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《BDS衛(wèi)星空間信號異常探測及性能評估方法研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、分類號:P22810710-2013026001博士學(xué)位論文BDS衛(wèi)星空間信號異常探測及性能評估方法研究范麗紅導(dǎo)師姓名職稱魏子卿教授張勤教授申請學(xué)位類別工學(xué)博士學(xué)科專業(yè)名稱大地測量學(xué)與測量工程論文提交日期2018年1月20日論文答辯日期2018年6月9日學(xué)位授予單位長安大學(xué)ResearchonSignal-In-SpaceErrorAnomalyDetectionandPerformanceAssessmentofBDSSatellitesADissertationSubmittedfortheDegree
2、ofDoctorCandidate：FanLihongSupervisor:Prof.WeiZiqingProf.ZhangQinChang’anUniversity,Xi’an,China摘要全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS）的空間信號異常會對用戶的導(dǎo)航定位性能產(chǎn)生影響。異常信號的探測和性能評估對廣播星歷播發(fā)的空間信號（Signal-In-Space,SIS）的連續(xù)性、可用性和完好性等顯得尤為重要。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDouNavigation
3、SatelliteSystem,BDS），除與其他導(dǎo)航系統(tǒng)類似，不可避免地存在未被監(jiān)測的空間信號異常外；由于星座構(gòu)型的特殊性，地球靜止軌道衛(wèi)星（GEO）和傾斜地球同步軌道衛(wèi)星（IGSO）還存在較頻繁的軌道機動，此時，衛(wèi)星廣播星歷播發(fā)的位置信息與衛(wèi)星真實的軌道不符，同樣會導(dǎo)致空間信號異常。在現(xiàn)有ARAIM（AdvancedReceiverAutonomousIntegrityMonitoring）研究中，BDS衛(wèi)星故障分配和故障率均是保守估計值，與BDS的實際不符，也導(dǎo)致在應(yīng)用時存在一定風(fēng)險。因此，如何準(zhǔn)確探
4、測BDS衛(wèi)星軌道機動、衛(wèi)星鐘和軌道誤差等引起的空間信號異常，為用戶提供準(zhǔn)確的系統(tǒng)可用性和連續(xù)性評估指標(biāo)就顯得尤為迫切?；诖?，本文針對上述問題開展了系統(tǒng)研究，主要成果及創(chuàng)新點如下：（1）系統(tǒng)研究了BDS衛(wèi)星軌道機動的調(diào)控手段及軌道機動對軌道根數(shù)的影響，提出了一種基于ROOTA和健康狀態(tài)標(biāo)識的BDS衛(wèi)星軌道機動探測方法，并通過2015年的廣播星歷數(shù)據(jù)獲取了BDS三類衛(wèi)星的軌道機動周期及軌道恢復(fù)時長，結(jié)果表明，除C04衛(wèi)星的軌道機動周期約73天，其余GEO衛(wèi)星約30天，IGSO衛(wèi)星約180天；兩類衛(wèi)星軌道恢復(fù)時
5、段約6-10h。（2）研究了BDS衛(wèi)星軌道機動對服務(wù)性能影響，特別是GEO衛(wèi)星軌道機動對BDS系統(tǒng)在非精密進近（Non-PrecisionApproach,NPA）階段的RAIM可用性影響，仿真結(jié)果表明，若各GEO衛(wèi)星在UTC07-08h和15-16h發(fā)生軌道機動，BDS在亞太區(qū)域的服務(wù)可用性最大降低至97.8%；由實際的軌道機動時段分析發(fā)現(xiàn)，C04衛(wèi)星在UTC14-23h和C05衛(wèi)星在00-05h的軌道機動使得BDS在亞太區(qū)域的RAIM可用性低于99.9%，兩顆衛(wèi)星的影響范圍主要為亞太區(qū)域上下兩端的邊角部
6、分。（3）針對目前傳統(tǒng)精密星歷比較法用于BDS衛(wèi)星空間信號異常探測時，存在閾值難以確定和易受鐘差粗差污染問題，研究提出了一種改進的精密星歷探測空間信號異常方法。改進方法首先采用中位數(shù)法探測鐘差粗差，避免鐘差基準(zhǔn)粗差污染空間信號誤差；I其次采用初始經(jīng)驗閾值結(jié)合截尾數(shù)據(jù)SISRE（Signal-in-spaceRangeError）真誤差進行兩步閾值策略探測空間信號異常。2015至2016年的探測試驗結(jié)果表明，改進方法可有效避免衛(wèi)星粗差導(dǎo)致的星座故障。所探測異常中，除C13衛(wèi)星外，BDS衛(wèi)星異常的年平均累積時長
7、分別為IGSO9.7h、GEO10.4h和MEO56h，識別出其中，鐘差導(dǎo)致的異常約占83.04%，軌道導(dǎo)致的異常約占12.28%，二者綜合影響約占4.68%。（4）提出并建立了一種基于多監(jiān)測站實時數(shù)據(jù)的空間信號異常實時探測方法，在接收機鐘差求解和IURE（InstantaneousUserRangeError）的計算與統(tǒng)計均提出了新的處理策略，較好地解決了現(xiàn)有利用觀測數(shù)據(jù)探測空間信號異常需要用到精密星歷的問題。利用2015年1月的空間信號異常實時探測的算例結(jié)果表明，對多監(jiān)測站數(shù)據(jù)采用改進方法可有效排除接收
8、機端故障，新方法能實時準(zhǔn)確探測空間信號異常（包括軌道機動）的起止時刻。（5）首次分析歸納給出BDS衛(wèi)星空間信號性能評估時的四類故障模式（與衛(wèi)星服役周期有關(guān)的長期故障，與衛(wèi)星軌道機動相關(guān)的維護故障，與衛(wèi)星隨機可修復(fù)異常相關(guān)的短期故障，以及三類故障綜合影響的等效故障），并獲取了各類故障的平均故障間隔（MTBF）和平均修復(fù)時間（MTTR），進而評估了BDS衛(wèi)星空間信號的可用性和連續(xù)性，統(tǒng)計結(jié)果表明，維護故障下IGSO衛(wèi)
