GALILEO卫星导航和定位系统PDOP仿真

GALILEO卫星导航和定位系统PDOP仿真

蒋虎，李国通，余金培

摘要：简单分析了GALILEO卫星导航和定位系统与GPS的差异及特点；利用STK 软件，对GALILEO卫星导航和定位系统的PDOP进行了仿真计算，给出了部分世界城市的PDOP 仿真结果以及一天时间内每分钟采样间隔下部分城市的PDOP变化曲线。
关键词：伽利略卫星；导航；定位；位置精度衰减几何因子

随着经济和政治交往的日益全球化，全球卫星导航和定位系统的重要性日益增强。20世纪80 年代末期至90年代中期，美国成功实施了GPS全球导航定位系统［1］，在军事领域得到了推广应用，并在民用方面迅速占据了全球的市场；几乎同时，作为军事大国的俄罗斯也实施了GLONASS全球导航定位系统，并成功应用于军事领域，不过在市场开发方面，GLONASS 并没有GPS那么普及。另外，欧洲共同体也实施了区域导航定位系统，EGNOS，并在欧洲共同体成员国地区的民航和个人移动通信领域得到了推广应用。中国独立地实施了区域导航定位系统，即北斗一代，并在军事和民用领域得到了推广应用。继EGNOS了开放式的GALILEO卫星导航和定位系统。目前，有多个国家投资，并加入到GALILEO 系统的研究与开发工作，包括中国和印度等国家。与GPS 不同，GALILEO 系统将不实施类似GPS 的SA或AS 等对卫星信号进行人为干预措施，以确保用户获得更高精度。可以预期，开放式的GALILEO卫星导航和定位系统将在世界市场得到更广泛的认可和推广应用。位置精度因子（简称PDOP）是衡量某个导航定位系统能够给用户提供位置解算结果精确程度的重要指标之一［2］。本文对GALILEO卫星导航和定位系统的PDOP 指标进行了仿真计算，同时给出了部分世界城市的PDOP 仿真结果。

1  GALILEO卫星星座

GALILEO 卫星星座由分布于3个轨道面的27颗中轨卫星构成，卫星轨道倾角为56度，轨道高度约为23600km，另外，每个轨道面还有一颗备份卫星。GALILEO 星座的平面图如图1所示。

GALILEO星座卫星数目与目前在轨的GPS卫星数量基本相当，但部分GPS卫星存在健康状况不佳等问题，因而实际有效的GPS卫星数目会小于GALILEO的卫星数；另外，GALILEO卫星高度比GPS卫星的高度（20200km）要高出17%左右，GALILEO卫星对地面覆盖更好；GALILEO卫星轨道倾角比GPS卫星倾角55度略高些，相对地有利于覆盖更高纬度地区；总体而言，GALILEO星座的导航定位性能相对较好，另外，GALILEO星座的目标用户是民用市场，不会对卫星导航信号进行技术处理而人为地降低一般用户的定位精度，这是GALILEO超越GPS 的最大优势所在。

2 GALILEO卫星星座PDOP

为了评估GALILEO地面用户的导航定位效果，这里将地球表面按3度×3度格点化，借助stk软件仿真了 GALILEO卫星星座PDOP。仿真统计结果显示：
全球格点的PDOP 平均值为1.655，最小值为1.184，最大值为2.877。表1给出了全球部分城市的PDOP仿真结果。

图2～图10给出了一天内1min 一个采样点的部分世界城市的PDOP 变化曲线。

3 结论

通过对GALILEO卫星导航和定位系统的PDOP仿真分析，从部分典型世界城市的PDOP仿真结果以及一天时间内每分钟采样间隔下部分城市的PDOP变化规律可以看出，
GALILEO卫星导航和定位系统将为用户提供高精度的导航和定位信息。为民用航空飞行提供了又一种独立的导航和定位途径，可以为航空领域提供安全保障。
参考文献：
［1］ satellite orbits
［2］ 邱致和，王万义。GPS@ 原理与应用， 北京：电子工业出版社

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