【转载】STK 特定问题建模（四）北斗导航精度、DOP、可见卫星分析（第一部分）

【转载】STK 特定问题建模（四）北斗导航精度、DOP、可见卫星分析（第一部分）
转载来源：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_42695504/article/details/135055470?spm=1001.2014.3001.5502

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简介

本篇对卫星导航中的导航精度进行仿真，以北斗三号MEO卫星为例。计算全球任意区域、飞行航迹下的导航定位精度因子DOP（GDOP、PDOP等）以及给定测量精度下的定位精度

建模将从以下几个部分开展：
1、北斗三号卫星星座仿真（这里仅考虑MEO）
2、定义分析区域、剖分网格
3、导航精度分析

最后效果如下：
1、区域内定位精度

2、区域内可见卫星数目

3、区域内PDOP

一、北斗卫星星座仿真

首先创建北斗星座。方式有很多种，一种是利用STK AGI的数据库（需要网络连接），AGI 每天三次更新 TLE 数据库，供在有互联网连接时使用。另一种可以参考上篇北斗卫星创建过程STK 特定问题建模（二）传感器（Sensor）设计（第二部分），从网站上下载GPS星座的TLE文件然后批量导入。本文仍然采用第二种方法。下载北斗卫星TLE文件，导入的时候仅选择BEIDOU-3 MEO卫星：

导入MEO共24颗，导入后的卫星星座如下：

二、定义分析区域、剖分网格

（1）选择待分析区域

对特定区域导航精度进行分析，这里以我国大陆陆地为例。STK提供得Area对象可以选中目标区域。点击Insert，插入Area Target对象，选择设置国家方式

选择All Areas！！！

区域选择结果如下

（2）剖分区域网格

相比于依次插入place对一个坐标点的精度进行分析，本篇需要对选中区域的导航精度进行分析，为此，需要剖分覆盖区域网格点（相当于代替我们批量加入地点place）。

首先定义覆盖区域。可以选择使用特定区域目标的边界来定义覆盖区域的边界，此外也可以选择输入覆盖区域的经纬度边界。这里先以默认方式插入：

双击打开特性，选择Custom Regons，点击select regons，将刚才创建的所有大陆边界全部移至右边


保存设置。可以在视图中看到已经对选中区域进行了网格划分（白色点即为网格点），后续评估将自动计算所有白色点位置处的导航精度。

双击打开属性，这里将网格改密集一些（经纬度1.5 deg为间隔），并设置网格点的高度为5km：

三、导航精度分析

（1）计算Access

在Assets中，将所有卫星选中

既然已经定义了覆盖定义对象，就可以计算网格中点的卫星可见性了。右键覆盖对象，选择计算可见性

（2）计算导航精度

导航精度是通过接收机接收卫星广播信号，获取单向测量结果定位解算，衡量导航结果的不确定性。如果地面接收机能看到四颗或更多卫星，就能解算出接收机位置以及接收机与北斗卫星间的钟差。

STK中通过Figure of Merit来对覆盖区域特性进行分析。点击Insert，插入一个对象，将其连接在之前创建的覆盖性对象下
Figure of Merit类型中可以对覆盖区域进行许多特性分析，例如导航精度、精度因子、可见卫星数目等：

这里选择Navigation accuracy。这里的导航精度同时考虑了几何构型以及测量精度。以经典高斯-牛顿迭代最小二乘进行卫星导航定位解算为例，定位误差方差 = 几何精度因子DOP✖测量方差，STK这里的导航精度即为几何精度因子DOP✖测量方差，其中假设不同卫星测量误差不相关。

在Navigation accuracy下，有多种计算指标（Method）：

各种方法解释如下：

Method	解释
GACC (Geometric Accuracy)	评估整个导航解决方案的精度。GACC 综合了导航解决方案中位置和时钟相关部分的精度（定位误差+授时误差）。
PACC/PACC (3) (Position Accuracy)	仅评估与导航解决方案定位部分相关的精度。
HACC/HACC (3) (Horizontal Accuracy)	评估导航解决方案定位部分的水平（纬度/经度）精度。
VACC/VACC (3) (Vertical Accuracy)	评估导航解决方案定位部分的垂直（高度）精度。
EACC/EACC (3)* (East Accuracy)	评估导航解决方案定位部分的东向精度。
NACC/NACC (3)* (North Accuracy)	评估导航解决方案定位部分的北向精度。
TACC (Time Accuracy)	评估授时精度。

除了选择计算指标外，还可以选择计算方式;

不同计算方式解释如下：

Type	解释
Over Determined	根据当前所有可用卫星计算 NavAcc。如果选择此方法，则需要在导航解决方案中至少包含三个卫星。如果只根据三个卫星计算导航精度，则可用计算指标为： PACC、HACC 和 VACC。此外，请注意，使用三个卫星计算导航精度时，假定时间不存在不确定性（接收机时间与卫星完全同步，这时解算未知数为X Y Z位置，不包含钟差，即使用三颗卫星可以定位）。
Best Four	根据产生最小 GACC 的四颗卫星集计算 NavAcc。
Best N	根据指定的卫星数计算 NavAcc，以获得最小 GACC。如果选择此方法，还需要指定卫星数目N 。
Best Four Acc	根据产生最小几何不确定性（DOP）的四颗卫星的集合计算 NavAcc。
Best N Acc	指定卫星数目N下，选择最小几何不确定性（DOP）的卫星集计算 NavAcc。

这里选择PACC，Over Determined。由此完成了计算可见性需要的步骤。点击Uncertainties，设置测距误差为0.5m（伪距）。设置完成后点击保存。

接下来右键选择报告，为了能够在视图中动态显示导航精度随时间变化情况，这里首先选择Grid Stats Over Time：

双击打开Figure of merit对象，在2D中设置在视图展示导航精度的颜色，Animation中选择Show contours，设置显示颜色的legend，从5m到12m，间隔为0.5m。点击Apply，生成legend

回到视图，已经在地图上显示区域内的导航精度了：

未完待续

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