高秀云 吕锡银 王淑娟
天津航天中为数据系统科技有限公司 天津市 300000
摘要：北斗作为我国具有自主知识产权的卫星导航系统，已经实现了全球性的导航服务，而作为其独特性存在的短报文服务。北斗卫星导航系统误差还包括卫星误差，以及信号传输的过程中产生的误差、用户接收端的误差，这些误差因素造成卫星导航系统在使用的过程中，无法及时完成定位、完成警告，在警报数值方面存在明显的误差，甚至还会因为定位无法使用，导致出现更多故障。
关键词：北斗卫星；导航系统；误差
引言
北斗卫星导航系统，我国自主研发，具有自主知识产权的导航技术，经过一代代航天人的攻坚克难，团结合作，逐步打破了国外的卫星导航技术的壁垒，成为中国展现给世界的一张亮丽的“名片”。在北斗卫星导航系统发展的历程中，已经不仅仅局限于定位功能，开始在不同领域应用，在海上救援、电力防护等领域逐渐崭露头角。短报文通信功能使北斗成为全球首个通信一体化的全球导航定位系统，相关技术也不断发展，有望在未来进一步推广。
1北斗卫星导航系统应用现状简述
目前北斗卫星导航系统在船舶运输，公路交通，铁路运输，海上作业，渔业作业，森林火灾预防，环境管理监测等领域应用广泛，覆盖部队，公安，海关等其他有特殊指挥调度要求的单位，产生显著的经济效应和社会效应。北斗的应用规模和范围也随着北斗卫星导航系统功能和性能的不断提高与完善，将逐渐扩大，前景可观。在海上作业方面，中国船舶工业系统工程研究院的北斗渔船终端和运营平台、北斗疏浚船舶监控终端和运营平台等已经研制完成。基于北斗的内河船舶监管示范工程，由交通运输部和中央军委装备发展部联合启动，取得良好成效，已经成功搭建完成北斗应急无线电示位标法定检验检测的环境。公路交通，铁路运输方面，北斗卫星导航系统可用于监控设施安全和车辆的运输过程，据统计，目前在全国约有480万辆危险品车、大客车、班线客车安装了北斗终端，监控管理各个车辆的效率和维护道路运输过程中的安全水平，均得到了有效提升。森林防火，救灾减灾方面，北斗卫星导航系统以其精确定位技术，准确及时上报和共享灾情信息，实时进行指挥调度，短报文通信功能提应急通信功能，显著提高了救灾减灾的决策部署能力和反应能力。在环境监测的方面，目前基于北斗的一系列气象测报型的终端设备形成的系统应用，不仅提高了国内高空气象探空系统的观测精度，而且其自动化水平和应急观测能力都可到了相应的提升。北斗卫星导航系统的应用存在着无限可能，2019年10月，国庆阅兵期间，由陆军军事交通学院牵头研发的北斗阅兵训练考核辅助系统，可保障32个方队580台车辆整体车速控制在10千米/小时，其定位精度达到厘米级，已经赶超世界先进水平。随着北斗系统的不断提升，其系统建设的不断增强，有望在2020年6月完成全球组网，实现全球的短报文通信、星基增强、国际搜救、精密定位等服务。
2北斗卫星导航系统的误差分析与评估
2.1卫星相关误差
卫星星历可以计算卫星误差，根据具体位置和速度等计算多个要素之间存在的实际偏差，通过卫星星历计算出结果也被称为卫星星历误差。
卫星地面站通过设备对每一颗卫星的具体位置进行综合评估、计值拟合产生的数值，最终将这个数值上行加载给卫星，叫做卫星广播星历。进行星历误差计算的时候卫星位置存在的误差矢量反射到用户端，通过表现在测距域表现出来，而产生的误差能够对导航的精度造成一定影响。
2.2传播误差
①电离层延迟误差是由于电离层的区域内不稳定所导致的误差，一般在50~1000km范围内存在这种误差，这个区域内自然状态不稳定。电离层内含有非常复杂的带电电子，信号穿透带电层之后信息传输受到影响，这是造成系统误差的最主要因素。②对流延迟地面到40KM之间就是对流层的范围，对流层内大气压比较复杂，信号传输受到对流层内的温度、气压和相对湿度的影响，对传输信号造成误差，传播路径受到影响，信号传输存在问题。比如延迟现象，对流层的延迟有干延迟、湿延迟。干延迟是大气温度和压力因素导致的延迟；湿延迟是大气湿度和用户所导致。多路径误差是发射器到接收仪器之间景观的不同长度路径的电波，传播的过程中相互之间形成定位干扰。实际上是GNSS信号传输过程被空间反射、折射等，之后进入到接收机内，就会产生多路径误差现象。为削弱多路径效应，应该合理选择观测点，确定观测地点条件良好，避免有遮挡物和反射物体，除此之外还可以抑制多路径效应天线。
2.3接收机误差
GNSS接收机本身的误差有观测噪声误差、接收机钟差等，为减少这种误差的存在，可以延长观测时间。导航接收机的核心部分是捕获导航信号、跟踪导航信号，接收机通过对导航信号的跟踪，进行行星地间的伪距测量，伪距测量的精度和接收机伪码跟踪环路的设计有密切的关系，伪码跟踪环路的选择、环路滤波器带宽程度决定了接收机的跟踪性能，因此也就决定了接收机的伪距长度。导航接收机伪码跟踪环路的结构一般有两种方式，延迟锁定环节、交替相关锁定环回路两种，两者之间的区别在于前者和跟踪信号的同时相关，后者交替相关。
2.4用户等效测距误差
用UERE来表示，URE是星历误差和卫星钟差的结合，UEE是用户设备误差，能够综合反应控制段和空间段对导航信息精度的影响，侧面体现了基本卫星导航系统的设计性能。SISURE是指利用预报星历测得卫星的位置和钟差，但是只是预测值，和实际测量值之间有测距。预报星历和钟差的精度也就反应了卫星导航的精度，卫星位置和钟差的实际值是指预测到的任何时刻的真实位置。但是从实际需求出发，实际值无法获取。但是在面对需求的时候，可以研究或者是使用精度更高的方式来测量，得到更高精度的卫星位置和钟差参数值。
结束语
随着北斗卫星导航系统技术的不断发展和应用的不断拓展，运用真实地评估模型方式分析误差源、误差，采集接收机接收到的北斗导航原始数据，分析误差、钟差等等。研究北斗导航系统的误差源可以为航空系统的的精确运用提供参考。
参考文献
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