卫星导航星座设计

1 实验目的

通过本实验，逐步了解在BDSim软件中建立仿真场景的几种方法，以及如何建立当前已提供服务的全球卫星导航星座：

 通过逐个添加卫星的方式建立导航星座；  通过Walker星座功能建立导航星座；

 通过打开事先保存好的仿真场景来建立导航星座；  通过打开星座文件的方式建立导航星座；  通过导入SP3数据文件的方式建立导航星座；  通过导入导航电文文件的方式建立导航星座。

2 实验原理

本实验通过直接建立卫星模型对象实现参数设置来建立星座，也可以通过打开保存好的场景文件来复现星座。基于卫星导航系统数据一致性的原理，还可以把Rinex格式的导航电文数据和SP3数据转化成卫星轨道参数来建立星座。

3 实验内容及步骤

(1) 添加卫星建立星座 1) 打开BDSim软件

BDSim软件的启动示意图如图 1所示。

图 1 BDSim起始页面

2) 建立仿真场景

在BDSim的起始页面的向导界面中，点击【新建仿真场景】按钮，设置仿真场景的开始结束时间和仿真步长，系统默认开始时间为当前整小时，结束时间往后推2小时，仿真步长默认为60s，用户可以根据自身需求重新设置，如图 2所示。

图 2 配置新建场景的参数

场景参数设置完成后点击【确定】建立仿真场景，接下来会转到添加仿真模型的界面，选择【空间段】的【卫星】类型，如图 3所示。

图 3 添加模型界面

3) 新建卫星

在添加模型界面中，选择【MEO】卫星，点击【插入】按钮实现MEO1卫星的新建事件，在仿真场景的空间段中可以看到新增了一个卫星对象。接下来需对卫星MEO1的参数进行设置，在仿真场景中右键选择MEO1卫星模型，主界面右边参数设置窗口显示MEO1参数设置如图 4所示。

图 4 卫星参数设置

在图 4中显示了用户可以设置的MEO1卫星的参数，包含了卫星基本情况、卫星初始轨道、轨道动力学参数、星载接收机参数和钟差参数，用于根据自身需求可在参数可控范围内进行设置，到此就完成了一个卫星的新建任务。

按照步骤3的操作可以新建多个MEO、IGSO、GEO卫星，最后组成一个星座。

(2) 通过星座设计建立星座 1) 建立仿真场景

按照内容（1）中的步骤1）和步骤2）完成仿真场景新建任务，在步骤2）出现的添加模型界面中点击【完成】按钮。

2) 建立Walker星座

右键点击【仿真场景】中的【空间段】，选择【星座设计】菜单，如图 5所示，然后进入到星座设计子界面，如图 6所示。

图 5 选择星座设计

图 6 星座设计界面

图 6中所示的就是Walker星座设计界面，在此界面中可以输入Walker星座

卫星总数、轨道面个数、相位参数、种子卫星历元、种子卫星轨道参考坐标和种子卫星的初始轨道。图中为初始默认设置，用于可以根据自身需求进行重新定义。按照默认设置，点击应用按钮得到Walker星座的简单三维构型，使用鼠标滚轴可以放大三维效果图，如图 7所示。

图 7 Walker星座三维效果

3) 添加高轨卫星

在图 7中，选择IGSO选项卡，得到IGSO新建配置页面，如图 8所示，通

过设置IGSO参数选择【添加卫星】按钮添加IGSO，并在三维图中增加了一颗IGSO卫星。

图 8 添加IGSO卫星

(3) 从文件建立星座 1) 从星座文件建立星座

BDSim支持对已有星座的保存，那么就可以通过打开保存的星座文件来重新建立星座，此方法便于重复对某一特定星座进行仿真测试，也可以用同一星座对不同地面站或用户进行仿真测试。

假如有一个已经建立好的星座如图 9所示，右键点击【空间段】，选择【保存星座】，然后保存。

图 9 保存星座操作

图 10 保存星座完成

在BDSim默认场景下的【仿真场景】中右键点击【空间段】，在如下图所示的图中选择【导入星座】->【其他】，即可导入事先保存好的星座配置文件。

图 11 导入星座文件

图 12 打开目标星座配置文件

2) 从场景文件建立星座

BDSim还具备对整个仿真场景的保存与打开功能，因此同时可以完成对星座的重建，不过同时会建立其他分系统的模型。具体保存与打开的方法分别如图

13和图 15所示。

图 13 保存仿真场景的方法

图 14 选择仿真场景

打开仿真场景的方法如图15所示：

图 15 打开仿真场景的方法

(4) 导入Rinex数据生成星座 1) 导入Rinex格式SP3数据生成星座

Rinex格式的SP3数据是国际上通用的导航卫星星座实时轨道数据，每15分钟一组，BDSim软件平台为了兼容国际上的标准卫星轨道数据格式，设置了从SP3数据生成星座的功能。如图 16和图 17所示，实现导入SP3数据的过程。

图 16 导入SP3数据方法

图 17 选择SP3数据

2) 导入Rinex格式的导航电文生成星座

Rinex导航电文也是国际上通用的卫星导航数据格式，类似于Gamit、Bernes等高精度的数据处理软件均使用此格式的导航电文进行相关数据的解算。BDSim为了打通与各大高精度数据处理软件之间的关系，也具备了Rinex格式导航电文数据的输入输出功能，本节只讲述通过导航电文的输入建立星座的过程，目前支持Rinex3.02和Rinex2.10两个版本。

如图 18所示，在打开BDSim软件建立默认星座后，右键点击【仿真场景】中的【空间段】，然后选择【从导航电文导入星座】。

图 18 从导航电文导入星座

执行以上操作后，会出现如图 19所示的窗口，并按照图 20至图 22的过程导入卫星生成星座。

图 19 加载导航电文窗口

图 20 选择Rinex导航电文数据文件

图 21 打开Rinex导航电文并选择某时刻电文数据

图 22 导入卫星生成星座

到此，就完成了Rinex数据导入操作，实现对标准卫星导航数据的兼容性功能应用。

4 实验结果

通过本次实验，我们会发现，BDSim具备多种生成星座的方式，即包含了完全自定义添加与设置的模式，也包含了从已有星座文件打开的便捷途径，还包含了从国际统一标准格式的Rinex格式数据导入生成星座的兼容性方法。为卫星导航仿真与测试的研究，提供了丰富的应用面。