基于北斗混合星座的星历参数适用性分析

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaApr．252014V01．35No．41064-1070ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．CBhkxb@buaa．educn基于北斗混合星座的星历参数适用性分析周鸿伟1’*，王陆潇2，宿晨庚1，王福伟21．北京跟踪与通信技术研究所，北京1000942．北京航空航天大学电子信息工程学院，北京100191摘要：针对北斗全球卫星导航系统混合星座条件下不同星历参数表达方法的性能评估问题，采用了从信息占用量

2、、轨道拟合精度、接收机首次定位时间3个方面统筹考虑的评价方法。针对北斗系统的混合星座构型，比较北斗广播星历16参数和新设计的广播星历18参数的参数定义及用户算法异同，分析了不同星历参数表达所带来的性能变化。仿真分析结果表明，两种星历参数表达虽然都能描述北斗混合星座中的地球同步轨道(GEO)、中间地球轨道(MEO)、倾斜地球同步卫星轨道(IGSO)的卫星轨道特性，但是它们的具体性能有明显的差异，星历18参数的轨道拟合精度比16参数的提高了2～3am，但其信息表达却多占用了63bit，且接收机首次定位时间多消耗了1．26S。关键词：

3、导航；导航电文；广播星历参数；地球同步轨道；中间地球轨道；倾斜地球同步卫星轨道中图分类号：V249．3；TN967．1文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)041064—07卫星导航的定位及其应用都要求已知观测瞬间所测卫星的位置，这就要求导航系统提供一定精度的卫星轨道或广播星历[1]，使用户能在卫星星历广播电文的两次更新之间精确地估计卫星位置。广播星历参数是卫星导航电文的主要内容，它的选择和设计决定了广播星历的精度和用户算法的复杂度。因此，广播星历参数的选择、设计和用户算法是卫星导航系统导航电文设计中需要重点研究

4、的关键技术。国外从20世纪70年代开始对广播星历设计的设计展开研究[1]，通过对多种广播星历参数模型展开性能比较权衡后，建议GPS导航系统采用开普勒轨道参数和调和项共同组成的16参数模型。这一建议最终被GPSL1频点导航电文NAV(navigation)的设计者采纳[2]。随后出现的文献主要是全球卫星导航系统各频点的用户接口文件[3巧]，Galileo广播星历参数的设计与GPS类似，选取了包括开普勒轨道根数以及调和项参数在内的16个星历参数作为广播星历参数[2剖；GLONASS广播星历参数则选取卫星位置、速度向量及太阳和月亮的摄

5、动加速度等10个参数HJ。与GLONASS的相比，GPS／Galileo广播星历参数的物理意义明显、更新频度低、外推能力强且用户算法简单。GPS现代化后提出的导航电文CNAV(CivilNavigationMessage)和CNAV一2(CivilNavigationMessage～2)已将广播星历16参数改进为广播星历18参数[s]。部分学者对广播星历参数的内容、格式和用户端算法的改变[6。7]进行了比较分析。这些文献未公开星历参数的设计要素及设计依据，更没有对轨道参数拟合方法和拟合精度等展开研究。国内学者对广播星历参数的研究

6、工作主要集中在比较广播星历参数的算收稿日期：2013—05—07：退修日期：2013—07—11；录用El期：2014-01-06；网络出版时间：2014—02—1413：31网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／S1000—6893．2013．0511html*通讯作者．Tel．：010-82339618E-mail：zhouhongwei99@gmailcom戮搠格式：ZhouHW，WangLX．SuCG．eta1．Analysisonapplicabilityofephemerisparameter

7、sformixedBeidouconstellationEJJjActaAeronauticaetAstronauticaSinca，2014．35(4)：1064．1070周鸿伟，I皓潇．宿最庚，等基f北斗混合星壅的星绣参数适用性分辑￡JI，舷空学掇，2014，35(4)：1064—1070．周鸿伟等：基于北斗混合星座的星历参数适用性分析法差异[83和研究参数的拟合算法性能上凹。12

8、。已有研究成果在拟合时段、拟合算法、摄动项处理等方面得出了一系列对GPS广播星历参数拟合有用的结论。部分学者结合北斗导航系统混合星座特性研究了广

9、播星历16参数的拟合算法u3。14]，从而保证广播星历16参数拟合算法应用于静地轨道卫星和中轨卫星的轨道参数拟合时精度损失仅为数厘米。以上研究仅针对广播星历参数的拟合算法展开，即如何获取广播星历参数，未考虑广播星历参数应该如何选择的问题。文献[15]研究了导航电