卫星导航增强系统
空间科技的最新研究成果
空间科技的最新研究成果近年来，随着技术的不断突破和科学实验的深入研究，空间科技领域一直保持着高速发展的态势。
我们目睹了一系列惊人的研究成果，这些成果不仅在太空探索方面起到重要作用，也对人类社会的发展产生了深远的影响。
本文将为您介绍空间科技领域最新的研究成果，展示其中一些最重要、最引人瞩目的突破。
一、增强型导航卫星系统导航卫星系统在现代社会中已成为重要的基础设施，然而，在以往的系统中，由于信号衰减和多径效应等各种影响，导航精度受到一定限制。
近期的研究成果表明，科学家们已经成功开发了增强型导航卫星系统。
这个系统利用了更多的导航卫星和地面站，并通过采用先进的信号处理算法，有效地减小了信号误差，从而提高了导航精度。
这项研究成果不仅对于民航、交通运输等行业的发展至关重要，也将为人们提供更加精确的定位服务。
二、太空资源勘探与利用太空资源勘探与利用一直是航天领域的难题，而最新的科研成果为这个问题提供了一种新的解决方案。
研究人员利用无人探测器开展了对月球和行星资源的深入勘探，他们发现在月球和火星表面存在大量的水冰、氧气和氢气等有价值的资源。
这些资源的发现将为未来在太空中进行更为长期的探索和居住提供了可能。
此外，太阳能电池板的技术进步也为太空资源的利用提供了可靠的动力来源。
三、可重复使用的航天器传统上，航天器一直以来都是一次性的，这不仅造成了资源的浪费，也限制了航天科技的发展。
最新研究成果中，研究人员尝试开发可重复使用的航天器，并取得了巨大突破。
SpaceX公司成功地研制出了可重复使用的猎鹰9号火箭，这意味着未来我们将能够降低太空飞行的成本，并且能够更加灵活地进行太空任务。
可重复使用的航天器不仅提高了太空探索的效率，也将为未来的太空旅游和商业化太空探索提供更多机会。
四、太空探索中的人工智能技术人工智能技术的快速发展为太空探索带来了更多可能。
最新的研究成果显示，人工智能已经成功应用于航天器的自主导航和控制系统中。
通过人工智能技术，航天器能够在太空中进行自主决策和执行任务，大大减轻人力负担。
GNSS星基增强系统综述
GNSS星基增强系统综述摘要:自GPS提供全球导航定位服务以来，无论是在经济、政治还是军事、民用等方面都发挥了重要的作用，基于此，目前许多国家都在论证和建设自己的卫星导航定位系统，比如，俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo等，中国的北斗卫星导航定位系统（BeiDou Navigation Satellite System,BDS）也于2012年底正式运行，并到2020年将能够提供全球服务。
由各国卫星导航系统所构成的全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）广泛应用于位置服务、道路铁路、航空航天、农业、测绘、授时同步等多个领域，特别是在民用航空领域，其优势更加突出[1]。
在状态空间域差分技术中广域精密定位技术主要以载波观测量为主，可以达到分米甚至厘米级的定位精度，但其需要解算模糊度参数，因此初始化时间长，且在卫星机动条件下，其解算的卫星星历及星钟差分改正数精度较低；而广域差分技术，主要以伪距观测量为主，定位精度只有1-3m，但其模型简单，解算速度快，不需要初始化时间，且能够提供完备性信息，因此在民用航空领域得到了广泛的应用。
关键词：星基增强、卫星导航、广域差分1 意义当前中国民航正在实施民航强国战略，要求加快建设现代空中交通服务系统。
到2020年，中国民航运输机队规模将达到4000架，通用航空机队规模将达到5000架，航空器年起降架次将超过1500万，运输总周转量将达到1700亿吨公里以上，旅客运输量将超过7亿人次。
中国是一个多地形国家，机场环境差异较大，依靠传统的仪表着陆系统、测距仪等陆基导航设备无法对飞机的安全起降做出充分的保证，且其设备投资巨大，维护费用较高。
当前国际民用航空领域正在从陆基导航向星基导航（卫星导航系统及其增强系统）过渡。
但我国目前在主要航路和终端、进近仍以陆基导航为主要设备源，因此，基于中国民航运输航空运行需求和导航技术发展现状，中国民航在其制定的导航技术发展战略的中期（2021年~2030年）将稳步推进从陆基导航向星基导航过渡，并建议开展星基增强系统（Satlellite Based Augmentation System,SBAS）的研究和实验工作。
北斗地基增强系统建设方案
北斗地基增强系统建设方案一、背景介绍北斗卫星导航系统是中国自主研发的一种卫星导航定位系统，具有全球覆盖、高精度、高实时性和高可靠性的特点，被广泛应用于陆地、海洋、空中和航天等领域。
为了进一步提高北斗系统的使用效果和定位精度，北斗地基增强系统建设显得尤为重要。
二、目标本方案旨在建设一个完善的北斗地基增强系统，提高北斗系统的定位精度和使用效果，满足用户对高精度导航定位的需求。
三、建设内容1.增加地面基站密度：建设更多的北斗地面基站，提高北斗信号接收覆盖范围。
基站之间的平均距离控制在30公里以内，以保证接收到的信号质量和定位精度。
基站之间的连接采用高速互联网络，确保数据的实时传输。
2.基站建设和设备更新：选址合理，考虑到信号传播的特点，尽量选在高海拔、开阔地带，减少地形地貌对信号传输的影响。
基站应配备高性能的天线、接收机和信号处理设备，以提高信号接收和处理能力。
同时要加强基站的设备更新和维护，保证设备的可靠性和稳定性。
3.建设数据中心：建设一个专门用于数据处理和分析的中心，用于接收、处理和存储北斗地基增强系统产生的海量数据。
数据中心要采用先进的大数据分析技术，对数据进行深入挖掘和分析，提取出有价值的信息，为用户提供更加精确和实用的导航定位服务。
4.提高用户终端设备的兼容性：开发适用于不同终端设备的导航软件和硬件驱动程序，提高用户终端设备对北斗系统的兼容性。
同时，在终端设备中集成地基增强系统的功能，使用户可以通过终端设备直接接收和使用加强后的北斗信号。
5.加强用户培训和推广：组织相关培训，提高用户对北斗地基增强系统的认知和使用能力。
同时，通过各种宣传渠道，宣传北斗地基增强系统的优势和功能，推动系统的推广和应用。
四、实施步骤1.前期准备：进行项目规划、选址和立项，确定建设经费和时间计划。
2.建设基站和数据中心：根据选址要求，依次建设基站和数据中心，并配置相应的设备。
3.测试与优化：对建设的基站和系统进行功能测试和性能优化，以确保其正常运行和满足用户需求。
卫星导航差分系统和增强系统（十）
卫星导航差分系统和增强系统（十）+刘天雄3.4.1 美国广域增强系统WAAS3.4.1.1 系统组成广域增强系统（Wide Area Augmentation System，WAAS）是美国的星基增强系统，是为满足美国民用航空对GPS更高的精度和完好性要求，1992年，美国联邦航空管理局（FAA）在WADGPS的基础上设计的。
其利用GEO地球同步静止轨道卫星广播GPS差分修正数据和完好性信息电文，实现在北美地区GPS系统的完好性增强。
WAAS系统的GEO卫星不仅作为完好性告警通道，播发增强信号的同时还提供测距服务，利用GEO卫星覆盖范围大且位置相对稳定的特点，对地面用户高仰角高，作为一个稳定的测距信号源，可补充GPS星座用户可见卫星数量。
WAAS系统的发展经历了四个阶段，一是初始运行阶段（Initial Operating Capability，IOC），2003年已实现目标，2003年7月10日，FAA宣布WAAS系统为民航提供服务，服务范围覆盖美国本土95%的区域以及阿拉斯加部分区域。
二是全面实现带垂直引导的水平进近LPV服务（Full LPV Performance），2008年已实现目标，2007年服务区域扩展到加拿大和墨西哥。
三是全面实现带垂直引导的水平进近LPV-200服务（Full LPV-200 Performance），2014年8月，WAAS系统可为全美提供LPV-200服务。
四是开展双频多系统（dual-frequency multi-constellation，DFMC）兼容互操作研究，进一步提升WAAS系统的可用性，计划在2014年～2028年期间实现DFMC 服务。
目前，WAAS系统支持民航航路、终端、进近以及带垂直引导的水平进近（Localizer Performance with Vertical，LPV）服务，为美国和加拿大一千多个机场提供仪表垂直引导进近（vertically guided instrument approach）服务，即带垂直引导的水平进近LPV-200服务（接近CAT-I进近水平），可以引导飞机从200英尺的高度着陆（height above touchdown，HAT）。
卫星导航增强系统：SBAS
差分校准和监测站
中央处理设施 用来中继差分校正信息的地球静止轨道卫星。
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1.3欧洲地球静止导航重叠服务
欧洲地球静止导航重叠服务（EGNOS）是欧 洲自主开发建设的星基导航增强系统，它通过 增强GPS和GLONASS卫星导航系统的定位精度， 来满足高安全用户的需求。它是欧洲GNSS计划 的第一步，是欧洲开发的Galileo卫星导航系统计 划的前奏。
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MSAS系统的地面段包括：
2个主控站分别位于神户和常陆太田， 4个地面监测站（GMS）分别位于福冈、札幌、东京 和那霸， 2个监测测距站（MRS）分别位于夏威夷和澳大利亚。
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MSAS系统构成
星导航增强系统是卫星导航系统建设中的一项重要内容， 堪称卫星导航系统的“能力倍增器”。目前的卫星导航系 统尽管已经在各个民商用领域应用广泛，并且成为各大强 国发展所不可或缺的一环，但由于技术和系统的局限性， 在某些领域如航空精密进近等仍无法满足需求，需要增强 系统将其能力加以提升。
目前，国外卫星导航增强系统主要分为
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EGNOS系统空间段覆盖范围见下图：
EGNOS系统空间段覆盖
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目前，欧洲具备EGNOS能力的飞机场已经超过了50 个，以法国和德国为主，而未来计划配备EGNOS能 力的飞机场还将超过50个。这样来看，未来在欧洲将 至少有100个机场具备EGNOS能力。
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北斗卫星导航系统介绍资料
北斗卫星导航系统介绍资料北斗卫星导航系统，是中国自主研发的全球卫星导航系统。
它是由一系列卫星、地球站以及用户设备组成，能够为全球用户提供全天候、全天时、高精准度的导航、定位和授时服务。
北斗系统主要包括北斗卫星导航系统、北斗增强系统和北斗国际系统三个方面。
首先，北斗卫星导航系统由一组北斗卫星组成，这些卫星以地球同步轨道、倾斜地球同步轨道和中地球轨道等不同轨道形式运行，能够覆盖全球范围的导航需求。
目前，北斗系统已经成功发射了40颗卫星，预计到2024年将建成全球40颗卫星的导航网络。
这些卫星通过与地面的用户设备进行通信，实现了对用户的导航、定位和授时服务。
北斗卫星导航系统的主要特点是具备高可靠性、高精度和全球覆盖的能力。
其次，北斗增强系统是为了满足用户对高精度、高可靠性的导航需求而开发的系统。
该系统通过增加卫星数量、地面网络改进、扩大覆盖范围等手段来提高导航精度和可用性。
北斗增强系统可以提供高精度的导航定位服务，其定位精度可在米级范围内实现，具备了适合交通运输、物流、环境监测等领域的高精度导航应用能力。
最后，北斗国际系统是北斗卫星导航系统在国际领域的应用，通过与其他国际卫星导航系统建立协同合作关系，实现了对国际用户的导航服务。
目前，北斗系统已与俄罗斯的格洛纳斯系统、欧洲的伽利略系统等国际卫星导航系统进行了合作，实现了跨区域、跨系统的导航覆盖。
这种国际系统间的合作，提高了北斗系统的导航可用性和精度，为用户提供了更好的导航服务。
总之，北斗卫星导航系统是中国自主研发的全球卫星导航系统，具备高可靠性、高精度和全球覆盖的能力。
它通过一系列卫星、地球站和用户设备的配合，为用户提供全天候、全天时的导航、定位和授时服务。
北斗系统还包括北斗增强系统和北斗国际系统，通过增加卫星数量、改进地面网络以及与国际系统合作，进一步提高了系统的精度和覆盖范围。
北斗卫星导航系统在交通运输、物流、环境监测等领域具有广泛的应用前景。
北斗卫星导航地基增强系统设计与测试分析
第4期2024年2月无线互联科技Wireless Internet Science and TechnologyNo.4February,2024作者简介:许鹏(1986 ),男,助理工程师,学士;研究方向:卫星导航㊂北斗卫星导航地基增强系统设计与测试分析许㊀鹏,赵㊀伟,罗㊀伟,兰㊀伟,桑㊀飞(61773部队,新疆乌鲁木齐831100)摘要:文章首先回顾㊁总结了全球卫星地基增强系统的产生㊁发展和演化情况,介绍了我国北斗卫星地基增强系统的现状;其次,对网络RTK 的误差和影响定位精度的因素进行了剖析研究,并以新疆地区为例,分别将北斗卫星地基增强系统与移动网络定位和GPS 系统定位精度进行对比;最后,将北斗系统与GPS 系统组合定位精度进行评估,探索北斗卫星地基增强系统的定位效果㊂关键词:北斗;定位精度测试;地基增强系统;CORS 系统中图分类号:TN953+.7㊀㊀文献标志码:A 0㊀引言㊀㊀随着2020年6月23日北斗3号最后一颗全球组网卫星在中国西昌卫星发生中心成功发射并顺利进入预定轨道,标志着我国北斗全球系统星座部署和北斗3号系统组网完成,同时也代表4大全球卫星导航系统划分天下的局面正式形成㊂对于4大导航系统在非遮蔽条件下的基本服务均可以满足10m 左右的精度要求㊂但随着科学技术发展和城市建设质量要求的不断提升以及对定位精度需求的提高,基本服务已经远远不能满足像测绘作业㊁国土勘探㊁精准农业等高精度领域的需求㊂为了提高定位精度并且满足各类用户的不同需求,卫星导航增强技术与系统便应运而生㊂1㊀全球卫星地基增强系统的产生和发展历程1.1㊀全球卫星导航增强技术与系统㊀㊀卫星导航增强技术最早是为了应对随着全球卫星导航系统应用的不断推广和深入,目前的卫星导航系统还不能满足一些高端用户的要求㊂而发展起来的美国GPS 系统选择可用性(SA)政策,2000年美国取消了SA 政策,在一定程度上提高了导航定位精度㊂为此各种卫星导航增强系统应运而生㊂目前,国外卫星导航增强技术主要分为2大类,一类是星基增强系统(Satellite -Based AugmentationSystem,SBAS),另一类是地基增强系统(Ground -Based Augmentation Systems,GBAS)㊂1.2㊀GBAS 地基增强系统㊀㊀局部面积增强系统(Local Area AugmentationSystem,LAAS)最早主要是为航空机场提供高完整性增强服务,由FAA 提出,后FAA 和ICAO(国际民航组织)已停止使用 LAAS 这一词,取而代之的是 GBAS ㊂相比于SBAS,单个GBAS 建设成本较低,且现有完好性相对较高[1]㊂2㊀北斗地基增强系统㊀㊀北斗地基增强系统是北斗卫星导航系统的重要组成部分,不仅能满足 技术先进㊁高效可靠㊁经济适用和易扩展 的标准,而且还能与其他技术相结合,构建一个更加完善㊁灵活的北斗导航服务体系㊂它可以根据1~2m㊁dm 级㊁cm 级的测量结果,使得北斗/GNSS 技术能够更加有效地应用于各种领域㊂3㊀网络RTK 技术3.1㊀传统RTK 定位技术㊀㊀传统的实时动态差分定位技术(Real -TimeKinamatic,RTK)基于高精度的载波相位观测值可用于快速静态定位,在应用中遇到的最大技术难题就是参照位置校正数据的有效作用距离㊂定位误差的空间相关性随着参照位置和移动位置距离的增加而逐渐失去线性,在一定距离下(单频大于10km,双频大于30km),经过差分修正处理后的用户数据还是有较大误差,导致定位精度降低而无法解算载波相位的整周模糊度问题㊂因此,为了保证所需定位精度,传统的单机RTK 使用距离十分有限[2]㊂3.2㊀网络RTK 定位技术㊀㊀在20世纪90年代中期,技术人员提出了网络RTK 定位技术的概念,以解决传统RTK 技术的不足㊂网络RTK 是在某一地区建立若干个基准站,构成对该地区的网状覆盖,并以这些基准站中的一个或多个为基准,向该地区相应地纠错信息,从而实现定位精确度的实时提升㊂与传统RTK 技术相比,网络RTK 定位技术不但扩大了覆盖范围,而且进一步压缩作业成本,提高了定位精度,减少了定位的初始化时间㊂网络RTK 系统的组成包括基准站网子系统㊁中心子系统㊁通信子系统㊁用户数据中心子系统㊁应用子系统,如图1所示㊂图1㊀网络RTK 系统组成3.3㊀连续运行参考站系统㊀㊀连续运行参考站系统(Continuous OperationalReference System,CORS)是由常年连续运行的若干固定基准站组成的网络系统,利用卫星导航定位㊁计算机㊁数据通信和互联网络等技术,按一定距离在一个个国家(区域)建立的㊂目前网络RTK 系统都是基于CORS 系统打造的,即很多CORS 系统都包含了网络RTK 定位功能㊂因此,CORS 的发展现状也体现了网络RTK 制式的发展现状㊂4㊀网络RTK 误差及导航系统精度分析4.1㊀网络RTK 误差分析㊀㊀导航信号从卫星的天线发射出来到接收机天线接收,然后由用户端接收机把测距信号量测出来,其中存在诸多影响因素,从而产生一定的误差㊂网络RTK 误差考虑到如下2方面:(1)天线相位中心偏差㊁多路径效应㊁无线电信号干扰以及与参考站㊁移动站有关的误差㊂(2)相对论效应㊁电离层误差和对流层误差等和星站间距离造成的误差㊂4.1.1㊀天线相位中心的偏差㊀㊀GNSS 测量可以用来检验天线的相位,可以通过计算卫星的质心来估算它们之间的距离㊂然而,这种方法的结果可能会受到精确星历的影响,导致它们的估算值可能会存在偏差㊂IGS 发展使得RTK 的施测变得更加精确,它通过比较使用者和被观察者的天线以及它们之间的相互影响,获取更准确的信息㊂这种方法大大提高了RTK 的精度,使其能够更好地反映实际情况㊂研究发现,天线的相位偏移主要由于它的天顶距对其产生的影响㊂然而,对于更精细的测量,笔者选择了50ʎ作为参考点㊂经过测量,可以看出随着角度的增加,数据误差也会随之增加㊂从0ʎ开始,误差几乎没有受到干扰,但是当角度达到45ʎ时,误差会达到最高,并且随着角度的增加,误差也会继续增加[3]㊂4.1.2㊀多路径效应的影响㊀㊀多路径效应(Multi Path Effect,MPE)是指各分量场在电磁波经过不同路径传播后,按各自相位相互叠加,使原有信号失真或产生错误,到达接收端的时间不同而产生的干扰㊂此类多路径现象会使接收方观察信号出现错误,造成追踪信号难度较大,该现象即为多路径效应㊂多路径效应对导航测量来说最为严重和危险,通常引起的误差约5cm 即可,而当反射系数大时则可能超过,误差值可达19cm 以上㊂特别是在多径效应的伪距离观测时,其错误可能高达10m或更高㊂多径误差和其他种类误差有所不同,除了与接收机天线圈周围存在环境及近㊁远反射物质有关外,还可以在一段时间内发生改变㊂因此多路径效应误差具有时变的复杂多样性,在实际应用中,很难用统一的模型进行描述㊂4.1.3㊀对流层延迟及其修正方法㊀㊀对流层是从地面开始向上延伸约50km 的大气层㊂在卫星信号传输过程中,对流层发生信号延迟的情况占到信号延迟的80%㊂当卫星导航信号穿过对流层时,信号的传播速度和路径就会发生变化,这种现象叫作对流层延迟(Transference)㊂对流层延时90%成因是由于大气层内的干燥分量导致的;剩下10%是由水蒸气导致的,称为湿度成分㊂因此,可通过对天顶方向干燥㊁湿度分量延时及对应投影函数表达对流层延时㊂ΔP trop =ΔP z ,dry M dry (E )+ΔP z ,wet M wet (E )(1)式中,ΔP trop 为对流层总延迟,ΔP z ,dry 为天顶方向对流层干分量延迟,M dry (E )为相应的对流层干分量投影函数,ΔP z ,wet 为天顶方向对流层湿分量延迟,M wet (E )为相应的对流层湿分量投影函数㊂当今,许多不同的对流层校验方法已被提出,而Hopfield㊁Saastamoinen 等新一代校验方法提供的数据比美国标准大气层的校验方法精度更高,误差仅为几毫米㊂在天顶方向,各模型的延迟改正误差都在20mm 以内,而湿分量部分的残余影响还是比较大㊂Hopfied 模型直接给出干分量和湿分量在传播路径上折射改正量(不再需要映射函数):ΔD trop =ΔD dry +ΔD wet(2)令i =dry ,wet ,则干湿分量用下式表示:ΔD i =10-6N i ð9k=1αk ,i k γk i éëêêùûúú(3)其中,折射指数公式为:N dry =0.776ˑ10-4P /T(4)N wet =0.373e /T 2(5)在这个方程中,用T ㊁P ㊁e 3个不同的参数来描述:大气温度(K)㊁大气压力(mbar )以及水气压(mbar)㊂r dry ㊁r wet 这些参数代表了从测量站出发,沿着干湿折射指数逐渐接近零的边缘线的距离(m),可以用下列公式来进行计算:γi =(γ0+h i )2-(γ0cos E )2-γ0sin E(6)在这公式中,边缘界面的高度(m)逐渐降至零,干湿折射指数分别为:h dry =40136+148.72(T -273.16)(7)h wet =11000(8)上面式中的系数为:g m =1.0-0.0026cos2B -0.28ˑ10-6Hα1,i =1α2,i =4a iα3,i =6a 2i+4b i α4,i =4a i (a 2i+3b i )α5,i =a 4i +12a 2i b i +6b 2i α6,i =4a i b i (a 2i+3b i )α7,i =b 2i (6a 2i+4b i )α8,i =4a i b 3i α9,i =b 4i a i =-sin Eh ib i =-COS 2E 2h i r 0在这些公式中,E 表示卫星的高度角,r 0表示测站的地心向径(m),P ㊁e 分别表示以mbar 为单位的测站大气压和水气压,T 表示测站的K 氏温度㊂Saastamoinen 模型为:ΔD dry =0.002277p g m(9)ΔD wet =0.002277g m1255T +0.05()e (10)其中,e 为水气压,可以根据测站上的相对湿度RH 来计算水气压㊂e =RH ˑexp(-37.2465+0.213166ˑT -0.000256908ˑT ˑT (11)g m 为平均重力,g m =1.0-0.0026cos(2B )-0.28ˑ10-6H ;B ㊁H 分别为用户纬度和高程㊂Saastamoinen 模型的投影函数采用了一种叫作Niell 的干分量投影函数,它的干分量投影函数为:m Hydro (ε)=1+a Hydro1+b Hydro1+c Hydro sin ε+a Hydrosin ε+b Hydro sin ε+c Hydro+1sin ε-1+a ht 1+b ht 1+c ht sin ε+a htsin ε+b ht sin ε+c ht éëêêêêêêêêùûúúúúúúúúˑH 1000(12)式中,ε为高度角,H 为正高,而干分量投影系数则由a Hydro ㊁b Hydro ㊁c Hydro 来表示;a ht =2.53ˑ10-5b ht =5.49ˑ10-3c ht =1.14ˑ10-3如果测站纬度Ø满足150ɤ|Ø|ɤ750,干分量投影系数利用下式进行内插计算,内插系数由系数表给出㊂p (Ø,t )=p avg (Øi )+[p avg (Øi +1)-p avg (Øi )]ˑØ-ØiØi +1-Øi +p amp (Øi )+[p amp (Øi +1)-p amp (Øi )]ˑØ-ØiØi +1-Øi{}ˑcos 2πt -T 0365.25()(13)式中,p 表示要计算的系数a Hydro ㊁b Hydro 或c Hydro ,Øi 表示表中与Ø最接近的纬度,t 是年积日,T 0为参考年积日,取T 0=28,a Hydro ㊁b Hydro ㊁c Hydro 的平均值及其波动值如表1所示㊂表1㊀干分量投影函数内插系数纬度a Hydro (average )b Hydro (average )c Hydro (average )a Hydro (amp )b Hydro (amp )c Hydro (amp )150.0012769930.0029153700.062610510.00.00.0300.0012683230.0029152300.062837390.000012709630.000021414980.00009012840450.0012465400.0029288450.063721770.000026523660.000030160780.00004349704600.0012196050.0029022570.063824270.000034000450.000072562720.00084795348750.0012046000.0029024910.064258460.000041202190.00011723380.00170372060㊀㊀而对于纬度Ø,|Ø|ɤ15ʎ,有:p (Ø,t )=p avg (15ʎ)+p avg (15ʎ)ˑcos(2πt -T 0365.25)(14)对于纬度Ø,|Ø|ȡ75ʎ,有:p (Ø,t )=p avg (75ʎ)+p avg (75ʎ)ˑcos(2πt -T 0365.25)(15)Niell 湿分量投影函数为:m wet (ε)=1+a wet1+b wet1+c wet sin ε+a wetosin ε+b wetsin ε+c wet(16)其湿分量投影系数a wet ㊁b wet ㊁c wet ,对于15ʎɤ|Ø|ɤ75ʎ是利用下式进行内插计算,内插系数如表2所示㊂p (Ø,t )=p avg (Øi )+[p avg (Øi +1)-p avg (Øi )]ˑØ-ØiØi +1-Øi(17)表2㊀湿分量投影函数内插系数纬度a wet (average )b wet (average )c wet (average )150.0005802180.0014275270.0434*******.00056794850.0015138630.04672951450.00058118020.0014572570.0439*******.00059727540.0015007430.04462698750.00061641690.0017599080.05473604而对于纬度Ø,|Ø|ɤ15ʎ,有:p (Ø,t )=p avg (15ʎ)(18)对于纬度Ø,|Ø|⩾75ʎ,有:p (Ø,t )=p avg (75ʎ)(19)4.1.4㊀电离层延迟及其修正方法㊀㊀随着日照㊁X 射线㊁γ射线等多种射线的照射,50~1000km 地表上的中性气体分子会经历一系列的物理现象,这些现象构成了一个复杂的物理系统,其特点是:随着射线的照射,这些物质会经历一系列物理反应,最终形成一个复杂的物理系统,它的物理特征就像一个复杂的物理系统㊂由于路线出现了轻微的变形,因此,将光速c 与时间Δt 相除,所获取的ρ与其本身的几何尺寸并无关联㊂通常电磁波在电离层中的折射率为:n 2=1-X1-Y 2T2(1-X )ʃY 4T4(1-X )2+Y 2L(20)式中,X =f 2p f2=N e e 24π2ε0mf2;Y T =f H f sin θ;Y L =f H fcos θ;ʃ的值取决于使用的电磁波的极化特性㊂N e电子密度是指每立方米空间中自由电子的数量;e 为电子电量,为1.6022E -19C;ε0为真空中的介电常数,为8.8542E -12F /m;θ代表电磁波在传播过程中与地球磁场的夹角;f 表示入射的电磁波的频率;f H 自由电子的回旋频率是指它们在受到地球磁场的影响时,其运动的特性和强度;f p 为等离子体频率,使电中性等离子平板产生振荡的特性频率时,从离子中分离出自由进行自由运动㊂因此,电离层造成的误差,主要是由信号频率㊁观测方向的仰角㊁观测时间电离层情况等因素决定,与卫星到接收机视线方向的电子密度有关㊂此外,当电离层剧烈活动时,可引起多普勒频移的变化,因为总电子含量的变化很快,从而可能造成相位的频繁脱锁㊂双频电离层修正模型,目前使用较多的电离层修正模型,可以有效地将残余误差降至总量1%以下㊂双频修正采用2个频点B 1㊁B 2,伪距观测量可以表示为:ρi =ρ0+If 2i (i =1,2)(21)可以得到:ρ0=aᶄρ1+bᶄρ2(22)其中:aᶄ=f 21/(f 21-f 22)bᶄ=f 22/(f 21-f 22)假定伪距观测量ρ1㊁ρ2的观测噪声有相同的均方差σn ,且相互独立,那么ρ0相对于单频测量下的归一化均方差可表示为:σρ0σn=aᶄ2+bᶄ2(23)由上式可计算出双频修正后得到的伪距观测量的观测噪声是单频测量的观测噪声的2.8976倍㊂如果采用频点B 1㊁B 3进行双频修正,那么双频修正后得到的伪距观测量的观测噪声是单频观测量的观测噪声3.5119倍;如果采用频点B 2㊁B 3进行双频修正,那么双频修正后得到后的伪距观测量的观测噪声是单频测量噪声的14.2866倍㊂计算电离层修正时应采用B 1㊁B 2频点上的伪距观测量,综合考虑估计精度和计算复杂度,对电离层进行修正㊂4.1.5㊀相对论效应㊀㊀在惯性空间中,被称为相对论效应的卫星时钟之间的相对运动㊂相对论效应可以划分为狭义和广义2类㊂按照狭义相对论的原则,安装在高度飞行卫星中的卫星钟频率f s 将会变为:f s =f 1-V 2s2c 2()(24)即Δf s =f s -f =-V 2s2c 2f ,式中V s 为卫星在惯性坐标系中运动的速度,f 为同一台钟的频率,c 为在真空中的光速㊂如将地球同步轨道卫星平均速度V s =3874m /s,c =299792458m /s 代入即可得:Δf s =-0.835ˑ10-10f (25)这说明,与静止在地球上的同类型时钟相比,地球同步轨道卫星的卫星时钟速度要慢一些㊂按照广义相对论,同样的时钟,在卫星上的频率会差,在地面上的频率也会差㊂Δf 2=W s -W k c 2f(26)其中,W s ㊁W k 分别为卫星所处位置的地球引力位和地面测站处的地球引力位㊂广义相对论的影响范围较小,可以将地球的重力位置视为一个单独的质点,于是有:W s =-μγW K=-μR ìîíïïïï(27)其中,μ为地球引力常数;R 为测站到地心的距离;γ为卫星到地心的距离㊂于是,Δf 2可得:Δf 2=μc 2f 1R -1γ()(28)总的相对论效应为:Δf =Δf s +Δf 2=μc 2éëêêùûúú1R-1γ()-V 2s 2c 2f (29)卫星钟比地球同类型钟的频率是增加的,解决办法是在制造卫星钟时把频率降低,以解决当这些钟进入轨道受到相对论效应影响时,频率刚好为标准频率㊂然而,上述相对论效应的影响,并不是常数的地球的运动和卫星轨道高度的改变以及地球重力场的改变㊂经上述修正后,存在残差影响卫星时间最长可达70ns,对卫星钟速影响可达0.01ns /s,这一影响必须考虑在高精度的单点定位中㊂4.2㊀导航定位精度分析㊀㊀影响导航的性能指标主要包括4个指标:精确度㊁完好度㊁可用性㊁连续性,而精确度指标是各系统为用户提供稳定可靠服务的保证,也是用户选择导航系统的重要依据,是各系统服务性能的最主要指标[4]㊂导航系统的服务精度主要取决于卫星分布的几何图形和观测量的精度,DOP 值一般作为一个卫星导航的精度㊂δAccuracy =DOP ˑδUERE(30)UERE 是由时钟误差㊁电离层延迟等因素造成的偏差,更多地反映在天空卫星的空间分布上,由于卫星接收路径产生用户等效距离误差的标准偏差,距离越远,误差放大效应也会增大㊂DOP 值作为反应星座组合和轨道参数的数值,主要包括水平DOP (HDOP )㊁垂直DOP (VDOP )㊁位置DOP (PDOP )㊁时间DOP (TDOP )和几何GDOP ㊂其中几何精度因子GDOP 是由PDOP 和TDOP 的综合影响的精度因子,可通过以下公式计算求得㊂GDOP =PDOP 2+TDOP 2(31)PDOP =σ2x +σ2y +σ2zσURE(32)给定定位精度水平,可用性取决于卫星在特定位置和一天内的几何形状㊂定位精度的高低是由DOP 所能接受的最大值来决定的,所以卫星导航系统的可用性要看定位精度的高低㊂普遍规律是PDOP ɤ6作为可用性评价系统的依据㊂利用几何精度因子的功能可预测导航系统的可用性(CFA),这就相当于在使用导航服务要求定位精度满足一定的要求㊂然而,事实上,系统完整性对于某些应用领域,尤其是航空领域来说是一个关键问题㊂因此,对系统的可用性,除了考虑DOP 门槛要求外,还应考虑组合导航系统观测卫星数量较多㊁GDOP 下降㊁组合导航系统定位时可选择最优星座即GDOP 数值最小的星座等自主完好监测和故障检测排除能力,这将有效提高导航系统定位精度[5]㊂5㊀仿真验证部分㊀㊀算例1:以2016年新疆地基增强CORS 站测试数据为例,数据来源为北斗导航新疆地基增强系统㊂通过运用北斗卫星导航新疆地基增强系统,新疆地区的事后导航定位服务区域能够实现全覆盖,同时重点区域能够获得dm 级甚至cm 级高精度定位服务㊂通过对比,可以发现新疆地基增强CORS 站系统的实时定位精度达到了5cm 以上,而且其高程精度也达到了10cm 以上,事后静态定位精度也达到了5mm 以上,而且其高程精度也不低于10mm㊂而移动网络定位精度远低于北斗卫星导航增强系统定位精度㊂算例2:北斗与GPS 联合精密定位,能够获得更高精度且系统鲁棒性更好㊂定位结果如表3所示㊂表3㊀北斗㊁GPS㊁北斗&GPS 定位精度对比单位:cm观测值N E U 北斗17.917.130.5GPS3.04.17.0北斗+GPS 4.0 3.56.26㊀结语㊀㊀北斗定位系统是中国重要的信息基础设施,它的建立为中国在导航卫星领域的国际影响力奠定了坚实的基础㊂经过模拟验证,与传统的BDS 定位方法相比,北斗地基增强系统的静态定位和动态网络RTK 测量精度都能满足要求,而且,将BDS 技术整合起来,更能体现多卫星集成技术的优越性㊂BDS 网络RTK 定位技术已经取得了巨大的进步,它的不断改进将有助于北斗地基增强系统的发挥,为北斗导航卫星的发展和应用提供坚实的基础㊂参考文献[1]郭树人,刘成,高为广,等.卫星导航增强系统建设与发展[J ].全球定位系统,2019(2):1-12.[2]刘文建.北斗/GNSS 区域地基增强服务系统建立方法与实践[D ].武汉:武汉大学,2017.[3]赵俊天.新疆维吾尔自治区CORS 系统的建设与定位服务测试[D ].西安:长安大学,2017.[4]李征航,张小红.卫星导航定位新技术及高精度数据处理方法[M ].武汉:武汉大学出版社,2009.[5]黄文德,康娟,张利云,等.北斗卫星导航定位原理与方法[M ].北京:科学出版社,2019.(编辑㊀沈㊀强)Design and test analysis of Beidou satellite navigation foundation enhancement systemXu Peng Zhao Wei Luo Wei Lan Wei Sang FeiUnit 61773 Urumqi 831100 ChinaAbstract This paper briefly reviews and summarizes the generation development history and evolution of the globalsatellite foundation enhancement system introduces the current situation of the Beidou satellite foundation enhancement system in China analyzes the error of the network RTK and the factors affecting the positioning accuracythen compares the Beidou satellite foundation enhancement system with the mobile network and the positioningaccuracy of the GPS system and explores the positioning effect of the Beidou system and GPS system.Key words Beidou positioning accuracy test ground -based enhancement system CORS system。
北斗星基增强系统 标准
北斗星基增强系统标准
北斗星基增强系统是一种先进的导航技术，用于提高北斗卫星导航系统的精度和可靠性。
该系统采用了一系列基站和相关设备，用于接收北斗卫星的导航信号，并加以处理和增强。
北斗星基增强系统的标准是根据国家相关技术规范制定的。
它规定了系统的工作参数、功能要求、数据处理方式等内容，以确保系统能够稳定可靠地工作，并满足用户的导航需求。
在北斗星基增强系统中，基站通过接收北斗卫星的导航信号，测量信号的传播时间来计算用户接收机的位置和速度信息。
然后，基站将这些信息进行处理，并通过无线信号传输到用户的移动设备上。
除了提供高精度的导航定位服务外，北斗星基增强系统还可以提供定位辅助数据、差分修正信息等功能，以进一步提高导航的准确性和可靠性。
这些功能可以广泛应用于交通运输、航空航天、海洋渔业等领域。
北斗星基增强系统的标准确保了系统的一致性和互操作性，使得不同厂家生产的设备都能够无缝地进行互联互通。
同时，标准还规定了系统的数据安全保护措施，以防止信息泄露和非法使用。
总之，北斗星基增强系统的标准为用户提供了高质量的导航服务，为各个行业的发展提供了重要支撑。
卫星导航增强技术与系统读书笔记
《卫星导航增强技术与系统》读书笔记目录一、内容概要 (2)1. 卫星导航系统的基本概念 (3)2. 卫星导航增强技术的意义与作用 (4)二、卫星导航增强技术原理 (5)1. 多源增强原理 (6)2. 地面增强原理 (7)3. 空间增强原理 (8)三、卫星导航增强系统技术分类 (10)1. 主要技术分类 (11)2. 各类技术的特点与发展趋势 (13)四、卫星导航增强系统硬件设备 (14)1. 发射器 (16)2. 接收器 (18)五、卫星导航增强系统软件算法 (19)1. 数据处理算法 (22)2. 角度计算算法 (23)3. 位置计算算法 (25)六、卫星导航增强系统测试与验证 (26)1. 测试方法 (27)2. 验证方法 (28)3. 测试与验证实例 (30)七、卫星导航增强系统典型应用 (31)1. 军事应用 (33)2. 气象应用 (34)3. 导航应用 (35)八、卫星导航增强技术发展前景 (36)1. 技术创新方向 (37)2. 应用拓展前景 (38)九、结论 (40)1. 卫星导航增强技术的重要性 (41)2. 对未来发展的展望 (42)一、内容概要本书主要介绍了卫星导航增强技术与系统，包括卫星导航系统的基本原理、发展历程和现状，以及卫星导航增强技术的分类和应用。
卫星导航系统概述：介绍了卫星导航系统的定义、发展历程和组成部分，重点阐述了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的伽利略和中国的北斗等系统。
卫星导航增强技术：详细讲解了卫星导航增强技术的分类，包括空间增强、地面增强、用户设备增强等，以及这些技术的工作原理和典型应用。
卫星导航系统与增强技术融合：探讨了卫星导航系统与增强技术融合的发展趋势和前景，包括多源数据融合、多模导航、室内外一体化等方向。
卫星导航增强系统设计与实现：介绍了卫星导航增强系统的设计原则、关键技术、实现方法和典型应用案例。
卫星导航增强技术应用场景：分析了卫星导航增强技术在交通运输、智能出行、农业、海洋、公共安全等领域的应用潜力和价值。
卫星导航星基增强系统及信号体制的比较
电文编码 方式等 ， 并对信号体制进行 了比较 。为国内卫 星导航 星基增 强 系统的研 究提供 参考 ， 同时给 出了增 强栽荷
信 号 体 制 的设 计 建议 。 关键词 ： 星 基 增 强 系统 ； Ｓ Ｂ Ａ Ｓ Ｌ ５ 、 Ｌ １ 信号体制 ； 卫 星 信 号
中图分类号 ： Ｖ ４ ７ ４ ． ２ ５
曦
（ 中国空 间技术研究 院 西安分 院 ， 西安
摘
ห้องสมุดไป่ตู้
要： 概 述 了美 国广 域 增 强 系统 （ ＷＡ Ａ Ｓ ） 、 俄 罗斯 的 差分 校 正 和监 测 系统 （ Ｓ Ｄ Ｃ Ｍ） 、 欧 洲 的地 球 静 止 导航 重 叠
服务 （ Ｅ Ｇ Ｎ Ｏ Ｓ ） 、 日本 的多功能卫星星基增强 系统 （ ＭＳ Ａ Ｓ ） 以及 印度 的 Ｇ Ｐ Ｓ辅助静地轨道增强 系统（ Ｇ Ａ Ｇ Ａ Ｎ ） 的基 本 工作原理 、 现 状及技 术发展趋势 。研 究了Ｓ Ｂ Ａ Ｓ Ｌ ５ 、 Ｌ １ 频 点的信号体制 ， 包括调制方式、 扩频码 生成方法、 电文类型 、
Ｏ 引言
星基 增强 系统 （ Ｓ Ｂ Ａ Ｓ ） 是 卫 星 导航 系 统 建设 的
统（ ＭＳ Ａ Ｓ ） 以及 印度 的 Ｇ Ｐ Ｓ辅 助静 地 轨 道增 强 系 统 （ Ｇ Ａ Ｇ Ａ Ｎ） 等。
ａ ｕ ｇ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ．Ｆ ｉ ｎ ｌｌ ａ ｙ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｇ ｇ ｅ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｉ ｇ ｎ ｌ ａ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｎ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｓ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： Ｓ ＢＡ Ｓ； Ｌ ５ ａ ｎ ｄ Ｌ １ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ； Ｓ ａ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ ｓ ｉ ｎａ ｇ ｌ
卫星导航增强系统SBAS课件
在实验场景下进行实际测试，收集Sbas系统的定位数据、信号质量数据等，以便 与性能评估指标进行比较。
性能评估结果
根据实际测试数据，对Sbas系统的性能进行评估，包括定位精度、信号质量、可 用性、可靠性等方面的评估结果，以便了解Sbas系统的性能状况。
06
总结与展望
Sbas系统的主要贡献及存在问题
作用
SBAS通过提供更高精度的位置信息，帮助改善导航、定位和授时服务，提高导 航系统的性能和可靠性。
Sbas系统的发展历程
初始阶段
20世纪90年代，美国建立了GPS 现代化计划，其中包括SBAS的发
展。
发展阶段
21世纪初，多个国家和地区开始研 究和建设SBAS系统，包括欧洲的 EGNOS、美国的WAAS和日本的 MSAS等。
高精度、全球覆盖、实时性强
05
06
在军事、民用等领域广泛应用
信号传播误差及模型
信号传播误差来源
利用技术手段修正或降低误差 根据误差来源建立模型
大气层折射、多路径效应、信号衰减等 误差模型建立与修正方法
卫星导航增强系统的必要性
提高导航精度和可靠 性
扩大系统覆盖范围和 可用性
增强系统安全性和抗 干扰能力
智能交通领域
SBAS可以提高车辆导航 的精度和可靠性，帮助实 现智能交通管理和自动驾 驶。
02
Sbas系统技术基础
卫星导航系统基本原理
卫星导航系统的组成与工作原理
01
卫星通过发送信号，用户接收设备接收信 号并计算位置坐标
03
02
卫星地面站、卫星导航信号、用户接收设备 等组成
04
卫星导航系统的特点与优势
加强Sbas系统的标准化和模块化设计，方便用户根据需 求进行定制和应用。
第12章 卫星导航增强技术
12.1 卫星增强系统分类
12.1 卫星增强系统分类
差分数据分类 按照卫星导航系统分
GPS，GLONASS 北斗，GALILEO 按照内容分 伪距差分（原始数据或者改正数） 载波相位差分（原始数据或者改正数） 基准站信息 按照格式分 CMR RTCM2.X，RTCM3.X
12.1 卫星增强系统分类
12.2 差分GNSS技术
差分GNSS（differential GNSS，DGNSS）是通过位置精确 已知的参考站接收GNSS信号，将测得的位置或距离数据与已 知的位置、距离数据进行比较，得出准确改正值，然后将这 些改正数据通过数据链发播给覆盖区域内的用户，用户根据 接收到的数据进行位置解算，以提高GNSS定位精度。差分定 位系统DGNSS使用差分增强技术作为GNSS本身的补充与改 进措施，能有效提高系统的服务精度、可用性、连续性和完 好性指标。
12.2 差分GNSS技术
基准站通过数据链将此改正数发送出去，用户接收后对其解 算的用户站坐标进行改正，
X Yu
u X Yu*
* u
X Y
Zu
Zu*
Z
式中，（Xu*, Yu*, Zu*）为用户接收机自身观测结果，（Xu, Yu, Zu） 为经过改正后的用户坐标。
12.2 差分GNSS技术
地基增强系统的误差源分为5个方面，分别是大气层误 差、电离层误差、地面参考接收机误差、飞机GNSS接收机 误差、飞机多路径效应误差。
12.1 卫星增强系统分类
星基增强系统
星基增强系统（satellite based augmentation system，SBAS） 是利用地球静止轨道卫星（geostationary orbit satellite，GEO） 建立的地区性广域差分增强系统，通过地球静止轨道卫星搭载 卫星导航增强信号转发器，可以向用户播发星历误差、卫星钟 差、电离层延迟等多种修正信息，实现对于原有卫星导航系统 定位精度的改进，从而成为各航天大国竞相发展的手段。
《现代空中交通管理》卫星导航增强系统
1 4
星基增强系统
在SBAS中，用户接收的增强信息来自星基发射机。 SBAS由地面监测站、主控站、地面地球站（GES）及同 步轨道通讯卫星组成。系统以辅助的同步轨道通信卫星， 向GNSS用户广播导航卫星的完好性和差分修正信息。
星基增强系统
监测站测量所有可见卫星的伪距值，并完成部分 完好性监测；测量数据经由数据网络传送到主控 站。主控站对观测数据进行处理，产生三种对伪 距的校正数据：快速校正、慢校正（卫星钟差和 轨道误差）、电离层延迟校正；同时主控站也要 进行完好性监测。包括校正和完好性信息的数据 通过地空数据链发到同步卫星，再由该卫星转发 到用户接收机，这时采用的信号频段和数据格式 与导航卫星一致，这样可保证用户接收机的最大 兼容和最小改动。
21
陆基区域增强系统
根据这些需求，澳大利亚进行了投资效益分析。分 析结果表明，最好的方案是用地基增强系统(GBAS) 作I类精密进近，同时用SBAS作航路导航与非精密 进近。因此，提出了建设GRAS来提高GPS/GNSS 性能。
22
陆基区域增强系统
GRAS的各个组成部分和功能如图所示。包括一个监视GPS分布 的基准站网络，一个计算GPS完好性和差分校正信息的中央处理 设施。分布的数据收集网络和中央处理设施与SBAS相似，但向 用户的数据分发与GBAS相似。它没有采用专门的地球静止卫星 （GEO），而是把这些信息送到一个由地面站组成的网络。
4
卫星导航增强系统
目前，美国、欧洲以及日本都非常重视GPS增强 系统的建设，在系统设计、信号标准等方面表现 出较强的兼容、趋同趋势，以便符合未来GNSS 发展的要求。美国的LAAS和WAAS、日本的 MSAS及欧洲的EGNOS均为各自发展的的增强系 统，是GNSS增强系统的组成部分。
卫星导航增强系统与方法的新进展
卫星定位增强系统发展
北斗一代增强系统
卫星定位增强系统发展
JPL全球差分GPS系统 - IGDG
GDGPS Operations Center
QuickTime?anda Pho to -J PEGdeco mpre s or arenededtose thispicture.
区别:
网络RTK：基于双差残差构建误差改正模型 HiRIM：每颗卫星分别构建误差改正模型
联系:
当电离层薄层高度设定为0时，HiRIM方法所得非差残 差中包含的双差残差关系并未发生变化
增强系统关键技术进展
基于非差电离层改正数的网络RTK方法
将全部参考站划分为若干三角子网， 分别对各子网构建每颗可视卫星的 基于非差电离层改正数的网络RTK 方法 由于对每个子网内任意测站每颗可
算例（江苏CORS网）——170km
数据处理 检测站 检测时 卫星
模式
个数 段数 轨道
igs
L1静态
igs
brd
brd
9
220
igs
igs L1动态
brd
brd
注：数据采样间隔为30s
卫星 钟差
igs rec brd rec igs rec brd rec
rms_ E
(mm) 7.9
7.9 7.7 8.1 9.9 9.9 9.9 9.9
卫星定位增强系统发展
WAAS的全球进展
China MSAS
GAGAN
WAAS
EGNOS
SA/WAAS
世界已建或在建 WAAS 系统
卫星定位增强系统发展
美国WASS系统
卫星定位增强系统发展
卫星导航差分系统和增强系统(一)
一、卫星导航系统性能的基本要素精度、完好性、连续性、可用性是评价一个卫星导航系统性能的基本要素，其中：1、精度是在给定时间内，接收机给出位置和速度的测量值与真值之间的一致性的度量。
当前卫星导航系统民用定位精度为10m （95％），授时精度为100ns（95％），10m 的定位精度可以满足大部分用户的使用要求。
例如，对于开阔海域的水面舰艇以及商用货轮的导航，以及从航线、航路到非精密进近阶段的飞机导航，数十米的水平精度就已经足够了。
但是在船舶进港、船舶靠岸、狭窄航道航行等特殊场景，定位精度要求到米级；飞机精密进近、大地测量、国土测绘等应用领域，10m的定位精度也远远不能满足应用要求；实时监测水库、高速公路、铁路等附近山体的三维形变，监测精度要求为毫米级；水库或水电站的大坝由于水负荷的重压而产生变形，危及坝体的安全，需要对大坝外观形变进行连续而精密的监测，监测精度则要求为亚毫米级。
如此高的定位精度要求，仅仅单独靠卫星导航系统的能力是无法实现的。
2、完好性是当系统出现异常、故障或精度不能满足设计指标要求时，系统向用户发出实时“不可用”告警的能力，一般用系统不能提供完好性服务的风险概率表示。
没有完好性保证的定位、授时和授时服务，就无法成为用户可以依靠的系统，尤其是那些涉及生命安全相关的应用领域，对卫星导航系统的完好性提出了较高要求，这些要求超出了卫星导航系统自身的服务能力。
涉及生命安全的交通运输领域利用卫星导航系统开展导航应用时，用户更加关注的是当系统处于95％服务可用性之外时，系统的完好性相关服务。
虽然卫星导航系统自身具有一定的完好性监测能力，地面运行控制系统通过接收导航信号和卫星自身健康状态来监测卫星的状态，然后将监测的告警信息上注给卫星并再由卫星以导航电文方式广播给用户，这个周期一般是一个小时，最短也需要15分钟。
卫星导航差分系统和增强系统（一）+刘天雄——什么是卫星导航系统的性能增强？——什么是卫星导航差分系统？——什么是卫星导航增强系统？——卫星导航增强系统分类及技术特点几何？０６６《卫星与网络》２０１８年１＆２月不同应用领域对卫星导航系统完好性要求不同，例如：①船舶在远洋航路上航行时，对完好性要求相对较低，依靠卫星导航系统提供的完好性保障能力，以及用户接收机内部提供的自主完好性监视，就可满足使用要求；而对于船舶进港与靠岸来说，这个告警时间是不能满足用户需求的，需要建设专门系统在提高定位精度的同时增强卫星导航系统的完好性，保证船舶进港和靠岸的安全。
01. GPS定位原理基础知识
主控站
作用：
• GPS系统的大脑， 收集各监测站的数据，编制导航电文， 送往注入站将 卫星星历注入卫星
• 监控卫星状态， 向卫星发送控制指令； • 卫星维护与异常情况的处理。 • 编制广播星历
地点：
美国科罗拉多州法尔孔空军基地
注入站
• 作用： • 将导航电文注入GPS卫星。 • 地点：阿松森群岛（大西洋），迪戈加西亚（印度洋），卡瓦加
• GPST原子时系统与协调世界时的最大的区别是没有跳秒
卫星运动及GPS卫星星历
• 轨道参数：描述卫星位置及状态的参数； 轨道参数 • 卫星的受力： 地心引力以及摄动力 • 卫星的运动： 无摄运动
• 受摄运动
• 卫星星历就是一组对应某一时刻的轨道参数值，是计算卫星瞬时 位置的依据
• GPS卫星星历分为
基础知识整理
-Cannie Zhao
目录
• GNSS/GPS/GIS • 各定位系统频率 • 卫星定位原理 • GPS坐标系统和时间系统
定义
GNSS和卫星导航增强系统： GNSS (Global Navigation Satellite System）是新一代星基无线电卫星导航系统，可实现高精 度定位。GNSS 包含GPS， GLONASS，Galileo（美国）， 北斗（中国） 在GNSS之前还有子午卫星导航系统（美国，1958年）、CICADA（前苏联，1965年）两个 系统
接收机分类
用途 携带 工作原理 载波频率
导航型、测地型和授时型
袖珍型，背负式，车载式， 舰用式、空（飞机）载式、
弹载式和星载式
码接收机和无码接收机
单频接收机和双频接收机
单频只有L1，信息最全； 因为L2缺少P码
GPS系统的特点
一种卫星导航增强系统的定位方法[发明专利]
![一种卫星导航增强系统的定位方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/f94eab3533d4b14e842468a8.png)
专利名称：一种卫星导航增强系统的定位方法专利类型：发明专利
发明人：张军,朱衍波,刘强,薛瑞,王志鹏
申请号：CN200710120195.3
申请日：20070813
公开号：CN101109805A
公开日：
20080123
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种卫星导航增强系统的定位方法，包括步骤：用户站接收相邻参考站的信息，并确定用户站和相邻参考站的共视卫星，对用户站某一时刻卫星到用户站的伪距进行校正；利用用户站相邻的某一参考站对多颗卫星到用户站校正后的伪距进行定位解算，得到用户站差分定位的三维坐标；使用用户站与所有相邻参考站差分定位的三维坐标经加权平均计算得到最终的分布式区域增强用户定位结果。
本发明针对用户与地面站距离较远时，地面站与用户的电离层和对流层延迟误差有较大差别，定位精度大大降低的缺点，在地基增强覆盖区域内，利用多个相邻的局域增强信息来提高用户的定位精度。
申请人：北京航空航天大学
地址：100083 北京市海淀区学院路37号
国籍：CN
代理机构：北京同立钧成知识产权代理有限公司
代理人：刘芳
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?地基增强系统（ GBAS）
?星基增强系统（SBAS）通过地球静止轨道（GEO） 卫星搭载卫星导航增强信号转发器，可以向用户播发 星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息， 实现对于原有卫星导航系统定位精度的改进，从而成 为各航天大国竞相发展的手段。
?目前，全球已经建立起了多个SBAS系统，如美国的 广域增强系统（WAAS）、俄罗斯的差分校正和监测 系统（SDCM）、欧洲的欧洲地球静止导航重叠服务 （EGNOS）、日本的多功能卫星星基增强系统 （MSAS）以及印度的GPS辅助静地轨道增强导航系 统（GAGAN）。
当前卫星导航增强系统所采用的增强技术分类
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统：SBAS
?1.1美国广域增强系统
?广域增强系统（ Wide Area Augmentation System ，简称WAAS）是由 美国联邦航空局（ FAA）开发建立的一个主要用于航空领域的导航 增强系统，该系统通过 GEO卫星播发GPS广域差分数据，从而提高 全球定位系统的精度和可用性。
各 ? SBAS系统全球分布图
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统：SBAS
?这些系统综合使用了各种不同增强效果的导航增强技术，最终实现了其增 强卫星导航服务性能的目的。从增强效果上看，这些增强系统所使用的卫 星导航增强技术主要包括精度增强技术、完好性增强技术、连续性和可用 性增强技术。其中，精度增强技术主要运用差分原理，进一步可分为广域 差分技术、局域差分技术、广域精密定位技术和局域精密定位技术；完好 性增强技术主要运用完好性监测原理，进一步可分为系统完好性监测技术、 广域差分完好性监测技术等等。连续性和可用性增强技术主要是增加导航 信号源，进一步可分为天基卫星增强技术、地基伪卫星增强技术等。当前 卫星导航增强系统所采用的各种增强技术分类见下表。
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统：SBAS
?1.2俄罗斯差分校正和监测系统
?自2002年起，俄罗斯联邦就开始着手研发建立 GLONASS系统的卫星导航增强系统——差分校正和 监测系统（SDCM）。SDCM将为GLONASS以及其 他全球卫星导航系统提供性能强化，以满足所需的高 精确度及可靠性。和其他的卫星导航增强系统类似， SDCM也是利用差分定位的原理，该系统主要由3部 分组成：
?星导航增强系统是卫星导航系统建设中的一项重要内容， 堪称卫星导航系统的“能力倍增器”。目前的卫星导航系 统尽管已经在各个民商用领域应用广泛，并且成为各大强 国发展所不可或缺的一环，但由于技术和系统的局限性， 在某些领域如航空精密进近等仍无法满足需求，需要增强 系统将其能力加以提升。
?目前，国外卫星导航增强系统主要分为
?美国WAAS利用遍布北美和夏威夷的地面参考站（ Wide主控站（ Wide-area Master Station，简称WMS）。WMS经过计算得出差分改正 （Deviation Correction ，DC）并将改正信息经地面上行注入站传送 给WAAS 系统的GEO 卫星。最后由 GEO 卫星将信息播发给地球上的 用户，这样用户就能够通过得到的改正信息精确计算自己的位置。
GPS理论与应用
（20.卫星导航增强系统： SBAS）
刘瑞华 中国民航大学 电子信息与自动化学院
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统：SBAS
?授课内容
?1.国外卫星导航增强系统发展 ?2.SBAS系统原理 ?3.卫星导航差分增强技术
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统：SBAS
?1、国外卫星导航增强系统发展：
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统：SBAS
?第1阶段为初始运行能力阶段（IOC） ?其研发始于20世纪90年代，2003年 7? 月10日完成，实现WAAS信号对 ?95%的美国领土的覆盖，动态定位 ?水平精度3~5m，垂直精度3~7m。
WAAS发展阶段部署与 GEO卫星时间表
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统：SBAS
?第2阶段（2003年—2008年）和第 3阶段（2009年—2013年）
将实现 WAAS系统对航空进场着陆能力的改善，通过 WAAS 实现飞机的 LPV（垂直指引功能定位信标）和 LPV200能力，可以使飞机在不具备仪表着陆系统（ Instrument Landing System ，ILS，又译为仪器降落系统，是目前应用最 为广泛的飞机精密进近和着陆引导系统。它是由地面发射的 两束无线电信号实现航向道和下滑道指引，建立一条由跑道 指向空中的虚拟路径，飞机通过机载接收设备，确定自身与 该路径的相对位置，使飞机沿正确方向飞向跑道并且平稳下 降高度，最终实现安全着陆）的飞机场仍可实现类似于仪表 着陆的高安全性着陆。而开通 LPV-200 认证的飞机能够使降 落判决最小高度降低至 200英尺，从而提高了跑道的可用性。
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统：SBAS
?第4阶段（2014—2028年）
WAAS系统将增加L5频段信号，并实现L1和L5的双 频跟踪能力。按照计划，此项能力将在2019年左右初 步实现。
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统：SBAS
? 在WAAS建立之初，其空间段由 两颗国际海事 卫星Inmarsat-3 -F4 (西太平洋地区 AOR)和 Inmarsat-3- F3 (太平洋地区， POR)组成，两颗 GEO卫星的轨道分别位于西经 133°和西经 107°。现在，这两颗卫星已经分别被另外两颗 GEO卫星所 ，即国际通信卫星有限公司 （Intelsat）的商业卫星 Galaxy -15以及加拿大的 通信卫星Anik –F-1R。此外， 2010年末国际海事 卫星Inmarsat-4 -F3 成为了WAAS系统的第三颗 GEO卫星，轨道为西经 98°。
?差分校准和监测站 ?中央处理设施 ?用来中继差分校正信息的地球静止轨道卫星。