北斗GEO 卫星失效对单历元基线解算的影响

张中成

（湖南有色测绘院有限公司，湖南 长沙410129）

图1 CUTB 站GEO 卫星信噪比随高度角的变化：(a)C01; (b)C02; (c)C03; (d)C04; (e)C05

图2 JTHJ 站GEO 卫星信噪比随高度角的变化：(a)C01; (b)C02; (c)C03; (d)C04; (e)C05

通过删除GEO 卫星模拟其失效，具体设计方案如下：

方案A：观测时段内所有可见的共视卫星均参与定位；

方案B：在前面方案上再剔除一颗高度角最大的GEO 卫星，即CUTB 站和JTJH 站均删除C03；

方案C：在前面方案上再剔除一颗高度角最大的GEO 卫星，即CUTB 站删除C01,JTJH 站删除C02；

方案D：在前面方案上再剔除一颗高度角最大的GEO 卫星，即CUTB 站删除C02,JTJH 站删除C01；

方案E：在前面方案上再剔除一颗高度角最大的GEO 卫星，即CUTB 站和JTJH 站均删除C04；

方案F：在前面方案上再剔除一颗高度角最大的GEO 卫星，即CUTB 站和JTJH 站均删除C05。

2.1 模糊度解算结果分析

对4.2 m 的基线和1.13 km 基线采用上述BDS 数学模型进行单历元模糊度固定解算，

两条基线在不同的方案中模糊度固定率如表1 所示。

由表1 可知，与方案A 相比，方案B、C 和D 中C03、C02、C01 失效后，其有效历元数仍等于总历元数，模糊度固定率与方案A 相当，说明有3 颗GEO 卫星失效对模糊度固定率影响不大；而采用方案五和方案六时，其有效历元数低于总历元，说明当GEO 卫星失效数目达到4 颗或5 颗时，部分历元无法达到定位要求的卫星数目，且模糊度固定率下降。综上所述，随着GEO卫星失效数目的增多，部分历元无法达到定位要求，且模糊度固定率下降。

2.2 定位精度分析

文中根据整周模糊度固定正确的历元的定位结果，与真实值做对比获取基线在NEU 三方向的定位结果，如图3、图4 和图5 所示。

由图3、图4 和图5 所知：

a.BDS 单历元基线解算的定位精度与参与定位的GEO 卫星数目有关，当GEO 卫星数目固定时，定位误差波动较小；U 分量误差明显高于N、E 分量，N 分量误差高于E 分量，符合北斗二代系统的实际服务性能。

b.相比方案A，方案B、C、D、E、F 这几种高度角较大的C01、C02、C03、C04、C05 失效，其误差均变差，特别是有4 颗以上GEO 卫星失效时，定位误差变化比较明显，这是因为部分历元无法达到定位要求，而且能完成定位的历元时间不连续，说明受到了卫星升降的影响。在方案D、E 中继续删除C04、C05 时，E 方向误差要弱于N 方向。

c.在方案B～D 中，小于3 颗GEO 卫星失效，N 跟E 方向定位精度优于mm 级、U 方向定位精度优于cm 级；由方案D、E 可知，当4 颗GEO 卫星或全部GEO 卫星都失效时，虽然部分历元无法达到定位要求，但是各个方向依然可以获取cm 级的定位精度。

3 结论

相比其他GNSS 系统，由于北斗系统中增加了GEO 这个类型的卫星，不仅增加了卫星可见数量，而且由于GEO 卫星的轨道较高，在遮挡比较严重的环境中，更加有利于定位保证精度。

文中采用实测数据，分析了GEO 卫星失效北斗单历元基线定位结果的影响。数据结果得到：a.GEO 卫星可见性较好，两地区均可可视5 颗GEO 卫星，且高度角变化较小，大约4°；b.1～3 颗GEO 卫星失效，对于模糊度固定率的影响很小，与5 颗GEO 卫星全部参与解算相当；虽然定位精度有所降低，但N、E方向定位精度能达到mm 级、U 方向定位精度能达到cm 级；c.4颗GEO 卫星或全部GEO 卫星都失效时，使得部分历元无法达到定位要求，模糊度固定率下降较大，但N、E、U 方向的定位精度可以达到cm 级。总之，随着GEO 卫星失效数量的增加，模糊度固定率和定位精度变低。

表1 不同方案下模糊度固定率

图3 4.2 m 的基线在N、E、U 方向上的定位误差

图4 1.13 km 的基线在N、E、U 方向上的定位误差

图5 两条基线在N、E、U 方向上的内符合精度