风云三号D星天基BDS实时定位性能分析

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。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2000 km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(global positioning system)高50%以上;BDS广播星历的轨道误差为1.5 m,时钟误差为2.4 ns,SISRE达到了0.79 m,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 m;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°时的码偏移是直接测量得到;使用BDS双频测量数据获得了836 km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0.6 m左右。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。