基于STK的北斗卫星导航系统仿真与分析1作者:张帆，陈杨指导教师:刘瑞华(中国民航大学新航行系统研究所，天津，300300)摘要利用卫星仿真工具包STK，结合国外全球导航系统的技术经验和北斗卫星导航系统目前公布的技术资料，对北斗卫星导航系统的星座设计、卫星可见性、定位精度等方面进行了详细的仿真与分析。STK逼真的图形显示使得北斗卫星导航系统的星座仿真具有良好的可视化效果，通过对卫星可见性及定位精度的分析，结果表明北斗卫星导航系统是一种全球构架下并具有优良区域定位性能的卫星导航系统，能为用户提供高精度的导航定位服务。所做工作为北斗卫星导航系统的建设与应用提供了一定的参考意义。关键词：北斗卫星导航系统；卫星仿真工具包；星座设计；卫星可见性；精度因子：V324.2+4文献标识码：A联系人：张帆联系电话：13820636920联系人：陈杨联系电话：13752019819电子邮箱：ychen2_04@163AnalysisandSimulationofBeiDouNavigationSatelliteSystemBasedonSTKZHANGFanCHENYangLIURui-hua(InstituteofCNS/ATM,CivilAviationUniversityofChina，Tian激n，300300)ABSTRACTCombinesthetechnologyoftheforeignGlobalNavigationSystemandsomecurrentinformation,thisthesismakessomesimulationandanalysisonconstellationdesign,satellitevisibilityandpositioningaccuracyforBeidouNavigationSatelliteSystembytheSatelliteToolKit(STK).ItshowsthatBeidouNavigationSatelliteSystemcanprovidesnotonlyglobalnavigation,butalsostrongLocalnavigationabilitywhichcanbequiteefficientandconvenient.Inaddition,thisthesiscanprovidegreatreferencesignificancetotheconstructionandapplicationoftheBeidouNavigationSatelliteSystem.KEYWORDS：BeidouNavigationSatelliteSystem;SatelliteToolKit(STK);constellationdesign;satellitevisibility;dilutionofprecision1引言北斗卫星导航系统(BeiDouNavigationSatelliteSystem)是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。1基金项目：国家高技术发展计划(863计划)(2006AA12Z313)1系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。目前，我国北斗卫星导航系统正处于星座组网建设阶段，根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力；2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。因此，对系统进行模拟仿真是我们开展后续工作的前提。鉴于上述背景，本文借助国际著名的仿真分析平台SatelliteToolKit(以下简称STK)对北斗卫星导航系统的星座设计、卫星可见性及定位精度等方面进行详细的仿真和分析。2星座设计及仿真目前世界主要卫星导航系统均采用Walk-er星座布局。Walker星座由一组运行于相同轨道周期和倾角的圆轨道卫星组成，记为WalkerT/P/F每个轨道上的卫星等间距均匀分布，各轨道面间的升交点经度间距也以相同角度平均分布，因此T（卫星数量）=s（同轨道面的卫星个数）×P（轨道面个数）。两条相邻轨道间卫星相对相位由相位参数F确定，F为最东方的卫星至最西方卫星轨道间的“缝隙”数量（360°/T），F为0到P-1的整数。卫星导航与卫星通信系统相比，对星座有着大不相同的机和限制，其中最明显的就是需要多重覆盖（即导航应用中需要更多同时可见的卫星）。以GPS系统为例，GPS导航解算最少需要4颗用户可视的卫星，以提供用户确定三维位置和时间所必需的最少4个观测量。因此，GPS星座的一个主要限制是必须一直提供至少4重覆盖。为可靠地保证这种覆盖水平，实际的GPS星座设计为提供4重以上的覆盖，这样即使有一颗卫星出现故障，也能至少维持4颗卫星可见。对于卫星无线电导航系统(RNSS系统)星座的选择，理论和实践表明，高度在2000km以下的低轨卫星星座是不合适的。分析表明2000km高度的Walker星座卫星数是20000km的Walker星座卫星数的4倍[1]，这将使系统的成本和维持费用猛增。对于高...