGMAS（international GNSS Monitoring & Assessment System）數(shù)據(jù)中心的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行GNSS系統(tǒng)的空間信號(hào)完好性評(píng)估驗(yàn)證。

1 用戶等效測(cè)距誤差算法

用戶等效測(cè)距誤差（user equivalent range error，UERE）是反映衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號(hào)精度的重要指標(biāo)。UERE是用戶接收終端偽距測(cè)量值與利用導(dǎo)航電文計(jì)算的偽距理論值的不符合程度，既包括空間信號(hào)誤差（user ranging error，URE），還包括用戶接收終端設(shè)備環(huán)境誤差（user equipment error，UEE），即用戶接收終端在接收衛(wèi)星播發(fā)信號(hào)的整個(gè)傳播過(guò)程中受到的誤差影響，包括對(duì)流層和電離層延遲改正誤差，接收機(jī)噪聲和多路徑誤差等因素。UERE[13-15]的計(jì)算公式為

式（1）中，EURE為空間信號(hào)誤差，EUEE為用戶接收終端設(shè)備環(huán)境誤差。

1.1 URE計(jì)算方法

URE定義為導(dǎo)航衛(wèi)星位置與鐘差的實(shí)際值與利用預(yù)報(bào)導(dǎo)航星歷得到的預(yù)測(cè)之差，投影在衛(wèi)星到用戶視線上的等效距離誤差[16]。它反映了預(yù)報(bào)的導(dǎo)航星歷及鐘差精度，并最終影響實(shí)時(shí)導(dǎo)航用戶定位精度?？臻g信號(hào)精度是導(dǎo)航電文（導(dǎo)航星歷和鐘差）精度的確切反應(yīng)。URE計(jì)算公式如下：

式（2）和（3）中：R，A，C分別表示軌道徑向、切向、法向誤差；T為衛(wèi)星鐘差。式（2）、式（3）反映出不同的軌道誤差分量對(duì)導(dǎo)航定位的影響程度。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的星座主要由高軌衛(wèi)星GEO，IGSO以及中軌衛(wèi)星MEO構(gòu)成，這與GPS等其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有明顯的差異。北斗系統(tǒng)全球平均URE的均方根推導(dǎo)敘述如下[15]。

假設(shè)地球是半徑為1的理想球體，在地心地固坐標(biāo)系中，衛(wèi)星的坐標(biāo)為（0，0，r），r表示歸一化后的衛(wèi)星到地心的距離，則接收機(jī)在緯度為θ，經(jīng)度為φ和高程為 0時(shí)，瞬時(shí) URE（IURE）公式計(jì)算如下：

式（5）中：·是矢量點(diǎn)積；R，A，C含義同前；L是從接收機(jī)指向衛(wèi)星方向的矢量。瞬時(shí)URE（IURE）是指接收機(jī)鐘差校準(zhǔn)到北斗時(shí)后，接收機(jī)測(cè)得的偽距值（此偽距值不包含電離層延遲、對(duì)流層延遲等UEE）與導(dǎo)航信息給出的星站幾何距離之差[17]。全球平均 URE為衛(wèi)星空間信號(hào)誤差（軌道誤差、衛(wèi)星鐘差T）在覆蓋范圍內(nèi)各傳播方向上投影誤差的均方根（root mean square，RMS）統(tǒng)計(jì)值[15]。因此，可獲得URE的RMS計(jì)算公式如下：

式（6）中：T是衛(wèi)星鐘差；θ是衛(wèi)星的半張角，即衛(wèi)星覆蓋地球范圍邊緣的緯度。在用戶沒(méi)有仰角限制時(shí)，S= 2π(1 -sinθ)是衛(wèi)星覆蓋地球的弧面面積。

1.2 UEE計(jì)算方法

UEE取決于電離層、對(duì)流層延遲改正誤差等與空間物理環(huán)境相關(guān)的誤差以及多徑、接收機(jī)噪聲等與用戶設(shè)備相關(guān)的誤差，會(huì)因?yàn)榭臻g用戶位置的不同而不同。下面分別對(duì) UEE的主要誤差項(xiàng)的計(jì)算模型進(jìn)行分析研究。

1.2.1 電離層延遲誤差

電離層誤差是衛(wèi)星導(dǎo)航定位誤差中影響較大的誤差之一。電離層延遲的主要機(jī)理是，受太陽(yáng)輻射（主要是X射線和紫外線區(qū)能量輻射）作用，高層大氣中的部分氣體分子電離化，并釋放出自由電子。衛(wèi)星信號(hào)穿越電離層時(shí)傳播速度發(fā)生改變，產(chǎn)生電離層延遲誤差。本文采用北斗全球電離層延遲修正模型（BDGIM模型）以改進(jìn)的球諧函數(shù)為基礎(chǔ)，用戶根據(jù)BDGIM模型計(jì)算電離層延遲改正值的過(guò)程為

式（7）中：Iion為衛(wèi)星與接收機(jī)視線方向的電離層延遲改正值，單位為m；MF為投影函數(shù)，用于垂向和斜向電離層總電子含量之間的轉(zhuǎn)換，f為當(dāng)前信號(hào)的載波頻率，單位Hz；αi(i=1～9)為電離層模型參數(shù)，單位為TECu。A0為根據(jù)固化于用戶接收機(jī)的非發(fā)播電離層參數(shù)、用戶穿刺點(diǎn)位置及觀測(cè)時(shí)刻計(jì)算得到的電離層延遲預(yù)報(bào)值，單位為TECu。Ai(i=1～9)為根據(jù)用戶穿刺點(diǎn)位置及觀測(cè)時(shí)刻計(jì)算的數(shù)值，計(jì)算公式如下：

式（8）中：φ′與λ′為日固坐標(biāo)系下，電離層穿刺點(diǎn)的地磁緯度和地磁經(jīng)度，單位為弧度；Pni,mi為標(biāo)準(zhǔn)的勒讓德函數(shù)；ni,mi對(duì)應(yīng)的取值為：

Nn,m為正則化函數(shù)，計(jì)算公式如下：

電離層延遲預(yù)報(bào)值A(chǔ)0是基于存儲(chǔ)于用戶接收機(jī)中的模型預(yù)報(bào)系數(shù)βi以及電離層交叉點(diǎn)的位置(φ′,λ′)計(jì)算得到的，具體公式如下所示：

式（11）中，Bj的計(jì)算可參照Ai的計(jì)算，βj是根據(jù)非發(fā)播系數(shù)計(jì)算，具體計(jì)算方法參考北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接口控制文件。

1.2.2 對(duì)流層延遲誤差

對(duì)流層位于地面至40 km之間。受到當(dāng)?shù)販囟?、氣壓和相?duì)濕度的影響，當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)通過(guò)對(duì)流層時(shí)，折射率會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致傳播路徑彎曲。對(duì)流層延遲有干延遲和濕延遲兩種，干延遲主要受到大氣溫度和大氣壓力的影響，而濕延遲主要受到信號(hào)傳播路徑上大氣濕度和用戶高度的影響。對(duì)流層延遲模型有Hopfield模型、Black模型、SHAO模型等。本文采用Saastamoinen模型計(jì)算對(duì)流層延遲。Saastamoinen模型天頂對(duì)流層延遲的干分量（zenith hydrostatic delay，ZHD）和濕分量（zenith wet delay，ZWD）[13]可分別表示為：

式（12）和（13）中，T表示測(cè)站處的氣溫；P、e分別是測(cè)站處的大氣壓和水汽壓（單位：mPa）；f(B,h)是緯度和高程的函數(shù)，緯度和高程的函數(shù)為

式（14）中，φ為測(cè)站處的緯度，h為測(cè)站處的高度（h的單位為km）。

2 完好性算法

本文的完好性計(jì)算是先對(duì)衛(wèi)星播發(fā)的廣播星歷數(shù)據(jù)、精密星歷數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后利用衛(wèi)星播發(fā)的慢變/快變改正數(shù)，預(yù)處理后的數(shù)據(jù)計(jì)算星地距和各種誤差改正（電離層、對(duì)流層、多路徑等），同時(shí)從偽距殘差中扣除掉包含接收機(jī)鐘差和衛(wèi)星鐘差系統(tǒng)差影響后的誤差即為用戶等效測(cè)距誤差（UERE），最后將每顆衛(wèi)星UERE與用戶距離精度RURA（regional user range accuracy）進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)每顆衛(wèi)星發(fā)生完好性事件的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、持續(xù)時(shí)間。

圖1 完好性計(jì)算流程圖

2.1 北斗系統(tǒng)完好性算法

北斗ICD給出了區(qū)域用戶距離精度、區(qū)域用戶距離精度指數(shù)（regional user range accuracy index，RURAI）的概念，同時(shí)給出了RURAI的范圍為0～15，更新周期為18 s，以及與衛(wèi)星RURA之間的關(guān)系，見(jiàn)表1。因此北斗系統(tǒng)空間信號(hào)完好性計(jì)算具體步驟如下：

表1 RURA等級(jí)分類

① 連續(xù)記錄每顆衛(wèi)星基本導(dǎo)航電文中的RURAI，同時(shí)記錄相應(yīng)時(shí)刻的衛(wèi)星自主健康標(biāo)識(shí)SatH1和完好性及差分自主健康信息SatH2。

② 在服務(wù)區(qū)范圍內(nèi)坐標(biāo)精確已知的地面點(diǎn)上安裝接收機(jī)，利用衛(wèi)星的廣播星歷和用戶已知坐標(biāo)得到星地距離，利用相應(yīng)電離層、對(duì)流層、相對(duì)論效應(yīng)等模型修正觀測(cè)偽距值，計(jì)算得到的各個(gè)衛(wèi)星的計(jì)算偽距值與觀測(cè)偽距值之差，即觀測(cè)值減計(jì)算值（OMC，observation minus computaion），其中OMC計(jì)算公式如下：

式（15）中，r表示站星距；ρ表示偽距；I表示電流層延遲誤差；T表示對(duì)流層延遲誤差；ε表示觀測(cè)噪聲；δtu為接收機(jī)鐘差；δtS為衛(wèi)星鐘差；TGD為衛(wèi)星硬件通道延遲；c為光速。

③ 在OMC中扣除包含接收機(jī)和衛(wèi)星鐘差等系統(tǒng)差影響后（記為UERE），與RURAI對(duì)應(yīng)RURA值進(jìn)行比較，當(dāng) UERE大于RURA且在告警時(shí)間以外健康字設(shè)置為“健康”時(shí)，稱為完好性事件，記錄下每次完好性事件開始?xì)v元時(shí)刻和結(jié)束歷元時(shí)刻。

④ 在服務(wù)區(qū)可見(jiàn)弧段內(nèi)統(tǒng)計(jì)出所有衛(wèi)星完好性事件次數(shù)（N）和每次持續(xù)時(shí)間。計(jì)F=N/ 所有衛(wèi)星運(yùn)行總時(shí)間，為完好性喪失概率。

2.2 GPS、Galileo系統(tǒng)完好性算法

本文中GPS、Galileo系統(tǒng)的空間信號(hào)完好性計(jì)算步驟如下：

① 連續(xù)記錄每顆衛(wèi)星基本導(dǎo)航電文中的空間信號(hào)精度（signal-in-space accuracy，SISA），同時(shí)記錄相應(yīng)時(shí)刻的衛(wèi)星自主健康標(biāo)識(shí)SatH1和完好性及差分自主健康信息SatH2。

② 同2.1章節(jié)的步驟②。

③ 在OMC中扣除包含接收機(jī)和衛(wèi)星鐘差等系統(tǒng)差影響后（記為UERE），與空間信號(hào)精度值（單位：m）進(jìn)行比較，當(dāng)UERE大于SISA且在告警時(shí)間以外健康字設(shè)置為“健康”時(shí)，稱為完好性事件，記錄下每次完好性事件開始?xì)v元時(shí)刻和結(jié)束歷元時(shí)刻。

④ 同2.1章節(jié)的步驟④。

2.3 GLONASS系統(tǒng)完好性算法

本文中GLONASS系統(tǒng)的空間信號(hào)完好性計(jì)算步驟如下：

① 連續(xù)記錄每顆衛(wèi)星基本導(dǎo)航電文中相應(yīng)時(shí)刻的衛(wèi)星自主健康標(biāo)識(shí)SatH1。

② 同2.1章節(jié)的步驟②。

③ 在OMC中扣除包含接收機(jī)和衛(wèi)星鐘差等系統(tǒng)差影響后（記為UERE），與自定義告警閾值的限值alarm（單位：m）進(jìn)行比較，與UERE大于alarm且在告警時(shí)間以外健康字設(shè)置為“健康”時(shí)，稱為完好性事件，記錄下每次完好性事件開始?xì)v元時(shí)刻和結(jié)束歷元時(shí)刻。

④ 同2.1章節(jié)的步驟②。

3 數(shù)據(jù)分析

基于上述完好性算法，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 GNSS空間信號(hào)完好性。本文采用由 iGMAS監(jiān)測(cè)評(píng)估中心提供的BDS，GPS，GLONASS和Galileo廣播星歷、觀測(cè)數(shù)據(jù)以及電離層數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)，計(jì)算四系統(tǒng)的用戶等效測(cè)距誤差（UERE），分析誤差的變化情況，分析完好性監(jiān)測(cè)狀態(tài)（開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、持續(xù)時(shí)間）。完好性風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)[9]為10-5，北斗完好性監(jiān)測(cè)告警門限設(shè)置為即1.473×RURA，GPS完好性監(jiān)測(cè)告警門限設(shè)置為URA最大值的±4.42倍，Galileo完好性監(jiān)測(cè)告警門限設(shè)置為SISA，GLONASS完好性監(jiān)測(cè)告警門限設(shè)置為5 m。

3.1 UERE實(shí)驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)選取全球站（Global）的UERE值，即采用24個(gè)監(jiān)測(cè)站（abja，algr，bjf1，brch，byns，canb，chu1，clgy，cnyr，dwin，gua1，hmns，icuk，kndy，krch，kun1，lha1，peth，rdjn，sha1，that，wuh1，xia1，zhon）數(shù)據(jù)計(jì)算，獲取每個(gè)站的UERE值后，剔除粗差取平均得到的綜合數(shù)據(jù)。本文圖示均為樣例，圖2至圖5分別為BDS，GPS，Galileo和GLONASS系統(tǒng)等效測(cè)距誤差序列圖，圖中UERE值分別為2020年1月7日和2020年1月19日，采樣間隔30 s，連續(xù)24 h總計(jì)2 880個(gè)采樣點(diǎn)繪圖所示。綜合圖示數(shù)據(jù)可以看出，BDS系統(tǒng)等效測(cè)距誤差值均小于2.66m（除C11的UERE值為4.01 m），GPS系統(tǒng)等效誤差值均小于4.53 m（除G06的UERE值為6.65 m，G12的UERE值為16.31 m，G32的UERE值為19.10 m），Galileo系統(tǒng)等效誤差值均小于17.99 m（除E02的UERE值為88.59 m，E11的UERE值為146.55 m），GLONASS系統(tǒng)等效誤差值均小于14.40 m（除R10的UERE值為24.28 m，R26的UERE值為87.87 m）。

圖3 2020-01-19 GPS L1頻點(diǎn)的UERE序列圖

圖4 2020-01-07 Galileo E1頻點(diǎn)的UERE序列圖

圖5 2020-01-19 GLONASS G1頻點(diǎn)的UERE序列圖

表2統(tǒng)計(jì)了BDS，GPS，Galileo和GLONASS系統(tǒng)連續(xù)24 h內(nèi)各顆衛(wèi)星發(fā)生完好性事件的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、持續(xù)時(shí)間（即發(fā)生完好性事件的總計(jì)時(shí)長(zhǎng)）。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析UERE值對(duì)完好性分析結(jié)果的影響，選取2020年1月19日已發(fā)生完好性事件的Galileo E02衛(wèi)星、Galileo E11衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)生完好性事件的概率與對(duì)應(yīng)時(shí)間下UERE值有較大影響。如圖6所示，列出了E02，E08和E11的UERE序列值，E08的UERE值波動(dòng)范圍在5.28 m以內(nèi)，并未發(fā)生完好性事件，E02與E11在UERE波動(dòng)超限時(shí)的對(duì)應(yīng)時(shí)間內(nèi)發(fā)生了完好性事件。

圖6 2020-01-19 GLONASS E02，E08和E11的UERE序列比對(duì)

表2 GNSS系統(tǒng)的單天完好性事件

3.2 完好性分析結(jié)果

下面分析2020年1月1日至2020年1月31日共31 d的BDS，GPS，Galileo和GLONASS系統(tǒng)完好性結(jié)果。

3.2.1 BDS系統(tǒng)

圖7為BDS B1I頻點(diǎn)2020年1月1日至2020年1月31日的完好性狀態(tài)圖，表3對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)了BDS在軌衛(wèi)星發(fā)生完好性事件的時(shí)長(zhǎng)（單位：s）以及單顆衛(wèi)星的月完好性概率。截止2020年01月，北斗C15衛(wèi)星（服務(wù)時(shí)間截止 2016-10-11）、C17衛(wèi)星（服務(wù)時(shí)間截止 2018-09-29）已經(jīng)不提供服務(wù)。C18和C31衛(wèi)星當(dāng)月數(shù)據(jù)缺失，C08和C14衛(wèi)星部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失，導(dǎo)致完好性信息狀態(tài)無(wú)法統(tǒng)計(jì)。結(jié)合圖表結(jié)果，除C11，C12和C14衛(wèi)星發(fā)生完好性事件的頻次相對(duì)較多外，其他衛(wèi)星發(fā)生次數(shù)相對(duì)穩(wěn)定。根據(jù)表中統(tǒng)計(jì)，GEO衛(wèi)星發(fā)生完好性事件平均時(shí)長(zhǎng)12 084 s，發(fā)生時(shí)長(zhǎng)占月比例值為0.451%；IGSO衛(wèi)星發(fā)生完好性事件平均時(shí)長(zhǎng)23 940 s，發(fā)生時(shí)長(zhǎng)占月比例值為0.894%；MEO衛(wèi)星發(fā)生完好性事件平均時(shí)長(zhǎng)為27 200 s，發(fā)生時(shí)長(zhǎng)占月比例值為1.016%。據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，BDS-3衛(wèi)星的完好性狀態(tài)發(fā)生完好性事件平均時(shí)長(zhǎng)優(yōu)于BDS-2。

表3 2020-01-01/2020-01-31 BDS系統(tǒng)的完好性事件

圖7 2020-01-01/2020-01-31 BDS系統(tǒng)的完好性狀態(tài)圖

3.2.2 GPS系統(tǒng)

圖8為GPS L1頻點(diǎn)2020年1月1日至2020年1月31日的發(fā)生完好性狀態(tài)圖，表4對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)了GPS在軌衛(wèi)星發(fā)生完好性事件的時(shí)長(zhǎng)（單位：s）以及單顆衛(wèi)星的月完好性概率。G18衛(wèi)星當(dāng)月數(shù)據(jù)缺失，G04和G20衛(wèi)星部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失，導(dǎo)致完好性信息狀態(tài)無(wú)法統(tǒng)計(jì)。從圖8中可以看出，GPS衛(wèi)星發(fā)生完好性事件的頻次很少。從表4中統(tǒng)計(jì)，GPS衛(wèi)星除G01，G04，G29和G30外，其余發(fā)生時(shí)長(zhǎng)占月比例值均優(yōu)于0.029%。

圖8 2020-01-01/2020-01-31 GPS系統(tǒng)的完好性狀態(tài)圖

表4 2020-01-01/2020-01-31 GPS系統(tǒng)的完好性事件

續(xù)表4

3.2.3 Galileo系統(tǒng)

圖9為Galileo E1頻點(diǎn)2020年1月1日至2020年1月31日的發(fā)生完好性狀態(tài)圖，表5對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)了Galileo在軌衛(wèi)星發(fā)生完好性事件的時(shí)長(zhǎng)（單位：s）以及單顆衛(wèi)星的月完好性概率。其中，E13，E14，E15，E18，E20和E22衛(wèi)星當(dāng)月數(shù)據(jù)缺失，完好性信息狀態(tài)無(wú)法統(tǒng)計(jì)。從圖 9和表5統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，Galileo衛(wèi)星發(fā)生完好性性事件的時(shí)長(zhǎng)均不超過(guò)23 970 s（約6.6 h），發(fā)生事件時(shí)長(zhǎng)占月比例值均優(yōu)于0.894%。

表5 2020-01-01/2020-01-31 Galileo系統(tǒng)的完好性事件

圖9 2020-01-01/2020-01-31 Galileo系統(tǒng)的完好性狀態(tài)圖

3.2.4 GLONASS系統(tǒng)

圖10為GLONASS G1頻點(diǎn)2020年1月1日至2020年1月31日的發(fā)生完好性狀態(tài)圖，表6對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)了GLONASS在軌衛(wèi)星發(fā)生完好性事件的時(shí)長(zhǎng)（單位：s）以及單顆衛(wèi)星的月完好性概率。其中，R04，R08和R11衛(wèi)星部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失，完好性信息狀態(tài)無(wú)法統(tǒng)計(jì)。從圖10中可以看出，GLONASS衛(wèi)星發(fā)生完好性事件的頻次很多，相較其他系統(tǒng)最差。從表6中統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，GLONASS衛(wèi)星發(fā)生完好性事件的平均時(shí)長(zhǎng)為204 404.3 s（約56.7 h），發(fā)生事件時(shí)長(zhǎng)占月比例值為7.632%。

表6 2020-01-01/2020-01-31 GLONASS系統(tǒng)的完好性事件

圖10 2020-01-01/2020-01-31 GLONASS系統(tǒng)的完好性狀態(tài)圖

4 結(jié)論

本文主要是利用UERE與空間信號(hào)精度值（SISA）比較進(jìn)行GNSS完好性分析，以2020年1月采樣數(shù)據(jù)為例分析GNSS完好性狀態(tài)，結(jié)果總結(jié)如下：

① UERE值對(duì)完好性分析結(jié)果有一定影響，對(duì)應(yīng)時(shí)間段內(nèi)的 UERE值與發(fā)生完好性事件的概率具有相關(guān)性。

② 除個(gè)別衛(wèi)星外，BDS系統(tǒng)的用戶等效測(cè)距誤差精度優(yōu)于2.66 m，GPS系統(tǒng)的用戶等效測(cè)距誤差精度優(yōu)于4.53 m，Galileo系統(tǒng)的用戶等效測(cè)距誤差精度優(yōu)于17.99 m，GLONASS系統(tǒng)的用戶等效測(cè)距誤差精度優(yōu)于14.40 m。

③ GPS系統(tǒng)完好性事件發(fā)生時(shí)長(zhǎng)占月比例值為0.029%，BDS GEO完好性事件發(fā)生時(shí)長(zhǎng)占月比例值為0.451%，Galileo發(fā)生事件時(shí)長(zhǎng)占月比例值為0.894%，GLONASS發(fā)生事件時(shí)長(zhǎng)占月比例值為7.632%。

④ 綜合北斗試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，BDS-3衛(wèi)星的完好性狀態(tài)完好性事件平均時(shí)長(zhǎng)優(yōu)于BDS-2。

采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)RURA評(píng)估算法計(jì)算完好性的情況，一定程度上真實(shí)地反映了GNSS系統(tǒng)的完好性監(jiān)測(cè)狀態(tài)，對(duì)以后BDS-3的完好性研究有參考意義。