卫星导航系统监测站覆盖性能分析及布设方法初步研究
如何进行卫星导航系统测试
如何进行卫星导航系统测试卫星导航系统作为现代科技领域中的重要应用，广泛应用于航天、航海、车辆导航、无人机等领域。
为确保卫星导航系统的性能和可靠性，进行系统测试是必不可少的环节。
本文将探讨如何有效进行卫星导航系统的测试，包括测试的目标、测试流程以及测试方法。
同时还将提及一些常用的测试技术和注意事项。
一、测试目标卫星导航系统的测试目标主要包括以下几个方面：1. 确保导航系统的定位精度：导航系统定位的准确性是系统性能的重要指标之一。
通过测试，可以评估系统在不同场景下的定位精度，并进行性能分析和改进。
2. 验证系统的可用性和可靠性：导航系统在不同环境下的可用性和可靠性是测试的重要目标。
通过模拟不同的环境和故障情况，测试系统的故障恢复能力以及系统的可用性和稳定性。
3. 检测系统的兼容性：导航系统通常需要与其他设备进行配合使用，如车载导航系统需要与车载设备进行连接。
测试过程中，要确保系统与其他设备的兼容性，确保数据传输和通信的正常进行。
4. 评估系统的安全性：卫星导航系统安全性的评估是测试的重要内容。
测试过程中，应关注系统的抗干扰能力、数据传输的安全性以及对系统的攻击和破坏等情况的应对能力。
二、测试流程卫星导航系统的测试流程主要包括以下几个步骤：1. 制定测试计划：在开始测试之前，需要对测试的范围、目标、方法和时间进行详细的规划和制定测试计划。
测试计划应该包括测试的目标、测试的内容、测试的时间安排以及测试所需的资源等方面的信息。
2. 准备测试环境：测试环境的准备是测试流程中的重要一步。
测试环境应该与实际应用环境相匹配，包括室内和室外测试环境。
室内测试环境可以使用仿真设备和软件进行测试，而室外测试环境需要选择适当的场地进行测试。
3. 进行功能测试：功能测试是测试流程中的基础部分。
通过对导航系统的各项功能进行测试，包括定位精度、导航功能、数据传输等方面的测试。
4. 执行性能测试：性能测试是对系统性能进行评估的重要环节。
NavIC_区域卫星导航系统性能分析
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·6·2023年第21期文章编号：2095-6835（2023）21-0006-03NavIC区域卫星导航系统性能分析张奋1，2，贾小林1，2，阮仁桂1，2，宗文鹏1，2（1.西安测绘研究所，陕西西安710054；2.地理信息工程国家重点实验室，陕西西安710054）摘要：除了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗和欧洲的Galileo，印度是全球第5个拥有完全自主卫星导航系统的国家。
分析了印度区域卫星导航系统（NavIC）的覆盖性及定位精度，并通过首要服务区和次要服务区测站的实测数据进行验证。
结果表明，NavIC系统首要服务区平均定位精度为7.71m，可用性为90.79%；次要服务区平均定位精度为9.08m，可用性为69.51%；在系统整个服务区域内平均定位精度为8.20m，可用性为80.15%。
NavIC系统基本可以向其服务区提供独立导航定位服务。
关键词：印度区域卫星导航系统；覆盖性；定位精度；可用性中图分类号：P228.4文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.21.002目前全球导航卫星系统（GNSS）已经在世界范围内取得了巨大成功，定位与导航的理论与方法研究已经成熟。
与此同时，导航系统监测评估研究开始受到广泛关注。
目前除了中、美、俄、欧盟自主研制的四大卫星导航系统，印度的NavIC和日本的QZSS作为新兴导航系统在近两年发展迅速。
NavIC系统是由印度空间研究组织设计和开发的区域性卫星导航系统，按照印度2010年制定的目标，第一颗卫星会在2011年发射，然后每半年发射一枚，到2015年即可实现系统运行。
但实际上首颗卫星在2013年才发射，比原计划推迟了2年。
印度于当地时间2013-07-01发射了印度区域卫星导航系统的第一颗导航卫星IRNSS-1A；2016-04-28，IRNSS-1G发射成功，完成了7星组网的系统空间段部署。
北斗卫星导航系统性能分析及应用研究
北斗卫星导航系统性能分析及应用研究本文以北斗卫星导航系统性能分析及应用研究为主体,重点研究了北斗卫星伪距多路径效应误差改正、GNSS数据质量分析及软件开发、北斗空间信号精度评估、北斗卫星星载原子钟性能评估分析、BDS/GPS组合双系统相对定位性能分析及其应用。
论文主要进行了以下的工作和研究:1.本文首先总结概括了研究背景以及GNSS数据质量评估分析技术、北斗监测评估分析和BDS/GPS组合双系统组合相对定位技术的研究现状,然后简要阐述了本文的研究目的和主要内容。
2.本文针对全球卫星导航系统的观测信息,详细介绍了GNSS数据质量分析的基本原理,主要内容包括卫星导航定位系统的一些基本观测量、常见组合观测量、主要误差源和一些常见的数据质量分析参数等。
3.本文针对多路径效应对GNSS导航定位的影响,开展了对北斗卫星伪距多路径误差的研究,分析了北斗卫星伪距多路径误差与高度角和信噪比的关系,并对北斗卫星伪距多路径误差与高度角进行了相关性强度分析,采用了二次多项式拟合法和小波变换法对北斗卫星伪距多路径进行了修正。
4.本文针对目前流行的GNSS数据质量分析软件的局限性,编制了能有效处理GNSS数据的质量分析软件GDQA,软性操作方便,功能完善,实现了对GNSS观测文件的编辑、观测数据质量检核和结果可视化等功能,并开展了对我国北斗三号卫星观测数据质量的分析。
5.本文针对我国北斗空间信号精度的研究现状,详细介绍了BDS广播轨道精度评估、广播钟差精度评估和用户测距误差URE精度评估的定义和计算流程,并开展了以精密星历为参考,对北斗卫星导航系统进行了广播轨道精度评估、广播钟差精度评估和用户测距误差URE的精度评估。
6.本文针对目前BDS在轨卫星原子钟运行状况,研究了星载原子钟性能评估的相应指标、算法和模型,对我国北斗在轨卫星星载原子钟进行了频率准确度、频率漂移率、频率稳定度、钟差模型残差序列评估分析和钟差噪声识别性能分析等。
卫星导航系统精度评估方法分析
卫星导航系统精度评估方法分析卫星导航系统是一种基于卫星定位技术的导航系统，可以为用户提供准确的位置、速度和时间信息。
对于卫星导航系统的用户来说，精度是其最为关注的性能指标之一。
因此，评估卫星导航系统的精度是至关重要的。
卫星导航系统的精度评估方法有多种，可以从不同的角度对其进行评估。
以下是几种常用的卫星导航系统精度评估方法：1. 静态测试法静态测试法是在已知的参考点上进行测试，通过与参考点测量结果的比对来评估卫星导航系统的精度。
这种方法通常可用于评估卫星导航系统的位置精度。
在测试过程中，可以选择多个参考点分布在不同区域，以全面评估卫星导航系统的覆盖范围和位置测量的精度。
2. 动态测试法动态测试法是在不同的移动场景下进行测试，通过与地面真实测量结果的比对来评估卫星导航系统的精度。
这种方法通常可用于评估卫星导航系统的速度和位置精度。
在测试过程中，可以模拟不同的运动轨迹和速度，以全面评估卫星导航系统在不同条件下的精度表现。
3. 差分处理法差分处理法是在已知参考站点与测试站点之间建立差分基线，通过比对差分结果来评估卫星导航系统的精度。
这种方法可以使用实时差分或者后处理差分两种方式进行。
实时差分方法通常用于实时导航应用，后处理差分方法通常用于精密定位应用。
差分处理法的优点是能够消除卫星导航系统和接收机的各种误差，提高测量结果的精度。
4. 数学模型法数学模型法是通过建立卫星导航系统的误差模型来评估其精度。
这种方法通常需要对卫星导航系统的误差源进行建模，并利用数学方法对误差进行估计和处理。
数学模型法的优点是能够对卫星导航系统的各种误差进行分析和优化，提高其精度。
综上所述，卫星导航系统的精度评估方法包括静态测试法、动态测试法、差分处理法和数学模型法等多种方法。
不同的评估方法适用于不同的评估场景和需求。
在评估卫星导航系统的精度时，可以选择合适的方法或者采用多种方法相互验证，以保证评估结果的准确性和可靠性。
需要注意的是，在进行精度评估时，还需考虑到卫星导航系统本身的性能特点、测量误差和环境干扰等因素的影响。
D级GPS控制网的布设与精度分析
D级GPS控制网的布设与精度分析摘要：本文全面介绍了永年-肥乡测区GPS平面控制网的布设方案,包括GPS 控制网技术设计、外业观测、数据处理、控制网平差及精度分析和可靠性检验等，同时对永年-肥乡测区GPS平面控制网建立的有关问题提出一些建议。
关键词：基线解算网平差精度分析可靠性检验全球定位系统（Global Positioning System，缩写GPS）是美国第二代卫星导航定位系统。
该系统以其全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航定位功能，已被广泛地应用于各种等级精度的城市控制测量中。
本文以永年-肥乡测区为例，进行GPS控制网布设与精度分析。
1.测区概况永年-肥乡测区位于河北省南部，中心坐标为东经114°15′18″，北纬36°52′25″。
京珠和京广高速公路横贯测区，测区交通较为方便。
测区位于冀南平原地区，地势平坦。
海拔标高一般在30～50m，地形条件较好，居民地较多。
2.控制网的布设（1）已有资料及利用1）平面控制资料：测区附近有张西堡镇M1（B级GPS点）、M2（C级GPS点），两点坐标系统为北京54坐标系，中央子午线为117，属6度带。
该两点标石保存完好，经检验精度能够满足要求，作为本测区平面控制的起算点。
2）高程控制资料：测区附近有水准点N1（Ⅱ等）、N2（Ⅱ等），其高程属1985年高程基准，该测区水准点标石保存完好，能够作为本测区高程控制网的起算点。
（2）控制网的布设以张西堡镇M1（B级GPS点）、M2（C级GPS点）为平面起算点，N1（Ⅱ等）、N2（Ⅱ等）为高程起算点，布设D级GPS控制网点15个，其编号采用流水编号GPS01、GPS02…，所布设的GPS点其高程是由高程起算点进行高程拟合所得，经检测满足精度要求。
3.GPS控制网的观测本次测量使用六台套中海达V8接收机测，标称精度为m基=±5mm+1ppm×D（式中D为水平距离，以km为单位），仪器经鉴定中心进行鉴定，鉴定结果合格。
北斗三号网络RTK 定位性能分析研究
国土资源LAND&RESOURCES33SHUZIZIRANZIYUAN数字自然资源北斗卫星导航系统（BeiDou （COMPASS ）NavigationSatellite System ）是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。
北斗三号全球卫星导航系统星座由3颗地球静止轨道（GEO ）卫星、3颗倾斜地球同步轨道 （IGSO ）卫星和24颗中圆轨道（MEO ）卫星组成。
目前，北斗三号系统除提供定位导航授时服务外，还集成了星基增强和精密单点定位功能。
高精度、高完好性等特点与通信数传功能完美的融合，实现并提供全球区域短报文通信及国际搜救服务。
卫星导航定位基准站（以下简称基准站）是国家空间基础设施的重要组成部分，其独特的增强定位方式网络RTK 为地理空间数据采集以及导航定位的实时性、高效性、精确性和便利性方面带来了革命性的跨越，大大降低了高精度定位的成本和测绘外业成本，为经济社会快速发展提供了精确的位置保障。
随着北斗三号系统的正式开通，各行各业的应用也逐步开展起来。
在全面推广应用之前，结合行业需求对网络RTK 定位性能开展前期评估是一项必不可少的工作。
本文综合考虑北斗三号网络RTK 定位的关键技术和服务内容，建立区域试验场，从基准站模糊度固定率、初始化时间、用户定位精度及稳定性进行分析，为今后全省使用单北斗系统提供参考依据。
一、建立区域试验场基于浙江省已有的网络与通信基础设施，搭建国产软、硬件的测试系统，利用LINA 、DEQI 、FUYA 、XISH 、ZJHZ 等5座GNSS 的观测墩、天线、电缆线和网络构建由北斗GNSS 基准站、数据综合处理中心及通信网络等子系统组成的试验网。
配置以国产版卡为主的新一代国产北斗卫星接收机，采用功分器一分为二即一个天线连接2台GNSS 接收机，将实时北斗卫星数据流通过网络专网传输至数据处理中心，同时利用国产实时数据处理软件，在三星（GPS\GLONASS\BDS ）、双星（GLONASS\BDS ）和单北斗系统下，采用国产的RTK 设备测试北斗三号网络RTK 服务能力。
北斗卫星导航系统精度评估方法研究
北斗卫星导航系统精度评估方法研究北斗卫星导航系统（简称北斗系统）是中国自主研发的卫星导航系统，它能够在全球范围内提供定位、导航和授时服务。
自北斗系统建设以来，广泛应用于交通、水利、气象、农业、渔业、林业、测绘、地质勘探、电力、通信、金融等领域。
为了保证北斗系统的导航精度，需要对其进行精度评估。
一、北斗系统的导航精度北斗系统的导航精度取决于卫星的几何因素、时钟误差、大气延迟、多径效应等因素。
其中，最主要的因素是卫星的几何因素。
由于卫星的位置不断变化，导致导航精度也不断变化。
因此，北斗系统需要不定期对其进行精度评估和校正，以保证其导航精度。
二、北斗系统的精度评估方法1、与基准站进行实时比对方法这种方法是指通过与已知位置的基准站实时比对卫星信号，从而进行误差估计。
这种方法虽然实时性强，但是需要基准站的配合，且成本较高。
2、单点定位方法单点定位是一种通过卫星的伪距观测值，推导出接收机的三维空间坐标的方法。
该方法适用于无需知晓精确位置的应用场景。
然而，由于单点定位容易受到多种误差因素的影响，精度较低，仅适用于某些精度要求不高的应用场景。
3、差分定位方法差分定位是指通过一个基准站观测卫星信号，并与其他接收机的观测值进行比较，从而估计定位误差。
该方法的优点在于可以通过对比不同基准站的数据，来减少大气误差和钟差误差的影响。
它适用于一些对精度要求较高的应用场景，如航空、导航等领域。
4、测量工程方法测量工程方法是通过在一定范围内，建立测量网络并对接收机进行实地观测的方法。
该方法能够产生较准确的位置信息，但需要较大的场地和昂贵的设备。
三、北斗系统精度评估的应用实例北斗系统的精度评估可以通过一系列的实验来进行。
例如，可以通过安装北斗芯片的移动设备，在不同场景下比对和验证其位置信息的准确度。
同时，数字化地图的建立也可以借助北斗系统进行，通过对比实测结果和地图信息的差异，评估北斗系统的导航精度。
此外，还可以在农业、气象等领域使用北斗系统进行应用实例测试，例如，在农业领域，可以通过北斗系统的精度评估，提高精准农业、土地评估等方面的应用。
卫星星座覆盖性能分析及仿真研究的开题报告
卫星星座覆盖性能分析及仿真研究的开题报告一、选题背景现代卫星通信系统凭借其广覆盖面积、高速传输、稳定可靠等优势，已成为现代通信领域普及应用的先锋，尤其是在远程地区覆盖方面有着得天独厚的优势。
其中，卫星星座是卫星通信系统中的核心组成部分，其星座覆盖范围直接决定了系统服务能力及可靠性。
卫星星座的设计需要考虑很多因素，如地理环境、气象条件和电磁频谱资源等。
因此，对于卫星星座覆盖性能分析及仿真研究的需求也逐渐增大。
通过对卫星星座覆盖性能进行系统建模和仿真分析，可以更加准确地预测星座覆盖效果，为星座设计和优化提供技术支持。
二、研究目的和意义本项目旨在通过对卫星星座覆盖性能的分析及仿真研究，全面深入地了解星座覆盖范围及性能指标，并寻找有效的优化策略，提高卫星通信系统的覆盖范围和通信质量，进一步优化星座设计。
通过本项目研究，可以掌握卫星星座的设计和运行原理，获取卫星通信系统相关技术的前沿知识和实践能力，培养创新思维和团队协作精神，提高通信信息技术应用能力，积极参与相关领域的学术交流，为推动通信技术的发展做出贡献。
三、研究内容和技术路线1.星座覆盖性能分析及指标确定通过对卫星星座的设计、限制条件和运行模型进行详细分析，确定星座的覆盖性能指标，包括星座的覆盖范围、通信质量、传输速率等。
2. 建立星座设计仿真模型基于Matlab等仿真软件，建立基本的星座设计仿真模型，考虑实际情况中的环境因素和干扰因素，如大气层折射、衰减损耗、个别地形和建筑物对信号传输的影响等。
3. 星座仿真分析优化方法根据实际分析结果及建立的仿真模型，对星座覆盖范围和通信质量进行分析，并提出相应的优化方法和方案，如卫星布局、星座数量、透明度等方法。
4. 系统性能测试及结果分析通过实验验证，对比分析所提出的优化方案，比较实际性能及预测性能差异，并进行数学统计与分析，推广和应用星座的优化方案。
四、成果及预期目标本项目拟通过系统、系统性的研究取得以下的预期成果：1. 掌握卫星星座设计的原理和技术，并能利用相关软件进行星座仿真和分析；2. 完成星座覆盖性能建模及仿真分析，对星座数量、透明度、卫星布局等设计因素予以优化；3. 完成卫星星座性能测试及结果分析，并形成合格的研究报告。
卫星导航系统的性能评估和位置精度提升策略
卫星导航系统的性能评估和位置精度提升策略随着现代科技的不断发展，卫星导航系统在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。
它们为人们提供了准确的位置信息，并广泛应用于交通运输、军事、物流、气象等领域。
然而，卫星导航系统的性能和定位精度仍然是一个值得关注和改进的问题。
本文将重点讨论卫星导航系统的性能评估和位置精度提升策略。
一、卫星导航系统的性能评估卫星导航系统的性能评估是评估系统的可靠性、稳定性和精度的重要过程。
以下是一些常用的性能评估指标：1.准确性评估：准确性是衡量卫星导航系统性能的关键指标。
通过与实际位置进行比较，可以评估定位结果与真实位置的误差大小。
常见的准确性评估方法包括平均误差、标准差和误差分布等。
2.可用性评估：可用性是衡量卫星导航系统是否能够在给定条件下正常工作的指标。
可用性评估可以通过系统的从属状态、故障率以及用户反馈等来进行评估。
必要时，可以进行可用性的模拟或实地测试，以确认系统是否能够满足用户的需求。
3.灵敏度评估：灵敏度是衡量卫星导航系统对输入条件变化的响应程度的指标。
灵敏度评估可以通过改变接收机的参数或环境条件来进行。
评估结果可以帮助我们了解系统对信号干扰、多路径效应和天气条件等的响应情况，从而提出改进策略。
二、卫星导航系统位置精度提升策略为了提高卫星导航系统的定位精度，需要采取一系列的措施和策略来优化系统性能。
以下是一些常用的位置精度提升策略：1.多路径干扰抑制：多路径效应是导致定位误差增加的常见因素。
为了抑制多路径干扰，可以采用天线阵列技术、信号滤波和调制解调等方法。
此外，可以使用地面参考站或差分增强技术来提供更精确的定位结果。
2.信号增强技术：信号增强技术是提高卫星导航系统性能的关键因素之一。
通过使用增强型卫星导航系统（如GLONASS、Galileo等）提供更多的卫星信号，可以提高系统的可见卫星数量，从而提高定位精度。
此外，还可以使用增强型接收机或外部增强设备来提高信号接收和处理能力。
卫星导航系统性能分析与优化
卫星导航系统性能分析与优化随着科技的不断进步和普及，卫星导航系统已经成为现代社会中不可或缺的一部分。
卫星导航系统常见的有美国的GPS系统、俄罗斯的格洛纳斯系统、欧盟的伽利略系统等。
随着全球定位技术和设备的不断发展，卫星导航系统的使用场景也变得愈发广泛。
但同时，我们也应该深入了解卫星导航系统的性能和优化，为现代社会更好地利用卫星导航系统提供保障。
一、卫星导航系统的性能分析1. 定位精度卫星导航系统的定位精度是衡量系统质量的一个重要指标。
定位精度的高低直接影响到定位的准确性。
卫星导航系统中的定位精度主要受制于多普勒效应、设备接收灵敏度、大气层影响等因素。
目前，GPS系统的定位精度已经达到了几米甚至更高的水平。
而未来，卫星导航系统的定位精度还将不断得到提高。
2. 可靠性卫星导航系统的可靠性主要受制于卫星数量、卫星分布、天气影响等多方面因素。
相比而言，卫星数量越多、分布越广泛，系统的可靠性也就越高。
不同的卫星导航系统在不同国家或地区的信号接收质量也会有所不同，这些都可以影响系统的可靠性。
3. 时间延迟卫星导航系统的时间延迟也是限制系统性能的一个重要因素。
时间延迟只有几毫秒甚至更少，但对于某些高精度应用却可能造成重大影响，比如高速铁路或飞行器。
因此，减少时间延迟已经成为卫星导航系统优化的研究方向之一。
二、卫星导航系统的优化措施1. 增加卫星数量增加卫星数量是提高卫星导航系统可靠性和定位精度的有效措施之一。
卫星数量越多，信号覆盖范围越广泛，接收灵敏度更高，系统的定位精度和可靠性就越高。
2. 信号压缩技术利用压缩技术可以缩短信号传输时间，减少时间延迟。
这可以通过信息编码和解码的方式来实现。
利用压缩技术可以更加准确、迅速地获取到卫星信号，提高了系统响应速度。
3. 系统容错设计卫星导航系统中存在单点故障的风险，因此在系统设计中需要考虑到系统容错。
这可以通过增加备份和冗余措施等方式实现。
通过该方法，当系统发生故障时，备份系统可以自动接管工作，避免了数据丢失和信号中断。
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2.2.2 站际重叠覆盖性能
从图 1 可知，地理纬度在南北纬 10 度以内的单个监测站，在截止角为 10 度时，可以覆盖大约三分 之一的飞行区域。因此，理论上只需要赤道附近设 3 个监测站即可基本覆盖整个飞行区域。然而，地面 监测网络对飞行区域的一重覆盖不能完全满足系统部分性能指标的要求，必要时需要达到二重甚至多重 覆盖，这就需要对监测站站际重叠覆盖进行分析。
图 1 同一经度不同纬度的监测站覆盖性能变化图
0.38
5° Mas kAngle
0.36
10° Mask Angle
0.34
15° Mask Angle
覆覆覆 ( % )
0.32
0.3
0.28
0.26
0.24
0.22
0
10
20
30
40
50
纬纬 ( °)
图 2 监测站覆盖性能与纬度和截止高度角的关系
综合图 1 和 2 可知，单个监测站的覆盖性能与地理纬度和截止高度角都有密切关系。在截止高度角
—2 2 —
覆盖率。
纬纬 ( ° )
CSNC2010 第一届中国卫星导航学术年会 北京
55
45
10
35
25
8
15
5
6
-5
-15
4
-25
-35
2
-45
-55 -180-160-140-120-100-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100120140160180
0
经纬 ( ° )
图中，绝大部分飞行区域被至少 1 个监测站可视，有部分区域可视的监测站数目甚至达到 4 个。但 是，还有一定的区域，主要是南太平洋区域，存在监测空白区。这也是导致 2001 年 7 月 28 日 22 号卫 星长时间出现故障的主要原因。从完好性的角度出发，监测空白区内卫星一旦出现故障，系统不会及时 发现并进行相应的处理，并向用户告警，即产生较大的完好性风险（Integrity Risk）。图 4 中的监测空白 区占所有飞行区域的 4.02%。
基于图 1 的分析计算，在赤道附近的监测站其覆盖的经度范围最大为 134 度，也就是说，在赤道附 近的两个监测站之间的经度只要小于这个值，就会产生一定的重叠覆盖区域。赤道附近监测站之间的经 度与重叠覆盖区之间的关系如图 3 所示，测站之间的经度和覆盖重叠率之间几乎是线性关系，且随着截 止角的增大而整体有大约 3%的平移。另外，站际重叠覆盖性能与站间纬度也有相似的关系。
2.2.1 单站覆盖性能
以全部由 MEO 组成的同构星座为研究对象，假设其平均飞行高度为 20000km，飞行区域为南纬 55 度至北纬 55 度，出于分析精度和计算复杂度的折中考虑，选择 2 度的格网划分方案，共划分格网 10136 个。由于飞行区域是环状的，所以单个监测站的地理经度对覆盖范围没有影响，决定其覆盖范围的主要 因素是纬度。如图 1 所示，位于同一经度不同纬度（分别为 0, 5, 10, 15…50 度）的 11 个监测站的覆盖 性能图，其监测站接收机的卫星截止角设为 10 度。图 2 为 11 个监测站在不同截止高度角时的服务空域
i =1
（1）
其中，ki 为第 i 个方格中可以看到的监测站的数目。N 为格网点数目。本文的分析中 N 等于 10136。（1）
式反映了每个监测站对于飞行区域的整体覆盖性能，而没有考虑是否发生了重叠覆盖。
在（1）式的基础上定义C 来表征平均每个格网点有几个监测站可以看到：
C= C N
（2）
2.2 影响因素实验分析
—3 3 —
卫星导航系统监测站覆盖性能分析及布设方法初步研究
覆覆覆覆覆 ( % )
40
35
MaskAngle= 5
MaskAngle= 10
30
MaskAngle= 15
25
20
15
10
5
0
0
20
40
60
80 100 120 140
监监测测ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ纬 ( ° )
图 3 站际重叠覆盖性能与站间经度的关系
2.2.3 监测站网的整体覆盖性能分析
Primary study on coverage and distributing methods of satellite navigation system Monitor Stations
Li Zuohu1 Hao Jinming1 Li Jianwen1,2 Zhao Qile2 Zhang Chengjun1
一颗卫星的监测做到 100%。不过，这种状况正在通过目前进行的精度改进计划（Accuracy Improvement Initiative）得以改善。由于这种状况的存在，文献[1]认为，尽管非常不可能，但是在地面控制部分发现 并进行干涉之前完好性故障存在时间达到 20/3 小时的现象还是有一定的发生概率。在 2001 年 7 月 28 日，当时处于南太平洋区域上空的 22 号卫星的时钟发生了故障，结果导致用户测距误差 URE 超过 200000 m。在半个小时内，GPS 控制段都没有检测到这个问题，因为当时对于控制段的任意监测站而言，该卫 星都是不可见的[2]。
(1.Institute of Surveying and Mapping, Information Engineering University, Henan Zhengzhou, 450052, China; 2. Navigation and Positioning Technology Research Center, Wuhan University, Hubei Wuhan, 430079, China)
美国具有得天独厚的条件，GPS 监测站得以在全球布设。然而由于监测站的限制，诸如监测站的地 理位置分布，设备的可靠性以及通信链路的可靠性等因素，即使到目前，GPS 地面监测网还不能够对每
*基金项目：卫星导航与定位教育部重点实验室（B 类）开放基金课题（GRC2009005） —1 1 —
卫星导航系统监测站覆盖性能分析及布设方法初步研究
CSNC2010 第一届中国卫星导航学术年会 北京
卫星导航系统监测站覆盖性能分析及布设方法初步研究*
李作虎 1 郝金明 1 李建文 1,2 赵齐乐 2 张成军 1
(1.信息工程大学测绘学院，河南 郑州，450052； 2.武汉大学卫星导航定位技术研究中心，湖北 武汉，430079)
摘 要：监测站作为卫星导航系统控制段的重要组成部分之一，对系统基本服务功能的提供和各项性能指标的保持都具 有重要意义。提出了一种用于监测站覆盖性能评估的模型；基于该模型以 GPS 为例对单个监测站覆盖性能、站际重叠覆 盖性能以及监测网整体覆盖性能进行了实验分析，结果表明该模型可以用于监测站性能评估和布网设计及优化；采用模 拟仿真的方法对 GPS 地面监测站的故障敏感性进行了分析，确定了在整个监测网络中具有重要影响以及能够导致较大完 好性风险产生的监测站；最后探讨了监测站的布设方法，给出了一种基于覆盖性能的分期分级布设方案。 关键词：卫星导航系统；监测站；覆盖性能；故障分析；
一定的条件下，位于赤道上的监测站的覆盖性能最大；10 度以后由于覆盖区域逐渐向北平移，部分覆盖 范围超出了飞行区域，导致覆盖性能随着纬度的增加迅速下降。该结论对于南半球有相同的结果。在纬
度一定的条件下，截止高度角越低，覆盖性能越大。但截止角过低，会带来其它问题。目前一般采用 10 度；对于位于高纬度的监测站，可能会采用较大的截止角[3]。
进行监测站的覆盖性能评估，需要首先明确卫星的飞行区域，这是一个与星座内所有卫星的轨道参 数相关的参数[3]。对于同构星座而言，由于采用的卫星轨道类型相同，所以其飞行区域主要由卫星轨道
倾角决定，以 GPS 为例，即南纬 55°至北纬 55°之间的区域；对于异构星座而言，由于采用的卫星轨道 类型不相同，导致其飞行区域不是很规则。通常，对于由 MEO、GEO 和 IGSO 构成的混合星座而言， 可以对 MEO 和 IGSO 的飞行区域分别进行研究。其次，该区域还与卫星的平均飞行高度有关系。卫星 的飞行区域是监测站监测的目标区域；通常情况下，只要是在目标区域内，则卫星就一定会被监测到的。
目前我国的卫星导航系统还处在建设阶段，必然会涉及到地面监测网络的布设和建设。本文主要从 监测站覆盖性能的角度为监测站的布设和优化提供一定的参考依据。
2 监测站的覆盖性能评估模型
2.1 评估参数定义及模型介绍
卫星导航系统监测站的覆盖性能指的是在一个特定的时刻或时间段内可以同时对一颗卫星进行观
测的监测站的数目。
以 GPS 为例，分析监测站网的整体覆盖性能。GPS 系统最初只有 6 个空军监测站（AF MS: Air Force Monitor Statios），分别是阿森松岛（Ascension）、迪戈加西亚（Diego Garcia）、夸贾林（Kwajalein）、夏 威夷（Hawaii）、科罗拉多泉城（Colorado Springs）和卡纳维拉尔角（Cape Canaveral），均分布在赤道附 近。采用前文中的飞行区域设置，在卫星截止角为 10 度时计算可得在飞行区域内卫星被这 6 个监测站 构成的监测网的覆盖程度为：C6MS = 19139；另外，每个格网点可以被监测到的平均监测站数目为： C6MS_mean = 19139/10136=1.888。图 4 是 6 个空军监测站网的覆盖性能。
Abstract: As one of the important components of satellite navigation system control segment, Monitor Stations are of great significance for the provision of system basic service function and the maintenance of all performance indexes of the system. A model used for the assessment of Monitor Stations coverage is given, which can be used as the basis to carry out tests and analysis on three aspects including the coverage of single station, the overlap of two stations and the whole coverage of Monitor Station net, taking GPS for instance. The results show that this model is effective to evaluate the Monitor Station coverage and design the net and optimize it. Then the sensitivity analysis of GPS ground station outages is carried out, which determines the stations that are of great influence and can be resulted in larger integrity risks. And the distributing methods of Monitor Station are discussed with a scheme by stages and classification based on the coverage. Key words: satellite navigation system; Monitor Station; coverage; outage analysis