摘要：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)性能指標(biāo)是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，表示北斗導(dǎo)航衛(wèi)星所能提供的服務(wù)水平。主要從覆蓋性、、可用性、完好性和連續(xù)性幾個(gè)方面來構(gòu)建其指標(biāo)體系；然后依據(jù)各個(gè)指標(biāo)之間的相互關(guān)系，初步構(gòu)建二級(jí)性能指標(biāo)；通過軟件仿真，對(duì)其性能進(jìn)行了分析。

　　0 引言

　　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行，并與世界其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容共用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成后將為用戶提供衛(wèi)星定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，并為我國(guó)及周邊地區(qū)用戶提供定位1 m 的廣域差分服務(wù)和120個(gè)漢字/次的短報(bào)文通信服務(wù)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的性能指標(biāo)是描述其性能優(yōu)劣的直接表述，它集合了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所有的性能參數(shù)，也是了解和衡量它的直接窗口。完整的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)性能指標(biāo)規(guī)范，也是向廣大用戶宣傳北斗，推廣北斗的有力工具，對(duì)指導(dǎo)北斗系統(tǒng)建設(shè)也有重要的借鑒意義。本文在詳細(xì)介紹北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，依據(jù)各個(gè)指標(biāo)之間的相互關(guān)系，進(jìn)一步構(gòu)建其二級(jí)性能指標(biāo)。

　　1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)性能指標(biāo)

　　北斗系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)體系從系統(tǒng)提供給普通用戶和授權(quán)用戶的服務(wù)入手，構(gòu)建指標(biāo)體系，初步構(gòu)建體系框架圖如圖1所示。

　　依據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)各個(gè)組成部分以及其相互關(guān)系，分解得到其二級(jí)性能指標(biāo)，主要包括星座構(gòu)型指標(biāo)、空間信號(hào)指標(biāo)、信號(hào)傳輸指標(biāo)、信息處理指標(biāo)和用戶終端性能指標(biāo)等。

　　衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)性能指標(biāo)的常見標(biāo)準(zhǔn)有：覆蓋性、、完好性、幾何因子、可用性、連續(xù)等。本文主要從覆蓋性、幾何因子、完好性、可用性幾個(gè)方面描述北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的性能指標(biāo)。

　　1.1 覆蓋性

　　覆蓋范圍是指定位服務(wù)空間信號(hào)可以滿足特定要求的地球表面區(qū)域。覆蓋范圍分為單星覆蓋范圍和基準(zhǔn)/可擴(kuò)展星座覆蓋范圍。它與覆蓋重?cái)?shù)緊密相關(guān)，覆蓋重?cái)?shù)是指衛(wèi)星都健康可用（無故障）的情況下，服務(wù)區(qū)內(nèi)導(dǎo)航用戶可以接收到的衛(wèi)星數(shù)（在某一確定的衛(wèi)星遮掩角下），衛(wèi)星的空間分布（方位角）等；星座中有2顆衛(wèi)星故障（差組合）時(shí)，服務(wù)區(qū)內(nèi)用戶接收的衛(wèi)星數(shù)。覆蓋重?cái)?shù)表示方法有：無故障時(shí)，一定衛(wèi)星遮掩角下的平均可見星數(shù)，95%平均可見星數(shù)，可見星數(shù)，少可見星數(shù)，可見星數(shù)直方圖等；2顆故障時(shí)，平均可見星數(shù)，95%平均可見星數(shù)，可見星數(shù)，少可見星數(shù)等。

　　1.2 幾何因子

　　根據(jù)我國(guó)北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)，是由分布在不同軌道高度的異質(zhì)衛(wèi)星組成的混合星座導(dǎo)航系統(tǒng)，不同軌道衛(wèi)星定軌誤差不同，用戶得到的觀測(cè)量也不相同，若仍假設(shè)觀測(cè)值具有相同的，直接利用幾何因子（GDOP）進(jìn)行分析就不能真實(shí)地反映定位，所以要引用加權(quán)幾何因子（WGDOP）對(duì)我國(guó)二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位進(jìn)行分析。

　　假設(shè)偽距觀測(cè)模型可表示如下：

　　1.3 完好性

　　完好性是一個(gè)與系統(tǒng)可靠性密切相關(guān)的概念。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的完好性，指的是導(dǎo)航系統(tǒng)所提供定位信息的可靠性，要求在系統(tǒng)不能用于導(dǎo)航的情況下為用戶提供及時(shí)和有效的警報(bào)。

　　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完好性通常用以下4 個(gè)參數(shù)描述：

　?。?）保護(hù)限值。定位誤差的幅值，當(dāng)用戶的定位誤差超過這一限值時(shí)，系統(tǒng)向用戶發(fā)出警報(bào)。

　?。?）告警時(shí)間。用戶定位誤差超過報(bào)警限值的時(shí)刻和系統(tǒng)向用戶顯示這一警報(bào)時(shí)刻的允許時(shí)間。

　　（3）虛警概率。系統(tǒng)無故障時(shí)所允許的告警概率。

　?。?）漏檢概率。發(fā)生故障而沒有檢測(cè)到并向用戶指示的故障概率。漏檢概率有時(shí)也用可檢測(cè)概率來等效表示。兩者之間的關(guān)系是：漏檢概率=1-可檢測(cè)概率。

　　目前導(dǎo)航衛(wèi)星完好性監(jiān)測(cè)方法通常有3 種，即接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)（Receiver Autonomous IntegrityMonitoring,RAIM）、地面完好性通道（Ground IntegrityChannel,GIC）和衛(wèi)星自主完好性監(jiān)測(cè)（Satellite Autono?

　　mous Integrity Monitoring,SAIM）。

　　1.4 可用性

　　可用性是指用戶利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航定位的可用時(shí)間的百分比，即北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)滿足和完好性要求的可能性?？捎眯允潜倍废到y(tǒng)在某一指定覆蓋區(qū)域內(nèi)提供可以使用的導(dǎo)航服務(wù)能力的標(biāo)志。不同用戶所處的位置不同，不同的觀測(cè)時(shí)間，可視導(dǎo)航衛(wèi)星的幾何結(jié)構(gòu)和觀測(cè)誤差就不同，因而不同時(shí)空點(diǎn)的系統(tǒng)可用性就不同。某一位置某一時(shí)間點(diǎn)的可用性稱為瞬時(shí)可用性，同一位置不同時(shí)間的可用性稱為單點(diǎn)可用性，某一服務(wù)區(qū)不同單點(diǎn)可用性稱為服務(wù)區(qū)可用性。可用性還可以用多種方式描述，如單星可用性和星座可用性，可用性和完好性可用性等。單星的可用性可詳細(xì)地分為以下三種：

　?。?）瞬時(shí)可用性（Instantaneous Availability）：指衛(wèi)星瞬間保持正常工作的概率。

　　（2）平均可用性（Mean Availability）：指衛(wèi)星在某段時(shí)間內(nèi)保持正常工作的概率。

　?。?）穩(wěn)態(tài)可用性（Steady Availability）：指衛(wèi)星長(zhǎng)期使用時(shí)的可用性，它是用戶比較關(guān)心的指標(biāo)。

　　1.5 仿真分析

　　本文仿真的星座結(jié)構(gòu)為5顆GEO衛(wèi)星、3顆IGSO衛(wèi)星和27顆MEO衛(wèi)星。仿真星座的衛(wèi)星星下點(diǎn)軌跡如圖2所示。

　　圖3所示結(jié)果表明仿真星座構(gòu)型下，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在亞太地區(qū)的衛(wèi)星平均可見數(shù)達(dá)到16顆，能很好地覆蓋亞太地區(qū)。

　　仿真星座構(gòu)型下的平均DOP值如圖4~圖6所示。

　　從圖4~圖6可以看出，仿真星座構(gòu)型下北斗系統(tǒng)的平均DOP值都小于3,定位良好。特別是在亞太地區(qū)，定位更高。

　　2 結(jié)語

　　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正處于全面建設(shè)時(shí)期，它的建設(shè)目標(biāo)是建成獨(dú)立自主、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠覆蓋的導(dǎo)航系統(tǒng)，促進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈形成，形成完善的國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)支撐、推廣和保障體系，推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航在國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)各行業(yè)的廣泛應(yīng)用?！氨倍贰?/FONT>