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      基于精密星歷的極區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)性能分析

      2022-03-30 08:13:22程建華李哲欣劉佳鑫
      科學(xué)技術(shù)與工程 2022年8期
      關(guān)鍵詞:高緯度極區(qū)觀測(cè)點(diǎn)

      程建華, 李哲欣, 劉佳鑫

      (哈爾濱工程大學(xué)智能科學(xué)與工程學(xué)院, 哈爾濱 150001)

      極區(qū)具有重要的航運(yùn)[1]、軍事及資源開(kāi)發(fā)[2]價(jià)值。各類(lèi)運(yùn)載器要實(shí)現(xiàn)安全到達(dá)極區(qū)并順利開(kāi)展作業(yè),必須依賴(lài)高精度的導(dǎo)航系統(tǒng)。因此,長(zhǎng)航時(shí)、高精度、高可靠性的導(dǎo)航系統(tǒng)是極區(qū)開(kāi)發(fā)的重要保障,極區(qū)導(dǎo)航隨之成為研究的熱點(diǎn)[3-4]。

      為了滿足長(zhǎng)航時(shí)、高精度、高可靠性的導(dǎo)航需求,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(global navigation satellite system,GNSS)[5]在導(dǎo)航系統(tǒng)中必不可少[6]。GNSS正常工作的前提是有足夠可見(jiàn)衛(wèi)星,且定位結(jié)果滿足精度要求。然而,GNSS在極區(qū)的可見(jiàn)性和定位精度未知,且GNSS星座構(gòu)建過(guò)程中未重點(diǎn)考慮極區(qū)的覆蓋性,因此需要對(duì)GNSS在極區(qū)的可見(jiàn)性和定位精度展開(kāi)分析。目前全球四大GNSS為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(beidou navigation satellite system,BDS),伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(galileo navigation satellite system,Galileo),全球定位系統(tǒng)(global positioning system,GPS),格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(global navigation satellite system,GLONASS)。4種GNSS在星座部署上存在差異,導(dǎo)致在極區(qū)的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)、定位性能存在差距,因此需要分別分析4種GNSS可見(jiàn)性和定位精度。

      目前極區(qū)GNSS性能分析多為針對(duì)兩種或三種GNSS[7-9],分析方法多為取觀測(cè)點(diǎn)分析[10-11],以該點(diǎn)的分析結(jié)果代替區(qū)域的分析結(jié)果。文獻(xiàn)[7]更側(cè)重于分析BDS在極區(qū)范圍的定位性能。文獻(xiàn)[8]取點(diǎn)分析了BDS、GPS在極區(qū)及極區(qū)范圍內(nèi)的可見(jiàn)性、定位精度,并未對(duì)Galileo、GLONASS展開(kāi)分析。文獻(xiàn)[10]在極區(qū)取點(diǎn)分析了BDS、GPS的可見(jiàn)性、定位精度,并未在極區(qū)區(qū)域內(nèi)展開(kāi)分析。文獻(xiàn)[11]在極區(qū)取點(diǎn)分析了BDS與GPS、Galileo、GLONASS多系統(tǒng)組合的可見(jiàn)性與定位精度,沒(méi)有分別分析4種GNSS在極區(qū)區(qū)域內(nèi)的性能,缺少極區(qū)整體區(qū)域內(nèi)的分析結(jié)果。文獻(xiàn)[9]取點(diǎn)分析了BDS、GPS、GLONASS的可見(jiàn)性、定位精度,并未有針對(duì)性地在極區(qū)區(qū)域內(nèi)展開(kāi)分析。因此目前極區(qū)GNSS性能分析存在兩個(gè)問(wèn)題,首先是分析的GNSS種類(lèi)少,沒(méi)有全面分析4種GNSS的性能,存在分析不全面的問(wèn)題;其次,取觀測(cè)點(diǎn)分析只能說(shuō)明該點(diǎn)的情況,難以推廣到一片區(qū)域內(nèi)的情況,存在分析結(jié)果不具有代表性的問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題,參考文獻(xiàn)[7]的分析思路,基于國(guó)際GNSS服務(wù)(international GNSS service,IGS)提供的2021年1月28日精密星歷,通過(guò)不同的維度,全面分析了BDS、GPS、Galileo、GLONASS在極區(qū)的可見(jiàn)性和定位精度。一方面在極區(qū)中央航線上取多個(gè)觀測(cè)點(diǎn),首次分析并對(duì)比4種GNSS的可見(jiàn)性、定位精度在一天內(nèi)的變化情況,解決了分析不全面的問(wèn)題;另一方面,為了驗(yàn)證、擴(kuò)充航線取點(diǎn)的分析結(jié)果,首次對(duì)4種GNSS的可見(jiàn)性、定位精度進(jìn)行北半球全局區(qū)域分析,為極區(qū)GNSS的應(yīng)用提供理論依據(jù),同時(shí)為極區(qū)GNSS未來(lái)研究方向提供一定的建議。

      1 極區(qū)航線GNSS可見(jiàn)性分析

      為了分析4種GNSS在極區(qū)航線上的可見(jiàn)性,首先推導(dǎo)了衛(wèi)星高度角的計(jì)算方法,通過(guò)截止高度角與衛(wèi)星高度角的大小關(guān)系判斷GNSS可見(jiàn)性。其次,在極區(qū)航線上取6個(gè)觀測(cè)點(diǎn),繪制24 h內(nèi)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)4種GNSS的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)變化曲線,以此分析極區(qū)航線上4種GNSS的可見(jiàn)性。

      1.1 GNSS可見(jiàn)性計(jì)算原理

      精密星歷以5 min為間隔,給出1 d時(shí)間內(nèi)GNSS各個(gè)衛(wèi)星在ITRF2014全球參考框架中的高精度坐標(biāo)值,精密星歷中包含BDS40顆衛(wèi)星,Galileo24顆衛(wèi)星,GPS30顆衛(wèi)星,GLONASS19顆衛(wèi)星。ITRF2014全球參考框架由國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)(international earth rotation service,IERS)發(fā)布,是一種地心地固坐標(biāo)系。

      通過(guò)比較衛(wèi)星高度角與截止高度角的大小可以判定衛(wèi)星的可見(jiàn)性,具體步驟如下:計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)到某個(gè)衛(wèi)星的觀測(cè)向量,依據(jù)觀測(cè)向量求出衛(wèi)星高度角,若衛(wèi)星高度角大于預(yù)設(shè)的截止高度角,則判定此衛(wèi)星可見(jiàn),反之,則判定此衛(wèi)星不可見(jiàn)。

      設(shè)觀測(cè)點(diǎn)P在地心地固坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(x,y,z),某個(gè)衛(wèi)星S在地心地固坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(x(i),y(i),z(i)),則從觀測(cè)點(diǎn)到該衛(wèi)星的觀測(cè)向量為

      (1)

      將觀測(cè)向量歸一化,得到單位觀測(cè)矢量為

      (2)

      (3)

      設(shè)觀測(cè)點(diǎn)P的緯度為L(zhǎng),經(jīng)度為λ,從地心地固坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到地理坐標(biāo)系的具體步驟為:首先將地心地固坐標(biāo)系繞Z軸旋轉(zhuǎn)λ+90°,然后再繞新的X軸旋轉(zhuǎn)90°-L。以此得到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣S為

      (4)

      坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣S為單位正交陣,即S-1=ST。衛(wèi)星高度角θ是地理坐標(biāo)系中的觀測(cè)向量高出由東向和北向兩軸所構(gòu)成平面的角度,即

      (5)

      1.2 GNSS可見(jiàn)性計(jì)算結(jié)果與分析

      由于極區(qū)航運(yùn)、科考以船舶為主,因此基于極區(qū)中央航線分析GNSS可見(jiàn)性,這條航線從大連出發(fā),途徑白令海峽,直到北極點(diǎn)。在極區(qū)中央航線上取6個(gè)觀測(cè)點(diǎn),各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)位置如表1所示。

      表1 各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)位置Table 1 Location of each observation point

      較小的衛(wèi)星高度角θ會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的多徑效應(yīng),并增大多徑誤差[12-13],因此通常認(rèn)為θ較小的衛(wèi)星對(duì)于提高定位精度的程度抵不上它帶來(lái)的較大定位誤差的程度。因此需要設(shè)置截止高度角,任何衛(wèi)星高度角θ小于截止高度角的衛(wèi)星都不用于定位計(jì)算。

      美國(guó)聯(lián)邦空管局(federal aviation administration,F(xiàn)AA)定義極區(qū)范圍為78°N以北的地區(qū),因此極區(qū)即為78°緯線圈以內(nèi)的區(qū)域。按照國(guó)家GPS測(cè)量規(guī)范要求,設(shè)定截止高度角為15°,由精密星歷可得各個(gè)衛(wèi)星在地心地固坐標(biāo)系下的高精度坐標(biāo)值,由式(1)~式(5)可求出各個(gè)衛(wèi)星相對(duì)于觀測(cè)點(diǎn)的衛(wèi)星高度角θ,若衛(wèi)星高度角θ大于預(yù)設(shè)的截止高度角,則判定此衛(wèi)星可見(jiàn),反之,則判定此衛(wèi)星不可見(jiàn)。依據(jù)上述判斷邏輯,可得24 h內(nèi)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)4種GNSS的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)變化曲線,如圖1所示。計(jì)算24 h內(nèi)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)4種GNSS的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)變化范圍與均值如表2所示。

      分析24 h內(nèi)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)4種GNSS的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)變化曲線,可得如下結(jié)論。

      (1)從緯度方面分析可知,在航線50°N~90°N區(qū)域內(nèi),絕大部分時(shí)間段內(nèi)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)從多到少排序?yàn)锽DS、GPS、Galileo、GLONASS。BDS可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)明顯多于GPS;GPS可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)略多于Galileo、GLONASS;Galileo可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)略多于GLONASS,但Galileo、GLONASS可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)相差較小。

      (2)從可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)范圍分析可知,BDS在航線50°N~90°N區(qū)域內(nèi)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)始終大于8顆,GPS、Galileo在航線50°N~90°N區(qū)域內(nèi)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)始終大于4顆,表明BDS、GPS、Galileo在航線的高緯度地區(qū)及極區(qū)部分內(nèi)具備連續(xù)可靠的定位能力,且BDS可見(jiàn)性優(yōu)于GPS、Galileo。GLONASS在航線50°N~60°N區(qū)域內(nèi),會(huì)出現(xiàn)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)為3的情況,在航線70°N~90°N區(qū)域內(nèi),可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)始終大于4顆,表明GLONASS的可見(jiàn)性差于BDS、GPS、Galileo,但在航線高緯度地區(qū)及極區(qū)具備連續(xù)可靠的定位能力。

      圖1 觀測(cè)點(diǎn)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)Fig.1 Number of visible satellites at observation points

      表2 各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)Table 2 Number of visible satellites at each observation point

      從可見(jiàn)衛(wèi)星均值方面分析可知,隨著緯度逐漸增大,BDS可見(jiàn)衛(wèi)星均值有所減小,但GPS、Galileo、GLONASS可見(jiàn)衛(wèi)星均值逐漸增大,表明GPS、Galileo、GLONASS可見(jiàn)性隨緯度增大而逐漸提高,但依然與BDS有一定差距。

      以上結(jié)論是基于衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)分析得到的,以GNSS正常工作為前提,不包含由于極區(qū)電離層擾動(dòng)、磁暴造成GNSS無(wú)法工作的情況。在GNSS受極區(qū)環(huán)境影響無(wú)法工作時(shí),GNSS不具備連續(xù)可靠的定位能力。

      2 極區(qū)航線GNSS定位精度分析

      為了分析4種GNSS在極區(qū)航線上的定位精度,首先推導(dǎo)了精度因子的計(jì)算方法,表明了精度因子在GNSS定位的實(shí)際含義。其次,在極區(qū)航線上取6個(gè)觀測(cè)點(diǎn),繪制24 h內(nèi)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)4種GNSS的各項(xiàng)精度因子(dilution of precision, DOP)值變化曲線,以此分析極區(qū)航線上4種GNSS的定位精度。

      2.1 精度因子計(jì)算原理

      GNSS定位、定時(shí)誤差的協(xié)方差矩陣可表示為

      (6)

      (7)

      依據(jù)式(7)可求出地理坐標(biāo)系中的各項(xiàng)DOP為

      (8)

      (9)

      (10)

      (11)

      (12)

      2.2 精度因子計(jì)算結(jié)果及分析

      各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的位置、預(yù)設(shè)的截止高度角與1.2小節(jié)相同,依據(jù)2.1節(jié)各項(xiàng)DOP值計(jì)算方法,計(jì)算地理坐標(biāo)系中的各項(xiàng)DOP值,可得24 h內(nèi)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)4種GNSS的各項(xiàng)DOP值變化曲線如圖2~圖7所示。由于PDOP值描述的是可見(jiàn)衛(wèi)星個(gè)數(shù)及可見(jiàn)衛(wèi)星幾何分布對(duì)三維空間定位的綜合影響,因此PDOP值能夠反映GNSS的定位精度。計(jì)算24 h內(nèi)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)4種GNSS的PDOP值變化范圍與均值如表3所示。

      圖2 觀測(cè)點(diǎn)1各項(xiàng)DOP值Fig.2 DOP values of observation point 1

      圖3 觀測(cè)點(diǎn)2各項(xiàng)DOP值Fig.3 DOP values of observation point 2

      圖4 觀測(cè)點(diǎn)3各項(xiàng)DOP值Fig.4 DOP values of observation point 3

      圖5 觀測(cè)點(diǎn)4各項(xiàng)DOP值Fig.5 DOP values of observation point 4

      圖6 觀測(cè)點(diǎn)5各項(xiàng)DOP值Fig.6 DOP values of observation point 5

      圖7 觀測(cè)點(diǎn)6各項(xiàng)DOP值Fig.7 DOP values of observation point 6

      表3 各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)PDOP值Table 3 PDOP value of each observation point

      結(jié)合表3,對(duì)24 h內(nèi)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的PDOP值變化曲線進(jìn)行分析,將PDOP值小于7定義為高定位精度[18-19],可得如下結(jié)論。

      (1)從緯度方面分析可知,在航線50°N~80°N區(qū)域內(nèi),絕大部分時(shí)間段PDOP值由小到大排序?yàn)锽DS、GPS、Galileo、GLONASS。在航線90°N絕大部分時(shí)間段PDOP值由小到大排序?yàn)锽DS、Galileo、GPS、GLONASS。由于較小的PDOP值代表較高的定位精度,因此以上排序即為不同緯度范圍內(nèi)4種GNSS定位精度由高到低的排列順序。

      (2)由PDOP值范圍和均值可知,BDS的PDOP值始終小于7,GPS的PDOP值在大部分時(shí)間段內(nèi)小于7,表明BDS、GPS在航線的高緯度地區(qū)及極區(qū)能夠提供高精度的定位服務(wù),且BDS的定位精度高于GPS。Galileo的PDOP值會(huì)在航線50°N~70°N出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)大幅增大的情況,如表3觀測(cè)點(diǎn)1的PDOP值變化范圍所示,是短時(shí)間內(nèi)Galileo可見(jiàn)衛(wèi)星的幾何分布較差所導(dǎo)致,表明Galileo在航線的中緯度及少部分高緯度地區(qū)定位精度不穩(wěn)定,在大部分高緯度地區(qū)及極區(qū)能夠提供高精度的定位服務(wù)。GLONASS在航線50°N~60°N區(qū)域PDOP值波動(dòng)較大,在70°N~90°N區(qū)域PDOP值波動(dòng)相對(duì)較小,表明GLONASS在中緯度地區(qū)定位精度不穩(wěn)定,在高緯度及極區(qū)定位精度相對(duì)較高,但定位精度低于BDS、GPS、Galileo。

      (3)由PDOP值均值分析可知,隨著緯度逐漸增大,BDS、GPS的PDOP值在不同程度上有所增大,Galileo、GLONASS的PDOP值逐漸減小,表明Galileo、GLONASS定位精度隨緯度增大而逐漸提高,但定位精度依然與BDS有一定差距。

      與1.2節(jié)類(lèi)似,以上結(jié)論是基于衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)分析得到的,以GNSS正常工作為前提,在GNSS受極區(qū)環(huán)境影響無(wú)法工作時(shí),GNSS不能提供高精度的定位服務(wù)。

      3 極區(qū)范圍GNSS可見(jiàn)性分析

      1.2節(jié)中的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)分析結(jié)論是基于航線取點(diǎn)得到的,僅依據(jù)航線取點(diǎn)分析得出的結(jié)論來(lái)推斷整個(gè)高緯度及極區(qū)GNSS的可靠性和精度可能會(huì)存在以偏概全,分析結(jié)論不具有代表性的問(wèn)題。因此在北半球范圍內(nèi)進(jìn)行可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)全局分析,不再單獨(dú)分析中高緯的某點(diǎn),而是分析整個(gè)北半球范圍,以此來(lái)驗(yàn)證、擴(kuò)充1.2小節(jié)中的分析結(jié)論。依據(jù)1.1節(jié)的計(jì)算原理,以1°經(jīng)緯度為間隔取點(diǎn),遍歷整個(gè)地球。為了確定每點(diǎn)穩(wěn)定可見(jiàn)的衛(wèi)星數(shù),將每點(diǎn)的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)取為一天內(nèi)的最小值,分別計(jì)算出地球上4種GNSS的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù),并從北極點(diǎn)向下俯視,分析極區(qū)范圍內(nèi)4種GNSS的可見(jiàn)性。

      FAA定義極區(qū)范圍為78°N以北的地區(qū),因此在78°N處繪制一個(gè)緯線圈,圈內(nèi)即為極區(qū)區(qū)域。繪制地心地固坐標(biāo)下24 h內(nèi)北半球4種GNSS的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)分布圖,如圖8所示。

      由圖8可知,在北半球區(qū)域內(nèi),絕大部分地區(qū)內(nèi)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)從多到少排序?yàn)锽DS、GPS、Galileo、GLONASS。BDS在北半球區(qū)域內(nèi)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)始終大于4顆,表明BDS在整個(gè)北半球具備連續(xù)可靠的定位能力。

      GPS、Galileo在極區(qū)航線上可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)始終大于4顆,但GPS在少部分中緯度地區(qū)會(huì)出現(xiàn)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)為3的情況,Galileo在少部分中低緯度地區(qū)會(huì)出現(xiàn)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)為3的情況,在高緯度地區(qū)及極區(qū)GPS、Galileo可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)始終大于4顆,表明GPS、Galileo在高緯度地區(qū)及極區(qū)具備連續(xù)可靠的定位能力。

      GLONASS在大部分中低緯度地區(qū)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)小于4顆,在高緯度地區(qū)及極區(qū)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)為4顆,表明GLONASS在高緯度地區(qū)及極區(qū)具備連續(xù)可靠的定位能力。

      以上結(jié)論與1.2節(jié)的分析結(jié)果相符,驗(yàn)證并擴(kuò)充了1.2節(jié)的分析結(jié)論,解決了航線取點(diǎn)分析不具有代表性的問(wèn)題。

      圖8 北半球可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)分布Fig.8 Distribution of visible satellites in northern hemisphere

      4 極區(qū)范圍GNSS定位精度分析

      與可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)分析相類(lèi)似,2.2節(jié)中的定位精度分析結(jié)論是基于航線取點(diǎn)得到的,同樣可能會(huì)出現(xiàn)分析結(jié)論不具有代表性的問(wèn)題,因此在北半球范圍內(nèi)進(jìn)行定位精度全局分析,不再單獨(dú)分析中高緯的某點(diǎn),而是分析整個(gè)北半球范圍,以此來(lái)驗(yàn)證、擴(kuò)充2.2節(jié)中的分析結(jié)論。

      為了使定位精度能夠代表一天內(nèi)的整體情況,將每點(diǎn)的PDOP值取為一天內(nèi)的平均值,分別計(jì)算出地球上4種GNSS的PDOP值,并從北極點(diǎn)向下俯視,分析極區(qū)范圍內(nèi)4種GNSS的定位精度。繪制地心地固坐標(biāo)下24 h內(nèi)北半球4種GNSS的PDOP值分布,如圖9所示。

      由圖9可知,BDS、GPS在北半球的PDOP值始終保持在較小范圍內(nèi),表明BDS、GPS在整個(gè)北半球能夠提供高精度的定位服務(wù),且在高緯度地區(qū)及極區(qū),BDS的定位精度略高于GPS。Galileo在中低緯度地區(qū)的定位精度不穩(wěn)定,但在大部分高緯度地區(qū)及極區(qū)PDOP值始終保持在較小范圍內(nèi),表明Galileo在極區(qū)能夠提供高精度的定位服務(wù)。GLONASS在中低緯度地區(qū)定位精度不穩(wěn)定,在高緯度及極區(qū)定位精度較高但仍存在小部分區(qū)域精度稍差,總體定位精度低于BDS、GPS、Galileo。

      以上結(jié)論與2.2節(jié)的分析結(jié)果相符,驗(yàn)證并擴(kuò)充了2.2節(jié)的分析結(jié)論,解決了航線取點(diǎn)分析不具有代表性的問(wèn)題。

      5 結(jié)論

      基于IGS精密星歷,通過(guò)仿真計(jì)算全面分析了BDS、Galileo、GPS、GLONASS當(dāng)前星座在極區(qū)的可見(jiàn)性及定位精度,得到以下結(jié)論。

      (1)在GNSS正常工作,不受極區(qū)惡劣環(huán)境影響的前提下,BDS、GPS在高緯度地區(qū)及極區(qū)能夠提供高可靠性、高精度的定位服務(wù),且BDS可靠性、精度優(yōu)于GPS;Galileo在高緯度地區(qū)的可靠性良好,定位精度低于BDS、GPS,在極區(qū)能夠提供高可靠性、高精度的定位服務(wù),總體性能差于BDS、GPS;GLONASS在中低緯度定位性能不穩(wěn)定,在極區(qū)能夠提供高可靠性、較高精度的定位服務(wù),總體性能差于BDS、GPS、Galileo。以上結(jié)論基于2021年1月28日的高精度衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)得到,GNSS在極區(qū)的實(shí)際定位性能還受到工作時(shí)實(shí)際環(huán)境及GNSS星座變化的影響。

      (2)從理論分析的角度來(lái)看,4種GNSS星座能夠較好地覆蓋極區(qū),可見(jiàn)衛(wèi)星個(gè)數(shù)及衛(wèi)星幾何分布能夠滿足極區(qū)定位要求。然而由于極區(qū)的位置特殊性,極區(qū)太陽(yáng)風(fēng)暴、磁暴和電離層暴頻繁,這些實(shí)際影響因素會(huì)嚴(yán)重干擾甚至截?cái)嘈l(wèi)星信號(hào),導(dǎo)致GNSS在極區(qū)無(wú)法提供高可靠性、高精度的定位服務(wù)。因此,當(dāng)前極區(qū)GNSS的研究方向,應(yīng)更側(cè)重于尋找合適的方法,以此來(lái)遏制極區(qū)惡劣電磁環(huán)境對(duì)GNSS的影響。

      圖9 北半球PDOP值分布Fig.9 Distribution of PDOP value in northern hemisphere

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