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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日本的多功能卫星星基增强系统（MSAS）已于2007 年9月实现初始运行，完成了地面系统以及两颗 MTSAT卫星的集成、卫星覆盖区域测试以及MTSAT 卫星位置的安全评估和运行评估测试（包括卫星信号 功率测试、动静态定位测试和主控站备份切换测试 等）。测试表明，MSAS能够很好地提高日本偏远岛 屿机场的导航服务性能，满足国际民航组织（ICAO） 对非精密近进阶段（NPA）等方面的要求。
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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：
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MSAS的空间段由两颗多功能传输卫星（MTSat）组成， 它们是日本发展的地球静止轨道气象和环境观测卫星—— “向日葵”（Himawari）卫星的第二代。MTSat是日本国 土交通省（MLIT）和日本气象厅共同出资发展的气象观 测与GPS系统导航增强卫星。除了为日本气象厅提供气象 服务外，还为日本民航局（JCAB）执行航空运输管理和 导航服务。美国劳拉空间系统公司是MTSat-1/1R卫星的主 承包商，日本三菱电机公司是MTSat-2卫星的主承包商。 截至目前，在轨运行的卫星包括MTSat-1R和MTSat-2，分 别位于东经140°和145°上，采用Ku波段和L波段两个载 波，其中Ku波段主要用于播发气象数据，L波段频率与 GPS L1频段相同，主要用于导航服务。
具备EGNOS系统的机场分布图
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1.4日本多功能卫星星基增强系统
MSAS(Multi-Functional Satellite Augmentation System) 是日本的多功能GPS卫星星基增强系统，主要目的是 为日本航空提供通信与导航服务。系统覆盖范围为日 本所有飞行服务区，也可以为亚太地区的机动用户播 发气象数据信息。该项目由日本气象局和日本交通部 于1996年开始实施，合同承包商是阿尔卡特、东芝和 三菱公司。
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EGNOS系统空间段由三颗地球静止轨道通信卫星组成， 搭载导航增强转发器，播发导航增强信号。目前该系统所 使用的三颗卫星为Inmarsat-3 F2（AOR-E）、Inmarsat-3 F1 （IOR）以及ARTEMIS卫星，轨道分别为西经15.5°、东 经65.5°以及东经21.3°。Inmarsat-3 F1和Inmarsat-3 F2是 国际移动卫星（Inmarsat）的第3代,卫星的主承包商是马丁 -玛丽埃塔航天公司（Martin Marietta Astro Space），有效 载荷由马特拉-马可尼航天公司提供，采用GE-4000平台。 “阿特米斯”（ARTEMIS）卫星是在ESA的支持下发展的 试验通信卫星，全称为“先进中继和技术试验任务卫星”， 主要目标是验证移动通信和数据中继相关的通信技术。 ARTEMIS卫星于2001年7月12日发射。
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。
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当前卫星导航增强系统：SBAS
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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。 美国WAAS利用遍布北美和夏威夷的地面参考站（Wide-area Reference Station，WRS）采集GPS信号并传送给主控站（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。
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EGNOS系统是欧洲航天局（ESA）、欧盟（EU）和 欧洲航空安全组织（Eurocontrol）联合规划的项目， 欧空局全面负责EGNOS系统的技术设计和工程建设， 欧盟负责国际合作，并且确保把各类用户对系统的要 求融入到EGNOS系统的设计和实施中。欧洲航空安 全组织设计民用航空需求，并且在系统测试中扮演主 要角色。
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第1阶段为初始运行能力阶段（IOC）
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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
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MTSat-1R卫星
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1.5印度GPS辅助静地轨道增强导航系统
印度的GPS辅助静地轨道增强导航系统（GAGAN）是由 印度空间组织（ISRO）和印度航空管理局（AAI）联合组 织开发。 GAGAN系统的空间段由3颗位于印度洋上空的GEO卫星构 成，采用C频段和L频段，其中C频段主要用于测控，L频 段与GPS的L1（1575.42MHz）和L5（1176.45MHz）频率 完全相同，用于播发导航信息，并可与GPS兼容和互操作。 空间信号覆盖整个印度大陆，能为用户提供GPS信号和差 分修正信息，用于改善印度机场和航空应用的GPS定位精 度和可靠性。
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
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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
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1、国外卫星导航增强系统发展：
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EGNOS系统已经于2009年开始正式运行使用， 并将至少工作20年以上。目前，EGNOS系统可 以提供三种服务：
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①免费的公开服务，定位精度1m，已于2009年10月 开始服务； ②生命安全服务，定位精度1m，已于2011年3月开始 服务；
③EGNOS数据访问服务，定位精度小于1m，已于 2012年7月开始服务。
星基增强系统（SBAS） 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）。
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2、SBAS系统原理
单纯依靠卫星导航系统，哪怕是目前定位精 度最高的GPS系统，也无法满足一些对定位精度 要求比较高的应用需求，比如航空领域的飞机 精密进近等。因此，针对这种需求，尤其是来 自航空业的迫切需要，许多国家都发展了自己 的卫星导航增强系统。
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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。
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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°。
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各SBAS系统全球分布图
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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。