GNSS工作原理及特点
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中国民用航空局飞行标准司
GNSS工作原理及特点
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
内容 航空器位置确定方法 GPS定位原理 GNSS增强系统 GNSS导航性能
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
航空器位置确定方法 航空器位置，由于操控和管理航空器，同 时为飞机驾驶员提供位置参考。 波音称航空器位置为 FMC 位置，空客称航 空器位置为FM位置。 由于无法获取航空器的准确位置，因此凡 是 FMS 提供的航空器位置，均为计算位置 ，并非真实位置。 计算位置与真实位置之间的差值，称为导 航系统误差（NSE）。
星基增强系统
1.参考站接收来自GPS和GEO卫星的 信号。如果计算结果之间存在任何 差异，则每个参考站都进行精确测 量。 2. 网络中的每个参考站都向主站 （CPF）转发数据。 CPF计算时 钟和电离层修正量和完好性数据， 然后将这些数据添加到导航电文中。 L1 C GEO GPS or GLONASS L1
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVk : xk, yk,
zk
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVk : xk, yk,
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SBAS架构
星基增强系统
1.参考站接收来自GPS和GEO卫星的 信号。如果计算结果之间存在任何 差异，则每个参考站都进行精确测 量。 2. 网络中的每个参考站都向主站 （CPF）转发数据。 CPF计算时 钟和电离层修正量和完好性数据， 然后将这些数据添加到导航电文中。 L1 GEO GPS or GLONASS L1
GPS定位原理
要求至少 24 颗卫星构成卫星星座，目前在轨有 31 颗。 分布在 6 根轨道上，轨道倾角 55 度，轨道离地平均高 度为20230公里。 确保全球覆盖，满足用户需求。 发布粗测/捕获码（C/A）码和精密码（P）。 目前民航接收机，均为C/A码接收机。 导航接收机均为单频接收机。 定位结果，为WGS-84坐标。
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
GPS星座
一个由24颗卫星构成的星座
在WGS84中计算位置
GPS信号全球覆盖
为民航提供水平13 米（95％）的标准 定位服务
数据库导航
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
GPS地面段
5 Monitor Stations
3 Ground Antennas
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
导航电文
每颗GPS卫星都将广播导航电文，电文内容包括：
卫星代码 卫星位置 GPS时间 卫星健康信息 其他信息
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
定位原理图
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
区域导航系统
航空器位置
GNSS
DME/DME
VOR/DME
惯导系统（INS/IRS）
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
主用 RNAV 导航传感器
GNSS
3D或4D位置
时间+2D或3D定位
DME/DME
2D位置
3. 通过C波段信号，将修正信息上 传导GEO卫星。
Reference stations Central Processing Facility
Connection station
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SBAS架构
星基增强系统
1.参考站接收来自GPS和GEO卫星的 信号。如果计算结果之间存在任何 差异，则每个参考站都进行精确测 量。 2. 网络中的每个参考站都向主站 （CPF）转发数据。 CPF计算时 钟和电离层修正量和完好性数据， 然后将这些数据添加到导航电文中。 L1 C GEO GPS or GLONASS L1
1 Master Control Station
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
增强系统
补充核心星座，通过提高定位质量。
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
增强系统
补充核心星座，通过提高定位质量。 利用空间段和地面段 : SBAS
WAAS, EGNOS, GALILEO, MSAS, GAGAN, 为航路和机场终端区服务
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SBAS架构
星基增强系统
GEO GPS or GLONASS L1
Reference stations Central Processing Facility
Connection station
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVk : xk, yk,
zk
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVk : xk, yk,
zk
SVi : xi, yi, zi
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
增强系统
补充核心星座，通过提高定位质量。 利用空间段和地面段 : SBAS
WAAS, EGNOS, GALILEO, MSAS, GAGAN, 为航路和机场终端区服务
利用地面段 : GBAS
本地增强 可提供GLS进近服务
zk
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVk : xk, yk,
zk
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVk : xk, yk,
zk
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVk : xk, yk,
zk
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
3. 通过C波段信号，将修正信息上 传导GEO卫星。 4.GEO卫星在GPS相同频率上，向机 载接收机播修正量信息。
Reference stations Central Processing Facility
Connection station
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SBAS架构
GNSS定义
GNSS: 全球导航卫星系统
一个全球导航和定位的系统，包括一个或多个星座、机载 接收机和系统完好性监视设备，以增强系统性能，满足相 应运行所要求的所需导航性能。
目前ICAO定义的GNSS，包括
GPS星座 GLONASS星座 三种增强系统，即机载增强系统（ABAS）、星基增强系统 （SBAS）和地基增强系统（GBAS）
SVi : xi, yi, zi
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVi : xi, yi, zi
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
D1
Nominal path
D2
WAY-POINT
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
DME/DME 定位
DME2
DME4
DME1
DME3
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
DME/DME 定位
DME2
DME4
DME1
DME3
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVi : xi, yi, zi
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVi : xi, yi, zi
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
Reference stations Central Processing Facility
Connection station
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SBAS架构
星基增强系统
1.参考站接收来自GPS和GEO卫星的 信号。如果计算结果之间存在任何 差异，则每个参考站都进行精确测 量。 2. 网络中的每个参考站都向主站 （CPF）转发数据。 CPF计算时 钟和电离层修正量和完好性数据， 然后将这些数据添加到导航电文中。 L1 C GEO GPS or GLONASS L1
3. 通过C波段信号，将修正信息上 传导GEO卫星。 4.GEO卫星在GPS相同频率上，向机 载接收机播修正量信息。
Reference stations Central Processing Facility
Connection station
向用户接收机提供附加导航信号，使用户能计算出完好性和精度更好的位置。
SBAS架构
星基增强系统
参考站接收来自GPS和GEO卫星的 信号。如果计算结果之间存在任何 差异，则每个参考站都进行精确测 量。
1.
GEO
GPS or GLONASS L1
L1
Reference stations Central Processing Facility
Connection station
DME/DME 定位
DME2
DME4
DME1
d1
DME3
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
DME/DME 定位
DME2
DME4
DME1
d1
DME3
பைடு நூலகம்
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
DME/DME 定位
DME2
DME4
DME1
d1
DME3
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
比GNSS精度低
需要合适的DME网络
VOR/DME
2D位置
用VOR/DME定义航迹
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
VOR/DME定位
参考VOR/DME
VOR/DME
D:VOR/DME与航路点之间的距离 D1：VOR/DME和正切点之间的距离 D2：正切点和航路点之间的距离 D
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GBAS 架构
地基增强系统
SPACE SEGMENT GPS or GLONASS
USER SEGMENT (aircraft)
USER SEGMENT (Ground vehicle)
GROUND SEGMENT (Reference station)
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
3个圆相交于2点
SVk : xk, yk,
zk
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
GNSS工作原理及特点
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
内容 航空器位置确定方法 GPS定位原理 GNSS增强系统 GNSS导航性能
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
航空器位置确定方法 航空器位置，由于操控和管理航空器，同 时为飞机驾驶员提供位置参考。 波音称航空器位置为 FMC 位置，空客称航 空器位置为FM位置。 由于无法获取航空器的准确位置，因此凡 是 FMS 提供的航空器位置，均为计算位置 ，并非真实位置。 计算位置与真实位置之间的差值，称为导 航系统误差（NSE）。
星基增强系统
1.参考站接收来自GPS和GEO卫星的 信号。如果计算结果之间存在任何 差异，则每个参考站都进行精确测 量。 2. 网络中的每个参考站都向主站 （CPF）转发数据。 CPF计算时 钟和电离层修正量和完好性数据， 然后将这些数据添加到导航电文中。 L1 C GEO GPS or GLONASS L1
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVk : xk, yk,
zk
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVk : xk, yk,
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SBAS架构
星基增强系统
1.参考站接收来自GPS和GEO卫星的 信号。如果计算结果之间存在任何 差异，则每个参考站都进行精确测 量。 2. 网络中的每个参考站都向主站 （CPF）转发数据。 CPF计算时 钟和电离层修正量和完好性数据， 然后将这些数据添加到导航电文中。 L1 GEO GPS or GLONASS L1
GPS定位原理
要求至少 24 颗卫星构成卫星星座，目前在轨有 31 颗。 分布在 6 根轨道上，轨道倾角 55 度，轨道离地平均高 度为20230公里。 确保全球覆盖，满足用户需求。 发布粗测/捕获码（C/A）码和精密码（P）。 目前民航接收机，均为C/A码接收机。 导航接收机均为单频接收机。 定位结果，为WGS-84坐标。
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
GPS星座
一个由24颗卫星构成的星座
在WGS84中计算位置
GPS信号全球覆盖
为民航提供水平13 米（95％）的标准 定位服务
数据库导航
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
GPS地面段
5 Monitor Stations
3 Ground Antennas
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
导航电文
每颗GPS卫星都将广播导航电文，电文内容包括：
卫星代码 卫星位置 GPS时间 卫星健康信息 其他信息
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
定位原理图
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GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
区域导航系统
航空器位置
GNSS
DME/DME
VOR/DME
惯导系统（INS/IRS）
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
主用 RNAV 导航传感器
GNSS
3D或4D位置
时间+2D或3D定位
DME/DME
2D位置
3. 通过C波段信号，将修正信息上 传导GEO卫星。
Reference stations Central Processing Facility
Connection station
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SBAS架构
星基增强系统
1.参考站接收来自GPS和GEO卫星的 信号。如果计算结果之间存在任何 差异，则每个参考站都进行精确测 量。 2. 网络中的每个参考站都向主站 （CPF）转发数据。 CPF计算时 钟和电离层修正量和完好性数据， 然后将这些数据添加到导航电文中。 L1 C GEO GPS or GLONASS L1
1 Master Control Station
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
增强系统
补充核心星座，通过提高定位质量。
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
增强系统
补充核心星座，通过提高定位质量。 利用空间段和地面段 : SBAS
WAAS, EGNOS, GALILEO, MSAS, GAGAN, 为航路和机场终端区服务
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SBAS架构
星基增强系统
GEO GPS or GLONASS L1
Reference stations Central Processing Facility
Connection station
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVk : xk, yk,
zk
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVk : xk, yk,
zk
SVi : xi, yi, zi
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
增强系统
补充核心星座，通过提高定位质量。 利用空间段和地面段 : SBAS
WAAS, EGNOS, GALILEO, MSAS, GAGAN, 为航路和机场终端区服务
利用地面段 : GBAS
本地增强 可提供GLS进近服务
zk
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVk : xk, yk,
zk
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVk : xk, yk,
zk
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVk : xk, yk,
zk
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
3. 通过C波段信号，将修正信息上 传导GEO卫星。 4.GEO卫星在GPS相同频率上，向机 载接收机播修正量信息。
Reference stations Central Processing Facility
Connection station
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SBAS架构
GNSS定义
GNSS: 全球导航卫星系统
一个全球导航和定位的系统，包括一个或多个星座、机载 接收机和系统完好性监视设备，以增强系统性能，满足相 应运行所要求的所需导航性能。
目前ICAO定义的GNSS，包括
GPS星座 GLONASS星座 三种增强系统，即机载增强系统（ABAS）、星基增强系统 （SBAS）和地基增强系统（GBAS）
SVi : xi, yi, zi
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVi : xi, yi, zi
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
D1
Nominal path
D2
WAY-POINT
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
DME/DME 定位
DME2
DME4
DME1
DME3
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DME/DME 定位
DME2
DME4
DME1
DME3
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GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVi : xi, yi, zi
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SVi : xi, yi, zi
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
Reference stations Central Processing Facility
Connection station
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
SBAS架构
星基增强系统
1.参考站接收来自GPS和GEO卫星的 信号。如果计算结果之间存在任何 差异，则每个参考站都进行精确测 量。 2. 网络中的每个参考站都向主站 （CPF）转发数据。 CPF计算时 钟和电离层修正量和完好性数据， 然后将这些数据添加到导航电文中。 L1 C GEO GPS or GLONASS L1
3. 通过C波段信号，将修正信息上 传导GEO卫星。 4.GEO卫星在GPS相同频率上，向机 载接收机播修正量信息。
Reference stations Central Processing Facility
Connection station
向用户接收机提供附加导航信号，使用户能计算出完好性和精度更好的位置。
SBAS架构
星基增强系统
参考站接收来自GPS和GEO卫星的 信号。如果计算结果之间存在任何 差异，则每个参考站都进行精确测 量。
1.
GEO
GPS or GLONASS L1
L1
Reference stations Central Processing Facility
Connection station
DME/DME 定位
DME2
DME4
DME1
d1
DME3
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
DME/DME 定位
DME2
DME4
DME1
d1
DME3
பைடு நூலகம்
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
DME/DME 定位
DME2
DME4
DME1
d1
DME3
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
比GNSS精度低
需要合适的DME网络
VOR/DME
2D位置
用VOR/DME定义航迹
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
VOR/DME定位
参考VOR/DME
VOR/DME
D:VOR/DME与航路点之间的距离 D1：VOR/DME和正切点之间的距离 D2：正切点和航路点之间的距离 D
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
GBAS 架构
地基增强系统
SPACE SEGMENT GPS or GLONASS
USER SEGMENT (aircraft)
USER SEGMENT (Ground vehicle)
GROUND SEGMENT (Reference station)
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训
3个圆相交于2点
SVk : xk, yk,
zk
SVi : xi, yi, zi
SVj : xj, yj, zj
GPS receiver location
2014年CAAC基于性能的导航(PBN)运行培训