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GNSS技术在GEO、IGSO航天器中的导航精度与适用性分析

马祥泰 胡彦逢 董绪荣

马祥泰, 胡彦逢, 董绪荣. GNSS技术在GEO、IGSO航天器中的导航精度与适用性分析[J]. 全球定位系统, 2022, 47(6): 1-8. doi: 10.12265/j.gnss.2022089
引用本文: 马祥泰, 胡彦逢, 董绪荣. GNSS技术在GEO、IGSO航天器中的导航精度与适用性分析[J]. 全球定位系统, 2022, 47(6): 1-8. doi: 10.12265/j.gnss.2022089
MA Xiangtai, HU Yanfeng, DONG Xurong. Navigation accuracy and applicability analysis of GNSS technology in GEO and IGSO spacecraft[J]. GNSS World of China, 2022, 47(6): 1-8. doi: 10.12265/j.gnss.2022089
Citation: MA Xiangtai, HU Yanfeng, DONG Xurong. Navigation accuracy and applicability analysis of GNSS technology in GEO and IGSO spacecraft[J]. GNSS World of China, 2022, 47(6): 1-8. doi: 10.12265/j.gnss.2022089

GNSS技术在GEO、IGSO航天器中的导航精度与适用性分析

doi: 10.12265/j.gnss.2022089
基金项目: 国家自然科学基金项目(42174044)
详细信息
    作者简介:

    马祥泰:(1994—),男,硕士,研究方向为卫星导航数据处理与应用

    胡彦逢:(1990—),男,博士,讲师,研究方向为卫星导航抗干扰

    董绪荣:(1962—),男,博士,教授,研究方向为卫星导航应用

    通信作者:

    马祥泰 E-mail: tfmaxiangtai@163.com

  • 中图分类号: P288

Navigation accuracy and applicability analysis of GNSS technology in GEO and IGSO spacecraft

  • 摘要: 现阶段高轨道航天器导航主要依靠地基测控系统,为了研究全球卫星导航系统(GNSS)技术用于高轨道航天器导航的可行性,对GNSS技术在地球静止轨道(GEO)卫星、倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星航天器中的导航精度及适用性展开了分析研究. 采用2021年11月9日的两行轨道数据(TLE)仿真GNSS星座,以不同星下点的GEO卫星和不同倾角的IGSO卫星作为目标星展开导航仿真试验. 实验结果表明:为了满足GNSS解算所需的卫星数量,须通过接收旁瓣信号来增加可见卫星数目. 对GEO目标星而言,当接收机灵敏度高于−169 dB时,导航精度可达30 m;利用GPS对7个不同的GEO或IGSO轨道目标星进行导航实验表明,GPS对目标星导航的位置误差约为35 m;北斗三号(BDS-3)、GPS、GLONASS、Galileo的导航位置误差均值分别为28.03 m、21.16 m、37.15 m、25.09 m,具有良好的内符合精度,其中GPS精度最高,GLONASS精度最低,但大部分时段也在45 m内.

     

  • 图  1  GNSS信号传播原理图

    图  2  GPS天线增益示意图

    图  3  星间方位角与星间仰角示意图

    图  4  航天器与GNSS关系图

    图  5  仅接收主瓣信号可见性

    图  6  主瓣+旁瓣信号可见性

    图  7  不同接收功率卫星可见性分布

    图  8  不同接收功率GDOP值和精度分布

    图  9  不同GEO/IGSO目标星可用性与导航精度分布

    图  10  四大导航卫星系统位置误差分布

    表  1  GDOP值等级划分

    GDOP等级
    1最优
    2~3
    4~6
    7~8
    9~20合格
    20以上
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    表  2  不同目标星轨道参数

    卫星编号星下点轨道倾角
    GEO-1100°W
    GEO-2 10°W
    GEO-3170°E
    GEO-4 80°E
    IGSO-5100°W30°
    IGSO-6100°W60°
    IGSO-7100°W90°
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    表  3  四大卫星导航系统仿真参数

    导航系统载波频率卫星
    个数
    轨道
    个数
    轨道
    倾角/(°)
    轨道高度/
    km
    BDS1 561.098 MHz24+2355.021 528
    GPS1 575.42 MHz30655.020 200
    GLONASS1 602+5 625*k MHz27364.819 100
    Galileo1 575.423 MHz26356.023 223
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    表  4  不同接收机频率对应卫星可见性百分比

    灵敏度/dB≥4≥5≥6≥7≥8≥9≥10≥11≥12≥13≥14≥15≥16
    −1650.210.000.000.000.000.000.000.000.000.0000.0000.000.00
    −16693.9580.4857.4332.1512.632.430.000.000.000.0000.0000.000.00
    −167100.0099.7998.8192.2979.8661.2538.9514.442.150.2770.0000.000.00
    −168100.00100.00100.0099.6598.1095.9086.9473.4047.9121.3107.4301.940.06
    −169100.00100.00100.00100.00100.00100.0099.7998.7594.2383.26061.87035.6914.02
    −170100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.0099.79098.12092.1568.33
    −171100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00099.58098.2687.71
    −172100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00099.86099.0295.48
    −173100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.000100.00099.7298.95
    −174100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.000100.00099.9399.51
    −175100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.000100.000100.00100.00
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    表  5  不同接收机频率对应GDOP值、GACC误差均值及其STD值

    灵敏度/dBGDOPGACC/m误差STD/m
    −16715.9277.6271.11
    −16810.5752.8715.37
    −1698.5542.785.94
    −1707.5937.995.06
    −1716.9734.864.63
    −1726.5832.914.24
    −1736.2131.083.18
    −1745.8929.463.13
    −1755.6128.052.83
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    表  6  不同GEO/IGSO目标星可见性、GACC误差均值及其STD值

    目标星可见卫星数GACC/mSTD/m
    GEO-116.8534.874.63
    GEO-216.9434.614.34
    GEO-316.9434.614.35
    GEO-416.8534.874.63
    IGSO-517.4732.793.36
    IGSO-617.0733.844.37
    IGSO-717.2833.584.41
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    表  7  四大导航卫星系统卫星可见性与GDOP值

    导航系统可见卫星数GDOP
    BDS-316.575.61
    GPS23.694.23
    GLONASS16.527.43
    Galileo16.885.02
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    表  8  四大卫星导航系统GACC误差均值及STD值 m

    导航系统均值STD
    BDS-328.032.55
    GPS21.161.51
    GLONASS37.154.52
    Galileo25.093.30
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  • 收稿日期:  2022-05-19
  • 网络出版日期:  2022-11-19

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