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风云三号D星天基BDS实时定位性能分析

吴春俊 孙越强 王先毅 白伟华 孟祥广 杜起飞

吴春俊, 孙越强, 王先毅, 白伟华, 孟祥广, 杜起飞. 风云三号D星天基BDS实时定位性能分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版. doi: 10.13203/j.whugis20200187
引用本文: 吴春俊, 孙越强, 王先毅, 白伟华, 孟祥广, 杜起飞. 风云三号D星天基BDS实时定位性能分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版. doi: 10.13203/j.whugis20200187
WU Chunjun, SUN Yueqiang, WANG Xianyi, BAI Weihua, MENG Xiangguang, DU Qifei. Assessment of Position Performance of BDS for Space Application Based on FY-3D Satellite[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University. doi: 10.13203/j.whugis20200187
Citation: WU Chunjun, SUN Yueqiang, WANG Xianyi, BAI Weihua, MENG Xiangguang, DU Qifei. Assessment of Position Performance of BDS for Space Application Based on FY-3D Satellite[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University. doi: 10.13203/j.whugis20200187

风云三号D星天基BDS实时定位性能分析

doi: 10.13203/j.whugis20200187
基金项目: 

国家自然科学基金(41505030、41606206和41775034);中国科学院空间先导专项(XDA15007501);中国科学院科研装备研制项目(YZ201129);国家重点研发计划(2017YFB0502800,2017YFB0502802)。

详细信息
    作者简介:

    吴春俊,工程师,主要从事GNSS定位和遥感的仪器研发。wuchunjun@nssc.ac.cn

  • 中图分类号: V448;TN967.1

Assessment of Position Performance of BDS for Space Application Based on FY-3D Satellite

Funds: 

the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 41505030, 41606206 and 41775034)

  • 摘要: 随着北斗三号卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System-3,BDS-3)开始向全球提供导航服务,独立使用BDS为在轨运行的卫星提供全球覆盖、全时段的定位服务成为可能。本文结合风云三号D星(FengYun-3D,FY-3D)全球卫星导航系统掩星探测仪(Global Navigation satellite system Occultation Sounder,GNOS)的真实在轨数据对天基BDS的定位性能进行了详细的分析。首先使用BDS真实广播星历计算了在不同轨道高度下的可见卫星数和定位精度因子(Position Dilution of Precision,PDOP),并结合精密星历分析了广播星历的轨道误差、时钟误差及空间信号测距误差(Signal-In-Space Range Error,SISRE)。仿真结果表明,在95%的置信水平下,从地面到2000Km的轨道高度BDS在全球范围内最小可见卫星数为6,最大PDOP小于5,星座可用性已经达到100%,全球平均可见卫星数BDS比GPS高50%以上; BDS广播星历的轨道误差为1.5m,时钟误差为2.4ns,SISRE达到了0.79m,BDS-3的卫星时钟精度已达到GPS相当的水平。然后使用GNOS在轨数据测试了BDS的可见卫星数、信号强度、伪距测量精度、定位精度等,重点对BDS-2卫星的码偏移进行了详细的分析。在轨数据分析表明,只使用BDS-2信号时在服务区域内可实现100%的定位,三维定位精度为5.53米;确认了北斗地球同步轨道、倾斜地球同步轨道、中地球轨道卫星均存在随仰角变化的码偏移,其中北斗地球同步轨道卫星在仰角低于40°时的码偏移是首次直接测量得到;使用BDS双频测量数据获得了836千米轨道高度以上顶部电离层的全球相对分布,电离层对伪距的相对延时在0.6m左右。本文的研究对于BDS的天基应用有重要意义,为天基BDS接收机的设计奠定基础。
  • [1] Birmingham W P, Miller B L, Stein W L. Experimental Results of Using the GPS for Landsat 4 onboard Navigation[J]. Navigation, 1983, 30(3):244-251
    [2] Bauer F H, Kate H, Lightsey E G. Spaceborne GPS Current Status and Future Visions[C]. 1998 IEEE Aerospace Conference Proceedings, 1998,3
    [3] Montenbruck O, Markgraf M, Garcia-Fernandez M, et al. GPS for Microsatellites-Status and Perspectives[M]. Small Satellites for Earth Observation, 2007:165-174
    [4] Li Liu, Zhang Tianqiao, Zhou Shanshi, et al. Improved design of control segment in BDS-3[J]. Navigation, 2019, 66(1):37-47
    [5] Yang Yuanxi, Gao Weiguang, Guo Shuren, et al. Introduction to BeiDou-3 navigation satellite system[J]. Navigation, 2019, 66(1):7-18
    [6] China Satellite Navigation Office. China Satellite Navigation Office. BeiDou Navigation Satellite System Open Service Performance Standard (Version 1.0)[S]. Beijing:Dec.2013
    [7] Chen Xi, Zhao Sihao, Wang Menglu, et al. Space-borne BDS Receiver for LING QIAO Satellite:Design, Implementation and Preliminary In-orbit Experiment Results[J]. GPS Solutions, 2016, 20(10):837-847
    [8] Jiang Kecai, Li Min, Zhao Qile, et al. BeiDou Geostationary Satellite Code Bias Modeling Using Fengyun-3C Onboard Measurements[J]. Sensors, 2017, 17(11):2460
    [9] Xiong Chao, Lu Chuanfang, Zhu Jun, et al. Orbit Determination using Real Tracking Data from FY3C-GNOS[J]. Advances in Space Research, 2017, 60(3):543-556
    [10] Yang Yuanxi, Xu Yangyin, Li Jinlong, et al. Progress and Performance Evaluation of BeiDou Global Navigation Satellite System:Data Analysis Based on BDS-3 Demonstration System[J]. Science China Earth Sciences, 2018,61(3):614-624
    [11] Zhang Zhiteng, Li Bofeng, Nie Liangwei, et al. Initial Assessment of BeiDou-3 Global Navigation Satellite System:Signal Quality, RTK and PPP[J]. GPS Solutions, 2019, 23:111
    [12] Lei W Y, Wu G C, Tao X X, et al. BDS Satellite-induced Code Multipath:Mitigation and Assessment in New-generation IOV Satellites[J]. Advances in Space Research, 2017,60(12):2672-2679
    [13] Wang Dongwei, Tian Yusen, Sun YueQiang, et al. Preliminary in-Orbit Evaluation of GNOS on FY3D Satellite[C]. 2018 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2018:9161-9163
    [14] Du Qifei, Liu Congliang, Li Wei, et al. The On-Orbit Performance of FY-3D GNOS[C]. 2019 International Geoscience and Remote Sensing Society Symposium. 2019:7669-7671
    [15] Sun Yueqiang, Liu Congliang, Tian Yusen, et al. The Status and Progress of Fengyun-3e GNOS Ⅱ Mission for GNSS Remote Sensing[C]. 2019 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium. 2019:5181-8184
    [16] Cai Yuerong, Bai Weihua, Wang Xianyi, et al. In-orbit Performance of GNOS on-board FY3-C and the Enhancements for FY-3D Satellite[J]. Advances in Space Research, 2017, 60(12):2812-2821
    [17] Wu Yun, Liu Xiaolei, Liu Wanke, et al. Long-term Behavior and Statistical Characterization of BeiDou Signal-in-space Errors[J]. GPS Solutions, 2017, 21:1907-1922
    [18] Zou Deyue, Cui Yongen, Zhang Qi, et al. Orbit Determination Algorithm and Performance Analysis of High-Orbit Spacecraft Based on GNSS[C]. IET Communications, 2019,12(20):3377-3382
    [19] Zhou Chen, Guo Shuren, Meng Yinan, et al. BDS-3 Spaceborne Receiver Design Applying to Space Service Volume[C]. China Satellite Navigation Conference (CSNC) 2018 Proceedings. 2018:341-354.
    [20] Montenbruck O, Steigenberger P, Hauschild A. Multi-GNSS Signal-in-space Range Error Assessment-Methodology and Results[J]. Advances in Space Research, 61(12):3020-3038
    [21] Estey L, Meertens C. TEQC:The Multi-Purpose Toolkit for GPS/GLONASS Data[J]. GPS Solutions, 1999,3:42-49
    [22] Wanninger L, Beer S. BeiDou Satellite-induced Code Pseudorange Variations:Diagnosis and Therapy[J]. GPS Solutions, 2015, 19:639-648
    [23] Montenbruck O, Gill E. Satellite Orbits-Models, Methods and Applications[M]. 2000, Springer.
    [24] Zakharenkova I, Cherniak I. Underutilized Spaceborne GPS Observations for Space Weather Monitoring[J]. Space Weather, 2018,16(4):345-362
    [25] Zakharenkova I, Astafyeva E, Cherniak I. GPS and in situ Swarm Observations of the Equatorial Plasma Density Irregularities in the Topside Ionosphere[J]. Planets and Space, 2016, 68:120
    [26] Jakowski N, Wilken V, Mayer C. Space Weather Monitoring by GPS Measurements on board CHAMP[J]. Space Weather,2007,5(8)
    [27] Lin C H, Richmond A D, Liu J Y, et al. Theoretical Study of New Plasma Structures in the Low-latitude Ionosphere During a major Magnetic Storm[J]. JGR Space Physics, 2009114(A5):303
    [28] Chen Yiding, Liu Libo, Le Huijun, et al. Equatorial Ionization Anomaly in the Low-latitude Topside Ionosphere:Local Time Evolution and Longitudinal Difference[J], JGR Space Physics, 2016, 121(7):7166-7182
  • [1] 王啸, 邹蓉, 李瑜, 王琪.  北斗二代导航卫星系统地壳运动监测能力 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20210316
    [2] 边少锋, 刘一, 纪兵, 周威.  北斗三号卫星观测信息高度角相关随机模型统计特性分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20220021
    [3] 李浩东, 赵齐乐, 陶钧, 龙宇浩.  北斗三号卫星FCB估计及其模糊度固定 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20200168
    [4] 祝会忠, 李军, 徐爱功, 甄杰, 雷啸挺.  灾害应急环境下智能终端高精度北斗增强定位方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20200123
    [5] 杨宇飞, 杨元喜, 徐君毅, 许扬胤, 赵昂.  低轨卫星对导航卫星星座轨道测定的增强作用 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20180215
    [6] 常志巧, 胡小工, 郭睿, 周善石, 何峰, 董恩强, 李晓杰, 董文丽.  北斗导航卫星相位中心修正 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20160140
    [7] 张小红, 柳根, 郭斐, 李昕.  北斗三频精密单点定位模型比较及定位性能分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20180078
    [8] 王宁, 王宇谱, 李林阳, 翟树峰, 吕志平.  BDS星载原子钟频率稳定性分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20150806
    [9] 孔垚, 孙保琪, 杨旭海, 曹芬, 何战科, 杨海彦.  利用SLR数据进行北斗卫星广播星历精度分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20140856
    [10] 王泽民, 杜玉军, 熊云琪, 安家春.  北斗系统在南极中山站地区的基本定位性能评估 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20150269
    [11] 景一帆, 杨元喜, 曾安敏, 明锋.  北斗区域卫星导航系统定位性能的纬度效应 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20150011
    [12] 唐卫明, 崔健慧, 惠孟堂.  北斗区域星座对相对定位精度的影响分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20140348
    [13] 张强, 赵齐乐, 章红平, 陈国.  利用北斗观测实验网解算北斗卫星差分码偏差 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20140640
    [14] 施闯, 王海深, 曹云昌, 张恩红, 梁宏, 付志康.  基于北斗卫星的水汽探测性能分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20140944
    [15] 唐卫明, 徐坤, 金蕾, 文雪中.  北斗/GPS组合伪距单点定位性能测试和分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20130361
    [16] 唐卫明, 金蕾, 徐坤.  北斗卫星信号实时单站电离层估计算法及性能分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版,
    [17] 张清华, 隋立芬, 贾小林, 朱永兴.  北斗卫星导航系统空间信号误差统计分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20120062
    [18] 张强, 赵齐乐, 章红平, 胡志刚, 伍岳.  北斗卫星导航系统Klobuchar模型精度评估 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20120716
    [19] 龚航, 刘增军, 彭竞, 王飞雪.  利用平滑广播星历的GNSS星载钟短稳评估方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版,
    [20] 杨军, 曹冲.  我国北斗卫星导航系统应用需求及效益分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版,
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-23
  • 网络出版日期:  2021-05-07

风云三号D星天基BDS实时定位性能分析

doi: 10.13203/j.whugis20200187
    基金项目:

    国家自然科学基金(41505030、41606206和41775034);中国科学院空间先导专项(XDA15007501);中国科学院科研装备研制项目(YZ201129);国家重点研发计划(2017YFB0502800,2017YFB0502802)。

    作者简介:

    吴春俊,工程师,主要从事GNSS定位和遥感的仪器研发。wuchunjun@nssc.ac.cn

  • 中图分类号: V448;TN967.1

摘要: 随着北斗三号卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System-3,BDS-3)开始向全球提供导航服务,独立使用BDS为在轨运行的卫星提供全球覆盖、全时段的定位服务成为可能。本文结合风云三号D星(FengYun-3D,FY-3D)全球卫星导航系统掩星探测仪(Global Navigation satellite system Occultation Sounder,GNOS)的真实在轨数据对天基BDS的定位性能进行了详细的分析。首先使用BDS真实广播星历计算了在不同轨道高度下的可见卫星数和定位精度因子(Position Dilution of Precision,PDOP),并结合精密星历分析了广播星历的轨道误差、时钟误差及空间信号测距误差(Signal-In-Space Range Error,SISRE)。仿真结果表明,在95%的置信水平下,从地面到2000Km的轨道高度BDS在全球范围内最小可见卫星数为6,最大PDOP小于5,星座可用性已经达到100%,全球平均可见卫星数BDS比GPS高50%以上; BDS广播星历的轨道误差为1.5m,时钟误差为2.4ns,SISRE达到了0.79m,BDS-3的卫星时钟精度已达到GPS相当的水平。然后使用GNOS在轨数据测试了BDS的可见卫星数、信号强度、伪距测量精度、定位精度等,重点对BDS-2卫星的码偏移进行了详细的分析。在轨数据分析表明,只使用BDS-2信号时在服务区域内可实现100%的定位,三维定位精度为5.53米;确认了北斗地球同步轨道、倾斜地球同步轨道、中地球轨道卫星均存在随仰角变化的码偏移,其中北斗地球同步轨道卫星在仰角低于40°时的码偏移是首次直接测量得到;使用BDS双频测量数据获得了836千米轨道高度以上顶部电离层的全球相对分布,电离层对伪距的相对延时在0.6m左右。本文的研究对于BDS的天基应用有重要意义,为天基BDS接收机的设计奠定基础。

English Abstract

吴春俊, 孙越强, 王先毅, 白伟华, 孟祥广, 杜起飞. 风云三号D星天基BDS实时定位性能分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版. doi: 10.13203/j.whugis20200187
引用本文: 吴春俊, 孙越强, 王先毅, 白伟华, 孟祥广, 杜起飞. 风云三号D星天基BDS实时定位性能分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版. doi: 10.13203/j.whugis20200187
WU Chunjun, SUN Yueqiang, WANG Xianyi, BAI Weihua, MENG Xiangguang, DU Qifei. Assessment of Position Performance of BDS for Space Application Based on FY-3D Satellite[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University. doi: 10.13203/j.whugis20200187
Citation: WU Chunjun, SUN Yueqiang, WANG Xianyi, BAI Weihua, MENG Xiangguang, DU Qifei. Assessment of Position Performance of BDS for Space Application Based on FY-3D Satellite[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University. doi: 10.13203/j.whugis20200187
参考文献 (28)

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