北斗三号全球卫星导航系统空间信号精度评估

刘东亮; 成芳; 沈朋礼; 李艳红; 李晓婉

doi:10.12265/j.gnss.2021112201

北斗三号全球卫星导航系统空间信号精度评估

doi: 10.12265/j.gnss.2021112201

刘东亮^{1, 2, 3, ,},
成芳^{1, 2,},
沈朋礼^{1, 2},
李艳红^{1, 2, 3},
李晓婉^{1, 2, 3}

1.
中国科学院国家授时中心, 西安 710600
2.
中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室, 西安 710600
3.
中国科学院大学, 北京 100049

详细信息

作者简介:
刘东亮：(1996—) ，男，硕士，研究方向为GNSS高精度定位技术

成芳：(1981—) ，女，研究员，研究方向为卫星导航增强系统关键技术及应用解决方案

沈朋礼：(1992—) ，男，博士，助理研究员，研究方向为GNSS数据处理和实时定位算法

通讯作者:
刘东亮 E-mail: liudongliang@ntsc.ac.cn

中图分类号: P228.4
计量
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出版历程
- 收稿日期: 2021-11-22
- 网络出版日期: 2022-04-14

Accuracy assessment of BDS-3 satellite signal-in-space

LIU Dongliang^{1, 2, 3
, ,},
CHENG Fang^{1, 2
,},
SHEN Pengli^{1, 2},
LI Yanhong^{1, 2, 3},
LI Xiaowan^{1, 2, 3}

1.
National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China
2.
Key Laboratory of Precision Positioning and Timing Technology, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China
3.
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

摘要

摘要: 针对北斗三号 (BDS-3)正式开通后的空间信号精度情况，选取2020-08-01—2021-07-31共 1 a的混合广播星历数据，以德国波茨坦地学研究中心(GFZ)和武汉大学国际GNSS服务(IGS)数据中心(WHU)提供的精密星历为参考分别从轨道精度、钟差精度和空间信号测距误差(SISRE)来进行BDS-3的空间信号精度评估. 结果表明：BDS-3的轨道精度在径向(R)、切向(A)、法向(C)三个方向上分别优于0.100 m、0.405 m、0.547 m，钟差精度优于1.926 ns，仅受轨道影响的SISRE (orb)为0.134 m，SISRE为0.612 m. 地球静止轨道(GEO)卫星的SISRE为1.137 m，倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星和中圆地球轨道(MEO)卫星的SISRE相比GEO卫星分别减少36.3%、51.3%.
- 北斗三号 (BDS-3) /
- 空间信号测距误差 /
- 轨道误差 /
- 钟差误差
Abstract: Aiming at the accuracy of the signal-in-space after BeiDou-3 (BDS-3) is officially opened, The paper selected one-year Global Navigation Satellite System (GNSS) mixed broadcast ephemeris data (from August 1st, 2020 to July 31st, 2021) and used the precision orbit and clock offset provided by the German Potsdam Geoscience Research Center (GFZ) and International Global Navigation Satellite System Service (IGS) data center of Wuhan as reference to evaluate the accuracy of the BDS-3 signal-in-space. The research showed the orbit accuracy of the BDS-3 is better than 0.100 m, 0.405 m, and 0.547 m in the radial, along-track, and cross-track respectively, and the clock error accuracy is better than 1.926 ns, and SISRE statistical accuracy only affected by the orbit error is 0.134 m, and signal-in-space range error (SISRE) statistical accuracy is 0.612 m. SISRE of the geostationary orbit (GEO) satellites is 1.137 m. Compared with the GEO satellites, and SISRE of the inclined geosynchronous orbit (IGSO) satellites and the medium earth orbit (MEO) satellites are reduced by 36.3% and 51.3% respectively.
- BeiDou-3 (BDS-3) /
- signal-in-space range error /
- orbit error /
- clock error

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图 1 轨道精度分析流程图

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图 2 钟差精度分析流程图

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图 3 BDS-3广播星历卫星轨道误差变化图

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图 4 BDS-3广播星历卫星轨道精度统计图

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图 5 BDS-3广播星历卫星钟差误差变化图

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图 6 BDS-3广播星历卫星钟差精度统计图

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图 7 BDS-3卫星 SISRE(orb)、SISRE变化图

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图 8 BDS-3 卫星SISRE(orb)、SISRE统计图

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图 9 BDS-3卫星数据有效率对比图

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表 1 BDS-3精密星历信息

机构	采样间隔/min	数据来源
GFZ	5	ftp://igs.ign.fr/pub/igs/prod-ucts/mgex
WHU	15	ftp://igs.gnsswhu.cn/pub/g-ps/products/mgex

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表 2 BDS-3卫星轨道、星载钟、制造商和运行状态汇总

序号	PRN编号	轨道类型	星载钟类型	制造商	状态
1	19	MEO-1	铷钟	CASC	正常
2	20	MEO-2	铷钟	CASC	正常
3	21	MEO-3	铷钟	CASC	正常
4	22	MEO-4	铷钟	CASC	正常
5	23	MEO-5	铷钟	CASC	正常
6	24	MEO-6	铷钟	CASC	正常
7	25	MEO-11	氢钟	SECM	正常
8	26	MEO-12	氢钟	SECM	正常
9	27	MEO-7	氢钟	SECM	正常
10	28	MEO-8	氢钟	SECM	正常
11	29	MEO-9	氢钟	SECM	正常
12	30	MEO-10	氢钟	SECM	正常
13	32	MEO-13	铷钟	CASC	正常
14	33	MEO-14	铷钟	CASC	正常
15	34	MEO-15	氢钟	SECM	正常
16	35	MEO-16	氢钟	SECM	正常
17	36	MEO-17	铷钟	CASC	正常
18	37	MEO-18	铷钟	CASC	正常
19	38	IGSO-1	氢钟	CASC	正常
20	39	IGSO-2	氢钟	CASC	正常
21	40	IGSO-3	氢钟	CASC	正常
22	41	MEO-19	氢钟	CASC	正常
23	42	MEO-20	氢钟	CASC	正常
24	43	MEO-21	氢钟	SECM	正常
25	44	MEO-22	氢钟	SECM	正常
26	45	MEO-23	铷钟	CASC	正常
27	46	MEO-24	铷钟	CASC	正常
28	59	GEO-1	氢钟	CASC	正常
29	60	GEO-2	氢钟	CASC	正常
30	61	GEO-3	氢钟	CASC	测试

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表 3 北斗卫星导航系统$ \alpha $和$\;\beta$的取值

轨道类型	$ \alpha $	$\;\beta$
MEO	0.98	54
IGSO,GEO	0.99	127

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表 4 BDS-3卫星钟差精度、轨道精度、SISRE(orb)、SISRE统计值

卫星类型	卫星PRN	钟差精度/ns	R精度/m	A精度/m	C精度/m	SISTRE(orb) /m	SISRE /m
MEO	C19	2.264	0.070	0.316	0.317	0.095	0.711
MEO	C20	2.752	0.066	0.320	0.320	0.092	0.852
MEO	C21	1.341	0.071	0.318	0.316	0.096	0.391
MEO	C22	1.169	0.072	0.319	0.321	0.097	0.376
MEO	C23	2.325	0.070	0.328	0.308	0.095	0.736
MEO	C24	0.813	0.068	0.320	0.303	0.093	0.266
MEO	C25	2.104	0.076	0.306	0.317	0.099	0.666
MEO	C26	1.400	0.071	0.307	0.304	0.094	0.418
MEO	C27	4.095	0.072	0.295	0.312	0.094	1.199
MEO	C28	1.200	0.075	0.295	0.303	0.097	0.355
MEO	C29	1.138	0.067	0.292	0.312	0.091	0.344
MEO	C30	1.885	0.068	0.294	0.312	0.091	0.557
MEO	C32	0.979	0.080	0.313	0.332	0.103	0.286
MEO	C33	1.210	0.078	0.306	0.321	0.100	0.379
MEO	C34	1.319	0.086	0.297	0.314	0.106	0.440
MEO	C35	1.392	0.090	0.299	0.308	0.109	0.463
MEO	C36	1.887	0.077	0.315	0.314	0.100	0.613
MEO	C37	1.122	0.075	0.319	0.313	0.098	0.363
MEO	C41	1.484	0.080	0.320	0.327	0.103	0.437
MEO	C42	3.306	0.082	0.322	0.339	0.106	0.966
MEO	C43	1.953	0.089	0.310	0.322	0.110	0.582
MEO	C44	1.378	0.093	0.403	0.605	0.154	0.496
MEO	C45	1.815	0.122	0.338	0.322	0.139	0.577
MEO	C46	2.429	0.121	0.340	0.324	0.138	0.821
IGSO	C38	2.266	0.144	0.499	0.539	0.160	0.731
IGSO	C39	1.946	0.164	0.460	0.552	0.178	0.613
IGSO	C40	2.434	0.161	0.445	0.487	0.172	0.828
GEO	C59	3.870	0.240	1.571	3.447	0.446	1.295
GEO	C60	2.578	0.274	1.191	2.949	0.419	0.979
MEO平均值		1.782	0.080	0.316	0.328	0.104	0.554
IGSO平均值		2.215	0.156	0.468	0.526	0.170	0.724
GEO平均值		3.224	0.257	1.381	3.198	0.432	1.137
BDS-3平均值		1.926	0.100	0.405	0.547	0.134	0.612

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