广义RDSS业务搜救服务性能分析

窦长江，焦诚

（北京卫星导航中心，北京 100094）

卫星搜救服务的核心业务包括用户位置确定和报告、搜救信息传输等方面内容。从提供搜救服务的系统角度研究，卫星搜救系统属于基于卫星定位和卫星通信体制集成的位置报告系统。当前卫星搜救系统正逐步实现由用户级集成方式向系统级集成方式的转型。基于卫星定位和卫星通信不同体制集成方式构成的卫星搜救系统能够提供不同性能的搜救服务[1][2]。

当前全球卫星导航系统均已将搜救服务列为系统一项基本服务。GPS，GLONASS，Galileo提出RNSS业务中轨道导航卫星搜救服务方案（MEOSAR），即通过中轨道导航卫星RNSS业务载荷与搜救载荷的系统级集成，提供优于单一系统的搜救服务；北斗系统根据RDSS业务全球扩展重大需求，提出一种广义RDSS业务搜救服务方案，即通过RNSS业务与RDSS业务系统级集成，提供优于单一业务的搜救服务。

北斗导航系统当前向用户提供北斗RNSS和RDSS两种业务。其中IGSO和MEO卫星搭载RNSS业务有效载荷，提供RNSS业务卫星导航信号；GEO卫星搭载RDSS业务和RNSS业务有效载荷，提供RDSS业务和RNSS业务两种卫星导航信号。因此，北斗导航系统能够通过RDSS业务和RNSS业务集成提供广义RDSS业务，从而以全球搜救服务方式实现北斗特色RDSS业务由区域向全球扩展[3][4]。

1 广义RDSS业务搜救服务解决方案

广义RDSS业务体制采用三星定位原理，即搜救用户自主选择需要观测的三星定位组合星座（1GEO+2IGSO/2GEO+1IGSO）；通过RDSS业务入站通信链路回传搜救用户的RNSS业务伪距观测量，由主控站同步提取搜救用户的RDSS业务伪距观测量，基于以上3个RNSS业务和1个RDSS业务伪距观测量建立用户伪距观测方程组，见式（1）；通过广义RDSS业务处理系统完成搜救用户伪距修正和位置解算任务；通过RDSS业务通信链路实现搜救用户与搜救指挥中心之间的搜救信息双向传输，见图1[5][6]。

图1 广义RDSS业务体制三星定位原理

式中：1号卫星为RNSS/RDSS业务双载荷卫星，2，3号卫星为RNSS业务载荷卫星；P1,RD是1号卫星到用户的双向RDSS伪距观测量修正值，P1,RN、P2,RN、P3,RN是3颗卫星到用户的RNSS伪距观测量修正值；t1是1号卫星广播的RDSS业务出站信号时刻；t2是1号卫星接收用户RDSS业务入站信号时刻； (xsj,ysj,zsj)为卫星位置三维坐标。

按照RDSS业务搜救服务业务分工，用户伪距测量和位置解算由主控站完成，用户位置报告直接通过RDSS业务双向应答通信链路完成；按照RNSS业务搜救服务业务分工，用户伪距测量和位置解算由用户终端完成，用户位置报告需要集成其他卫星通信系统完成；按照广义RDSS业务搜救服务业务分工，卫星到用户RNSS业务伪距测量由用户终端完成，卫星到用户RDSS业务伪距测量和用户位置解算由主控站完成，见图2。因此，广义RDSS业务属于集成RDSS业务和RNSS业务位置报告优点的新型卫星导航搜救服务。

2 广义RDSS业务搜救服务性能分析

论文根据广义RDSS业务搜救服务解决方案，通过系统仿真，分析研究广义RDSS业务搜救服务的服务区域，定位精度，位置报告时间，信息传输链路和位置信息传输方式等位置报告关键性能指标。

图2 广义RDSS业务搜救服务位置报告流程

2.1 广义RDSS业务搜救服务服务区域

由于广义RDSS业务是基于RDSS业务和RNSS业务集成提供搜救服务，因此广义RDSS业务搜救服务服务区域满足RDSS业务和RNSS业务双重覆盖要求。考虑RNSS业务覆盖区包括RDSS业务覆盖区，因此广义RDSS业务搜救服务服务区域与RDSS业务服务区域完全吻合。由于RNSS业务已实现全球覆盖，因此仅需RDSS业务服务区域扩展全球大部分区域即可提供全球广义RDSS业务搜救服务。

文献4给出基于5颗GEO卫星广义RDSS业务搜救服务服务区域设计方案，可以最佳经济效益，满足中国用户主要关注的全球陆地和海上70%区域以及近地卫星85%区域覆盖要求，见图3。其中G4和G5卫星为全球覆盖，提供全球搜救服务；G1，G2和G3卫星为亚太重点覆盖，提供搜救服务区域增强服务[4]。

图3 广义RDSS业务搜救服务服务区域

2.2 广义RDSS业务搜救服务定位精度

根据卫星导航用户定位误差经典估计方法，见式（2），广义RDSS业务搜救服务定位精度取决于三星定位组合星座位置精度因子（PDOP）和用户伪距测量误差（UERE）。论文假设RNSS业务和RDSS业务伪距观测量UERE约为1m，仿真所有三星定位组合星座（包括IGEO+2IGSO和2GEO+1IGSO）在PDOP<1，PDOP<5，PDOP<10条件下的可用度，见图4～图6。

图4 广义RDSS业务PDOP＜10的7天可用度

图5 广义RDSS业务PDOP＜5的7天可用度

图6 广义RDSS业务PDOP＜1的7天可用度

由此可见，广义RDSS业务搜救服务定位精度服务区域内优于10m的7天可用度达到90%，在服务范围内优于5m的7天可用度与优于10m的7天可用度相当。在重点服务区内优于5m的7天可用度最高。若通过分时观测所有三星定位组合星座，获得最优PDOP三星星座，即可显著提高广义RDSS业务定位精度和可用度。

2.3 广义RDSS业务搜救服务位置报告时间

广义RDSS业务搜救服务位置报告时间取决于用户的首次定位时间，即用户响应RDSS业务出站信号的同时进行RNSS业务信号的捕获，然后将RNSS业务伪距观测量通过RDSS入站通信链路回传至主控站，由主控站进行用户位置解算最后通过RDSS业务出站通信链路发送给搜救用户的总时间，见式（3）。

考虑到用户终端开机加电时间为2s，3颗卫星3个RNSS业务信号捕获时间最少为3s，RDSS业务信号出入站时间最少为2s，因此，广义RDSS业务搜救服务位置报告时间最少为7s，完全继承RDSS业务快速响应优点。如果增加观测卫星和频点，相应的增加信号的捕获时间。

2.4 广义RDSS业务搜救服务位置报告信息传输性能

广义RDSS业务搜救服务采用RDSS业务出入站通信链路作为用户位置报告通信链路，完全继承RDSS业务定位与通信一体集成的位置报告优点；采用RDSS业务出入站通信链路作为搜救信息双向传输链路，满足搜救信息反馈需求；搜救用户位置解算由主控站广义RDSS业务处理系统完成，位置报告无须传输位置信息，满足搜救信息安全需求；搜救用户位置报告不依赖用户获取自身位置信息，满足特殊用户搜救需求。

3 广义RDSS业务搜救服务性能比较

搜救服务方面，广义RDSS业务通过RDSS业务与RNSS业务集成，利用两种业务固有体制优势克服各自固有的体制限制，即采用RNSS业务固有的伪距测量无需卫星星历，卫星选择范围大，伪距修正精度高的优点，克服了RDSS业务依赖高程以及服务范围受限问题。采用RDSS业务固有的首次定位时间快，双向应答通信链路，天然位置报告系统优点，克服了RNSS业务依赖通信链路以及首次定位时间慢问题。因此，是当前具有最优位置报告性能的卫星导航搜救服务[7][8]，见表1。

表1 卫星导航搜救服务性能比较

4 结论

通过系统仿真表明，广义RDSS业务搜救服务具备以下性能：

（1）全球的服务范围。能够提供全球范围的卫星搜救服务；

（2）快速的位置确定。能够快速确定搜救用户的位置信息。包括搜救用户的身份、位置和险情等信息；

（3）实时的位置报告。能够实时完成搜救用户向指定用户位置报告；

（4）可靠的反馈链路。能够提供搜救用户和救援用户间的搜救信息双向通信链路；

（5）独立的定位能力。能够提供独立确定搜救用户位置的定位能力。

（6）安全的传输方式。能够提供搜救用户位置报告以及搜救信息双向传输的安全保障。

[1]Cospas-Sarsat.Introduction to the COSPAS-SARSAT system,C/S G.003 Issue 6[R/OL].October 2009.http://www.cospas-sarsat.org/en/cospas-sarsat-documentation/cs-system-documents/gdocs.

[2]Cospas-Sarsat.COSPAS-SARSAT 406MHz MEOSAR Implementation Plan.C/S R.012 Issue 1-Revision 8[R/OL].October 2012.http://www.cospas-sarsat.org/en/cospas-sarsat-documentation/cs-system-documents/rdocs.

[3]谭述森.广义卫星无线电定位报告原理及其应用价值[J].测绘学报,2009,38(1):1-5.

[4]谭述森.广义RDSS全球定位报告系统[M].北京:国防工业出版社,2011,12-27.

[5]Dou Chang-jiang,Zhang Bing-qi,Tan Shu-sen,et al.A New Three-satellite High-precision RDSS/RNSS Combination Positioning Method.The 2nd International Workshop on Education Technology and Computer Science(ETCS)[C].IEEE Computer Society,2010:288-290.

[6]Dou Chang-jiang,Zhang Bing-qi,Tan Shu-sen,et al.The Global Search and Rescue System of Combined RDSS/RNSS Analysis.The Fourth International Conference On Computational and Information Sciences(ICCIS)[C].IEEE Computer Society,2012:795-798.

[7]中国卫星导航系统管理办公室.北斗卫星导航系统发展报告(2.2版)[R/OL].http://www.beidou.gov.cn/attach/2013/12/26/20131226fed336adf2184d52843d5bf 81832e82c.pdf

[8]中国卫星导航系统管理办公室.北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件(2.0版)[R/OL].http://www.beidou.gov.cn/attach/2013/12/26/20131226b8a6182fa73a 4ab3a5f107f762283712.pdf