区域卫星导航系统的广域差分增强服务及完好性
卫星导航差分系统和增强系统(十一)
卫星导航差分系统和增强系统(十一)刘天雄【期刊名称】《卫星与网络》【年(卷),期】2018(000)012【总页数】4页(P66-69)【作者】刘天雄【作者单位】【正文语种】中文3.4.1 美国广域增强系统(WAAS)3.4.1.1 系统组成广域增强系统（Wide Area Augmentation System，WAAS）是美国联邦航空管理局(Frderal avaiation administration，FAA)主导的星基增强系统（Satellite Based Augmentation Svstem，SBAS），为满足美国民用航空对GPS更高的定位精度要求，特别是完好性要求，1992年，FAA在美国GPS广域差分系统（Wide Area Differential GPS，WADGPS）的基础上，设计了利用位于地球同步静止轨道的通信卫星（GEO卫星）广播GPS差分修正数据和完好性信息，实现在北美地区GPS的SBAS服务。
WAAS的GEO卫星不仅播发增强信号，作为完好性告警通道，同时还播发测距信号，利用GEO卫星覆盖范围大且位置相对稳定的特点，提高GPS星座用户可见卫星数量。
WA A S 由地面段（WA A S G r o u n d Segment）、空间段（WAAS SpaceSegment）和用户段（WAAS User Segment）三部分组成，其中地面段由38个广域参考站（Widearea Reference Stations，WRSs）、3个位于美国本土大陆两端的广域主控站（Wide-area Master Stations，WMSs）、6个地面上行链路站（Ground Uplink Stations，GUS）、2个系统运行中心（operational centers，OC）以及陆地通信网络（Terrestrial communication Network，TCN）组成，其中地面上行链路站一般又称为地球站（Ground Earth Stations，GESs）。
卫星导航差分系统和增强系统(七)
卫星导航差分系统和增强系统（七）+刘天雄3.2 地基增强系统3.2.1 工作原理地基增强系统（GBAS）通过多个位置确定的地面参考站监测导航信号，同时监测电离层和对流层等空间天气对导航信号传播时延的影响，生成导航信号的差分改正数和系统完好性信息，再由一部或多部地面发射机将增强信息播发给用户。
GBAS通常都是对卫星导航系统的局部区域增强，利用差分技术，计算卫星导航信号的局域改正值以提高系统定位精度，同时通过完好性监视算法，给出系统的完好性信息。
GBAS主要用于对实时定位精度和信号完好性指标较为苛刻的民航导航，为机场范围内提供精密进场、离场程序、和终端区作业服务，满足民用航空精密进近和着陆引导对定位精度、完好性和可用性的要求。
在民航飞机着陆和精密进近过程中，针对GNSS信号缺乏实时、快速的闭环健康监控手段，国际民航组织ICAO定义的GBAS 是解决引导飞机精密进近过程中卫星导航系统的精度，特别是完好性指标不满足系统要求的问题，鉴于GBAS服务区域十分有限，美国联邦航空管理局将G B A S称为局域增强系统（Local Area Augmentation System，LAAS）。
G B A S一般利用甚高频（v e r y h i g h frequency，VHF）无线电地面通信链路向用户播发差分改正数和完好性信息，服务范围一般为30～50km。
甚高频数据广播（VHF data broadcast，VDB）信息类型有信息类型1（MT1）、信息类型2（MT2）和信息类型4（MT4）三种，MT1主要包含可见卫星的差分信息，用于消除导航信号受到卫星星历数据影响、电离层延迟影响、大气层影响和多路径效应引起的飞机位置误差，从而使飞机位置偏差减小到1～2m甚至更低，RTCA/D0-246D给出MT1数据格式如表6所示。
M T2主要包含地面参考点数据，用于计算由于飞机位置与地面参考基准站位置不同而引起的电离层延迟和对流层延迟残余误差，此类误差不能由MT1的差分信息来消除，RTCA/D0-246D给出的MT1数据格式如表7所示。
卫星导航差分系统和增强系统(十五)
068《卫星与网络》2019年6月3.4.3 日本多功能卫星增强系统（MSAS）多功能卫星增强系统（Multi-Functional Satellite Augmentation System，MSAS）是GPS 在日本的星基增强系统，目的是提高GPS的精度、完好性和可用性。
利用日本多功能交通卫星（Multifunctional Transport Satellites，MTSAT）播发GPS的差分改正数和完好性信息。
MSAS由日本民航局(Japanese Civil Aviation Bureau)负责建设，1996年，日本启动MSAS建设，合同承包商是阿尔卡特（Alcatel）、东芝（Toshiba）和三菱（Mitsubishi）公司，2007年9月27日，MSAS宣布开始运行，为民航飞机航路和非精密进近提供水平引导服务，此外，MSAS还为日本飞行区的飞机提供全程气象和天气数据信息服务。
MSAS由地面段、空间段、用户段三部分组成，系统组成如图51所示，地面参考站网络接收并处理GPS信号，生成SBAS电文并上注给GEO卫星，再由卫星将SBAS增强信号透明转发给用户，用户根据SBAS电文修正位置解算结果，同时获取系统完好性告警信息。
地面段由4个分别位于日本Sapporo、Tokyo、Fukuoka、Naha的地面监测站（Ground Monitor Station，GMS）、2个分别位于Kobe和Hitachiota的主控站（Master Control Station，MCS），以及2个分别位于夏威夷和澳大利亚的监测及测距站（Monitor and Ranging Station，MRS）组成。
MSAS地面段地面监测站GMS负责监测GPS 和MTSAT卫星播发的信号，主控站MCS根据地面监测站GMS监测的信号，进一步计算GPS信号的差分改正数和系统完好性等级，将增强电文上注给卫星，监测及测距站MRS的主要任务差分系统和增强系统（十五）卫星导航+刘天雄图51 日本MSAS多功能卫星增强系统组成有两方面，一是监测GPS和MTSAT卫星播发的信号，二是修正MSAS的GEO卫星轨道参数，精密确定卫星的星历。
卫星导航系统功率增强对区域定位服务性能的影响分析
关键词 ：卫 星导航 系统 ；导航 战 ；功率增强 技术
中图分类 号 ：Ｐ ２ ２８ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ —３ ８ ２ １ ） １０５ －７ ０ ０１２ （ ０２ Ｏ －０ ５０
第３ ３卷 第 １期
２１ ０ ２年 １ 月
宇 航
学
报
Ｖｏ． ３ Ｎ ． １３ ０１
Ｊｕｎ ｌ ｆＡｓ ｏ ａ ｔ ｓ ｏ ｒａ ｔ ｎ ｕｉ ｏ ｒ ｃ
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卫星 导 航 系统 功 率 增 强 对 区域定 位 服 务 性 能 的 影 响 分 析
须 在 战争准备 期 间 ， 播 发 功 率增种卫星组合， ． ： 分别计算每种组
合 情况下 战 区 中心 的 Ｇ Ｏ Ｄ Ｐ值 ； 步骤 ３ ．将 Ｇ Ｏ Ｄ Ｐ取值 最小 对应 的卫 星组合 ， 确
量和布局进行合理规划 ， 对功率增强信号持续 的时
Ｔｅ ｈ ｎ，ｔ ｅ ｐ ｒｏｍａ ｃ ｆｒｇｏ ｏ ｉ ｏ ｉ ｇ ｓ ｒ ｉ ｅ ｕ ｄ ｒｃ ｒ ｉ ｇ ｏ ｔｄ ｆ ｒｎ ｏ ｒｅ ｈ ｎ ｅ ｔａｅ ａ ｎ ｌｚ ｄ ａ ｄ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｏ ｉ ｎ ｐ ｓｔ ｎ ｎ ｅ ｖｃ ｎ ｅ ａｒ ｎ ｕ ｉ ｅ ｅ ｔ ｗｅ ・ ｎ ａ ｃ ｄ ｓｒｔ ｇ ｗ ｓ ａ ａｙ ｅ ｎ ｆ ｅ ｉ ｙ ｆ ｐ ｙ ｃ ｍｐ ｒｄ ｆ ｍ ｅ ｅ ａ ｓ ｅ ｔ ｓ ｃ ｓ ｔｅ ｃ ａ ａ ｔｒｓ ｃ ｏ ｏ ｅ ａ ｅ ｓ ｂ ｌ ｙ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｅ ｉ ． Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｆｓｍｕ ａｉｎ ｏ ａｅ ｒ ｏ ｓ ｖ ｒｌａ ｐ ｃｓ ｕ ｈ ａ ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｆｃ ｖ ｒ ｇ ，ｕ ａ ｉ ｔ ｎ ｏ ｌｘｔ ｉ ｉ ｙ ｈ ｅ ｕｔ ｏ ｉ ｌｔ ｓ ｏ ｓ ｏ ｈ ｔ ｃ ｒｙ ｎ ｕ ｏ ｒ ｅ ｈ ｎ ｅ ｔ ｔｇ ｏ ｌ ｒ ｖ ｄ ｆｌ・ ｍｅ ｓ ｒ ｉｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｅ ｎ ａ ｓ ａｔ ｌｔ ｈ ｗ ｔａ ａ ｒ ｉ ｇ ｏ ｔ ｐ ｗｅ －ｎ ａ ｃ ｄ ｓｒ ｅ ｙ ｗ ｕ ｄ ｐ ｏ ｉ ｅ ｕ ｌｔ ｅ ｃ ｓ ｉ ａ ｇ ｔ ａ ａ ａ ｄ ｃ ｕ ｅ ｐ ｒｉ － ｍｅ － ａ ・ ｉ ｖ ｒ ａ・ ｉ ｃ ｖ ｒ ｇ ｎ １ ～２ ％ ｏ ｅ ｇｏ ａ ｅ ｉ ｎ ．Ｔ ｅ ｓｔ ｌ ｔ ｏ ｅ — ｎ ａ ｃ ｄ ｓ ａ ｅ ｉ ｓｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｕ ｅ ｏ ｅ ｔＧＤ ａｕ ｏ ｅ ａ ｅ ｉ ０ ０ ｆｔ ｌ ｂ ｌｒ ｇｏ ｓ ｈ ａｅｌ ｅ ｐ ｗ ｒｅ ｈ ｎ ｅ ｔ ｔｇ ｅ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｌ ｆｂ ｓ ｈ ｉ ｒ ＯＰ ｖ ｅ ｌ ａ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｌ ｆ ｓ ｌ ｓ ｗｉ ｈ ｔ ａ ｄ ａ ｔｇ ｎ Ｇ ｎ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｅ ｏ ｍａ ｌ ｔ ｓ ｔ ｉ ｕ ｅ ｃ ｍｅ ｈ ｄ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｉ ＤＯＰ ｖ ｕ ｎ ｏ ｌｘ ｔ ｅ ｐ ｃ ｉｅｙ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ａ ｅ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｅ ｉ ｒ ｓ ｅ ｔ ｌ． ｌ ｙ ｖ ｓ ｄ ｏ ｈ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｓ ａ ｄ ｓ ｏ ｔｏ ｎ ｓ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ ｓｒ ｔｇｅ ，ｔ ｅ ｐ ｐ ｒ ｃ ｎ ｌ ｄ ｄ ａ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｒ ｇ ａ ｗｈ ｃ ｏ ｓｄ ｒ ｄ ｈ ｒｃ ｅ ｉ ｉ ｎ ｈ ｒｃ ｍｉｇ ｆ ａ ｖ ｗ ｔ ｅ ｉｓ ｈ ａ ｅ ｏ ｃｕ ｅ ｎ ｉ ｒ ｖ ｍｅ ｔｐ ｏ ｒｍ ｉ ｈ ｃ ｎ ｉ ｅ ｅ ｓｃ ｂ ａ
GPS系统的关键性能分析--下之二
图23 广域增强系统WAAS的二维平面定位性能054Satellite classroom 卫星课堂GPS系统的关键性能分析―――下之二第十七讲7 广域增强系统（WAAS）性能简介广域增强系统完好性风险定义为系统估算的载体的位置值超过水平告警门限HAL（Horizontal Alert Limits）或者垂直告警门限VAL（Vertical Alert Limits）时，卫星导航系统在规定的告警时间（time-to-alarm）内没有告警的概率。
另一方面，连续性风险定义为在系统工作过程中，系统告警能够省略的概率。
广域增强系统W A A S 的最低运行控制性能标准MOPS（Minimum OperationalPerformance Standards）定义为，差分修正的导航解在垂直保护门限VPL（Vertical Protection Level）以及水平保护门+ 刘天雄图24 广域增强系统WAAS的垂直定位性能限HPL（Horizontal Protection Level）范围内概率的必须满足99.99999%。
因此，误差的真值（true error）在107 秒内超过保护限的次数不能多于一次。
如果计算的保护限超过了相应的告警门限，那么系统将告警，测量的数据不能用于定位。
如果系统在运行过程中发出了告警信息，必须推导告警信息处理算法，否则系统在整个周期内将被宣布不可用。
美国斯坦福大学（Stanford University）在位于美国加利福尼亚州斯坦福的国家卫星测试床NSTB（National Satellite Test Bed），开展了对静态用户开展了广域增强系统W A A S的二维平面定位性能评估测试，测试结果如图23所示，直方图中横坐标为广域增强系统W A A S给出的位置已被标定的天线的位置测量值和实际位置之间的误差，纵坐标为不同导航解下计算得到的保护门限。
图22中HMI表示“危险的错误引导信息（Hazardously Misleading Information）”，MI表示“错误引导信息（Misleading Information）”。
北斗简介
北斗卫星导航系统 - 简介北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞是中国独立发展、自主运行，并与世界其他卫星导航系统兼容互用的全球卫星导航系统。
北斗卫星导航系统既能提供高精度、高可靠的定位、导航和授时服务，还具备短报文通信、差分服务和完好性服务特色，是中国国家安全、经济和社会发展不可或缺的重大空间信息基础设施。
北斗卫星导航系统包括北斗一号和北斗二号两代导航系统。
其中北斗一号用于中国及其周边地区的区域导航系统，北斗二号是类似美国GPS的全球卫星导航系统。
[1]北斗卫星导航系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的中国卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。
[2]三步走按照“质量、安全、应用、效益”的总要求，坚持“自主、开放、兼容、渐进”的发展原则，北斗卫星导航系统按照“三步走”的发展战略稳步推进。
具体如下：第一步，2000年建成北斗卫星导航试验系统，使中国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。
第二步，建设北斗卫星导航系统，2012年左右形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。
第三步，2020年左右，北斗卫星导航系统形成全球覆盖能力。
[3][4]北斗卫星导航系统 - 系统组成北斗卫星导航系统包括北斗一号和北斗二号的2代系统，由空间段，地面段，用户段三部分组成。
空间段空间段包括五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星。
地球静止轨道卫星分别位于东经5 8.75度、80度、110.5度、140度和160度。
非静止轨道卫星由27颗中圆轨道卫星和3颗同步轨道卫星组成。
地面站北斗导航卫星应用战略图地面段包括主控站、卫星导航注入站和监测站等若干个地面站。
主控站主要任务是收集各个监测站段观测数据，进行数据处理，生成卫星导航电文和差分完好性信息，完成任务规划与调度，实现系统运行管理与控制等。
广域差分简介
SBAS 即Space Based Augmentation System,是利用地球静止轨道卫星建立的地区性广域差分增强系统。
目前全球发展的SBAS系统有：欧空局接收卫星导航系统(EGNOS)，欧洲大陆美国雷声公司的广域增强系统(W AAS)，美洲大陆日本的多功能卫星增强系统（MSAS），亚洲大陆三者具有完全兼容的互操作性。
其特点是：1、通过地球静止卫星（GEO）发布包括GPS卫星星历误差改正、卫星钟差改正和电离层改的信息；2、通过GEO卫星发播GPS和GEO卫星完整的数据；3、GEO卫星的导航载荷发射GPS L1测距信号。
SBAS覆盖图WAAS 这个名词、全名为Wide Area Augmentation System，即广域增强系统。
WAAS是美国联邦航空局（FAA）及美国交通部为提升飞行精确度而发展出来的，因为目前单独使用GPS 并无法达到联邦航空局针对精确飞行导航所设定的要求。
WAAS 包含了约25个地面参考站台，位置散布于美国境内，负责监控GPS 卫星的资料。
其中两个分别位于美国东西岸的主站台搜集其它站台传来的资料，并据此计算出GPS 卫星的轨道偏移量、电子钟误差，以及由大气层及电离层所造成的讯息延迟时间，汇整后经由两颗位在赤道上空之同步卫星的其中之一传播出去。
此W AAS 讯号的发送频率与GPS 讯号的频率相同，因此任何具备WAAS 功能的GPS 机台都可接收此讯号，并藉此修正定位信息。
WAAS 可以校正由电离层干扰、时序控制不正确以及卫星轨道错误等因素所造成的GPS 讯号误差，也能提供各卫星是否正常运转之信息。
虽然W AAS 目前尚未正式通过美国航空局的飞行使用认证，但此系统已开放给一般民众使用，例如从事航海或其它休闲活动的人们。
W AAS提供校正GPS讯号的功能，让您得到更精确的定位。
到底能提升多少精确度呢？官方给出的数据是，可以平均提升最多五倍的精确度！目前无W AAS功能的普通GPS接收机的正常精确度是15米，而一台具备W AAS功能的GPS接收机能在95%的情况下提供您误差小于三公尺的精准定位，而且您不必为了使用WAAS功能而支付任何使用费。
GNSS完好性监测及辅助性能增强技术
在最后一章中，作者对本书的内容进行了总结，并讨论了未来可能的发展方 向。作者指出，随着技术的不断发展，GNSS完好性监测和辅助性能增强技术将会 在更多领域得到应用，同时也面临着更多的挑战和机遇。未来需要在理论上继续 深入探索，同时结合实际应用进行实践和创新。
作者简介
这是《GNSS完好性监测及辅助性能增强技术》的读书笔记，暂无该书作者的介绍。
在接下来的章节中，作者们进一步探讨了区域增强级信息完好性监测、惯导 辅助GNSS完好性监测以及差分辅助GNSS完好性监测等主题。这些章节不仅为我们 展示了各种监测技术的实施细节，还通过实例说明了这些技术在不同场景下的应 用。
其中，区域增强级信息完好性监测部分，作者详细地阐述了区域增强系统的 基本原理、系统架构以及信息融合方法。通过这些内容，读者可以了解到区域增 强系统如何通过接收和处理多个GNSS信号，以及如何通过信息融合技术来提高定 位的准确性和完好性。
《GNSS完好性监测及辅助性能增强技术》这本书是一本关于GNSS完好性监测和辅助性能增强技 术的专业书籍，对于从事GNSS相关领域的研究和应用的人员具有一定的参考价值。
精彩摘录
当我们谈论全球导航卫星系统（GNSS）时，我们通常会想到的是它们的精度、 可靠性和可用性。然而，这些系统的完好性和性能增强也是至关重要的。在 《GNSS完好性监测及辅助性能增强技术》这本书中，我们可以找到一些非常有价 值的见解和信息。
GNSS完好性监测及辅助性能增强技 术
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
关键字分析思维导图
技术
定位
增强
性能
介绍
卫星导航差分系统和增强系统(九)
卫星导航差分系统和增强系统(九)刘天雄【期刊名称】《卫星与网络》【年(卷),期】2018(000)010【总页数】4页(P64-67)【作者】刘天雄【作者单位】【正文语种】中文配备双频接收机的测距与完好性监视站（RIMS）测量可见星（仰角大于15°）的电离层延迟数据，获得的电离层延迟再转换为对应电离层穿透点（IPP）的垂直延迟。
所有RIMS站得到的垂直延迟送入主控中心（MCC），用于计算某一网格的4个网格点（IGP）的垂直电离层延迟。
计算电离层延迟改正数的算法有很多，例如，对于第k个IGP，MCC在计算垂直电离层延迟时，首先以第k个IGP为圆心，以R（一般为1000km）为半径画圆，使用处于圆内的电离层延迟采用距离倒数加权法计算该IGP的垂直电离层延迟。
主控站获得这些电离层校正数据经导航注入站注入GEO卫星，由卫星将校正数据播发给服务区内的用户。
SBAS能够测量出对流层的温度、压力和相对湿度等，因为这些量的空间相关距离很短，所以由MCC估算出该延迟发给用户没有太大意义。
SBAS电文不含对流层校正值，延迟补偿模型需要设置在接收机内，一般可以消除90%的对流层延迟。
SBAS通过对各类改正数误差的确定及验证来完成对广域差分改正数完好性的监测，广域差分改正数包括卫星星历改正、卫星钟差改正和电离层网格垂直延迟改正。
卫星星历改正和卫星星钟改正都是与卫星有关的误差改正，这两种改正数相应的误差综合给出，以用户差分距离误差（User Differential Range Error，UDRE）表示。
电离层网格垂直延迟改正相应的误差以GIVE表示。
用户差分距离误差（UDRE）指由经差分修正后的空间信号误差引起的用户误差。
因此它是经星历误差修正和卫星钟差修正后的真实用户级误差。
考虑完好性的概率要求，UDRE可以定义为在系统服务区内，可视卫星星历及钟差改正数误差相应的伪距误差的置信限值。
设置信度为99.9%，则有：计算UDRE应考虑：· 直接计算：UDRE计算应直接基于接收到的轨道及钟差误差影响的伪距观测量，能够使用户得到更加严格的完好性保证，对系统所受到的异常影响会尽快做出反应；· 置信度限制的完好性：UDRE应对系统服务区内的所有位置，以99.9%的置信度给出卫星轨道及钟差改正误差的置信限值；· 告警时间：UDRE要能尽快对异常影响做出反应，且要尽快通过同步卫星广播给用户，处理及播发的总时间不应超过系统规定的6s告警时间；· 定位可用性：UDRE越小，可用性越高。
卫星导航系统的精度提升方案
卫星导航系统的精度提升方案卫星导航系统在现代社会中发挥着至关重要的作用，从日常出行导航到航空航天领域的精准定位，从地质勘探到农业生产的智能化管理，其应用范围广泛且不断拓展。
然而，要满足日益增长的高精度需求，不断提升卫星导航系统的精度是关键。
以下将探讨一些可行的精度提升方案。
一、优化卫星星座布局卫星星座的布局直接影响着导航系统的精度和覆盖范围。
增加卫星数量可以提高定位的几何精度因子（GDOP），从而提升定位精度。
同时，合理分布卫星轨道，包括中地球轨道（MEO）、地球静止轨道（GEO）和倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星，能够在不同地域和时间段提供更稳定和精确的信号覆盖。
此外，通过调整卫星之间的相对位置和间距，可以减少信号遮挡和多径效应的影响。
例如，采用非均匀分布的星座布局，在人口密集和地理复杂的区域增加卫星密度，能够有效提高这些区域的导航精度。
二、提高卫星钟的精度卫星钟是卫星导航系统中的关键部件，其精度直接决定了系统的时间测量精度，进而影响定位精度。
采用更先进的原子钟技术，如氢原子钟、铯原子钟和铷原子钟的组合使用，可以显著提高卫星钟的稳定性和准确性。
同时，通过地面监测站对卫星钟进行实时监测和校准，利用数据处理算法对钟差进行修正和预测，能够有效减少钟差带来的误差。
此外，研发新型的量子钟技术，如冷原子钟和光钟，有望在未来进一步大幅提升卫星钟的精度。
三、增强信号发射功率和抗干扰能力增加卫星信号的发射功率可以提高信号的强度和穿透力，减少在复杂环境下的信号衰减和丢失。
采用更高效的发射天线和功率放大器，能够在不增加卫星能耗的前提下提高信号发射功率。
同时，加强信号的抗干扰能力也是提高精度的重要手段。
通过采用扩频技术、编码技术和加密技术，可以有效抵抗来自外界的电磁干扰、恶意攻击和信号欺骗。
此外，开发自适应的抗干扰算法，能够根据实时的干扰情况自动调整信号参数，确保导航信号的稳定性和可靠性。
四、地面监测站的优化地面监测站负责对卫星进行监测、跟踪和数据采集，其分布和性能对导航精度有着重要影响。
浅析地基增强系统完好性技术
浅析地基增强系统完好性技术地基增强系统GBAS作为民用航空飞机精密进近及着陆引导的新型导航系统，必须尽可能减少误差，滤除不正常卫星数据信息，确保导航信号中不含有错误指示，因此GBAS完好性技术及完好性监测是十分重要的环节。
文章将对地基增强系统的部分完好性技术进行介绍，并针对完好性监测的方法与构架展开研究。
通过各类算法的解析，分析多系统中各误差的监测原理、工作逻辑及处理过程，从而得出系统完好性结论，并针对不同误差和干扰，提出完善建议。
标签：GBAS；地基增强系统；完好性；完好性监测；监测执行引言随着我国民用航空业的迅速发展，持续增长的航空业务量对机场导航设施设备提出了更高的要求。
GBAS 地基增强系统，作为民用航空导航新技术，能有效解决传统导航方式的各类缺陷，实现以GPS 为核心的全天候、高精度、高可靠性的进近、着陆引导。
GBAS 主要用于机场终端区，是提供飞机进近及着陆的卫星差分定位导航系统，其系统组成如图1所示。
图1 GBAS系统组成图GBAS 工作原理：地面站收到卫星数据，发至数据处理中心。
处理中心对收到的卫星信息进行完好性监测，过滤有可能存在的故障及部分误差信息。
过滤后的卫星信息，将用于计算对应的差分修正量，并再次开始完好性监测。
监测完毕后，利用VHF网络将差分修正量及完好性信息发送至飞机，为系统覆盖区内的飞机提供导航服务。
GBAS 作为精密进近、着陆引导的导航设备，应尽可能减少卫星差分信息的误差，过滤故障及不正常卫星数据，确保广播至飞机用户的数据中不含有错误信息。
因此，系统完好性技术及完好性监测是GBAS 系统中的重要环节，下文将进行详细分析。
1 建立多系统GBAS 风险模型GBAS 的误差及干扰包括机载、地面和卫星部分。
主要有时钟误差、星历误差、信号畸变误差、多径效应误差、差分数据误差等。
完好性监测算法应针对各误差的完好性影响及概率分布，来分别处理。
因此，正确分析卫星导航局域增强系统的完好性风险模型，是提高完好性监测算法有效性的基础，包括如下两个方面的内容：1.1 建立系统数据处理误差模型系统误差模型的建立是一个复杂的过程，必须考虑每个观测量的误差分布的等级，同时还必须考虑每个数据处理模块的误差分布和等级。
卫星导航GPS差分技术(RTK、PPP、GBAS等)
• GBAS的国际标准正在逐渐成熟，地面站的发展也接近完善， 目前已可实现精密二类进场着陆的能力。GBAS的典型应用为 美国的LAAS系统。
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差分GPS技术(RTK/PPP/GBAS等）
4.星基增强系统——SBAS
• 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。
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差分GPS技术(RTK/PPP/GBAS等）
4.星基增强系统——SBAS
• 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。
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差分GPS技术(RTK/PPP/GBAS等）
6.陆基区域增强系统——GRAS
• 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
的系统误差影响，包括：卫星钟差、接收机钟差，卫星轨道误差、以
及电离层和对流层的延迟误差等的影响。
• 当流动站与参考站间距离较近时，如以参考站为中心15km范围内，上
基于RTCA标准的WAAS和EGNOS广播星历差分完好性服务性能研究
基于RTCA标准的WAAS和EGNOS广播星历差分完好性服务性能研究孟鑫;曹月玲;楼立志;毛鹏宇【摘要】为了提高GPS卫星导航系统服务性能,很多国家和地区建立了独立的星基增强系统(SBAS),通过提供广播星历差分与完好性增强信息,满足高精度高完好性用户使用需求.本文介绍了美国 WAAS和欧洲EGNOS等星基增强系统的广播星历差分完好性信息电文编码格式,并对实际星基增强系统的广播星历差分与完好性电文进行解析.由于不同的星基增强系统采用的信息处理模式不同,针对 WAAS 和EGNOS 两个不同地区建立的星基增强系统,对广播星历差分慢变改正/快变改正的变化特征进行了比较分析.研究了星基增强系统广播星历差分完好性信息用户使用算法,基于国际 GNSS 服务组织(IGS)提供的 GPS 实测数据,对 WAAS系统和EGNOS系统的广播星历差分服务精度和完好性性能进行了对比分析.结果表明,WAAS系统的伪距单点定位精度约为1.2 m,EGNOS 系统的伪距单点定位精度约为1.8 m,与GPS基本导航服务相比,伪距单点定位精度可提高约22%和16%.两个星基增强系统利用完好性电文计算的完好性保护限值大致相当,均在16 m 以内,能够对定位误差进行包络.【期刊名称】《全球定位系统》【年(卷),期】2017(042)005【总页数】9页(P1-9)【关键词】WAAS;EGNOS;差分;完好性【作者】孟鑫;曹月玲;楼立志;毛鹏宇【作者单位】同济大学测绘与地理信息学院,上海200092;中国科学院上海天文台,上海200030;中国科学院上海天文台,上海200030;同济大学测绘与地理信息学院,上海200092;同济大学测绘与地理信息学院,上海200092【正文语种】中文【中图分类】P228.4随着民用航空对GNSS卫星导航系统应用要求的不断提升,很多国家和地区建立了星基增强系统(SBAS),它们独立于GNSS运控系统,由不同机构运营和维持。
北斗GNSS区域地基增强服务系统建立方法与实践
2、轨道误差修正：由于卫星和地球的几何位置不完全确定，卫星的轨道存在 误差。为了修正轨道误差，可以使用卫星星历和卫星钟差模型进行计算。
3、电离层延迟修正：由于大气层中的电离层对电磁波的传播有一定的影响， 使得接收到的信号时间产生延迟。为了修正电离层延迟，可以使用电离层模型 和双频观测值进行计算。
一、北斗GNSS区域地基增强服务 系统建立的背景及意义
北斗卫星导航系统具有广泛的应用前景，尤其在智能交通、航空航天、地理信 息等领域。然而，由于受到多种因素的影响，包括卫星信号遮挡、多路径效应 等，导致定位精度和可靠性受到限制。区域地基增强服务系统的建立，可以通 过差分技术、滤波技术等手段，对卫星信号进行处理，提高定位精度和可靠性， 进而拓展北斗卫星导航系统的应用范围。
四、北斗GNSS区域地基增强服务 系统建立的注意事项
在建立北斗GNSS区域地基增强服务系统的过程中，需要注意以下几点：
1、安全问题：站点的选择和设备的安装需要考虑安全性，尽量避免雷击、电 磁干扰等因素的影响。
2、数据处理能力：需要具备强大的数据处理和分析能力，能够对大量的数据 进行快速处理和评估。
二、北斗GNSS区域地基增强服务 系统建立的方法及步骤
1、建立站点网络
首先，需要选择合适的站点，构建区域地基增强服务系统的网络。站点的选择 需要考虑覆盖范围、地质条件、交通状况等因素。在选址过程中，需要遵循均 匀分布、涵盖重点区域的原则，确保差分信号覆盖到尽可能大的范围。
2、安装及调试设备
设备包括接收机、服务器、数据传输设备等。在安装过程中，需要严格遵守设 备使用说明，确保设备正常工作。调试设备时，需要对设备的各项参数进行精 细化调整，确保数据传输稳定、计算精度高等。
3、系统稳定性：系统需要具备高度的稳定性，能够在各种恶劣环境下持续稳 定地工作。
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Realization of Wide Area Differential Augmentation System and Integrity MonitoringBy the Regional Satellite Navigation SystemC ao Yueling1,Zhou Shanshi1,Hu Xiaogong1,Wu Bin11.Shanghai Astronomical Observatory,Chinese Academy of Sciences,Shanghai,2000301.caoyueling@Abstract:Though many basic corrections have been considered,like Antenna phase center error,broadcast ephemeris clock error,atmospheric correction,relativistic correction, tidal correction,the pseudorange observation for Real-time positioning users is still affected by residual errors like satellite and receiver clock error,broadcast ephemeris error, multi-path effect etc.Especially for single frequency receiving users,the effect of Ionospheric delay is even larger.Augmentation Service of Wide Area Differential System for Regional Satellite Navigation System offers the capabilities of main part residual errors simulating which will perform the calculation of Grid Ionospheric delay and equivalent satellite clock error,and increase the positioning precision of the system users.Also the system provide the precision level of these differential corrections,offering integrity information and warning when the system is unavailable or precision level is decreasing.The service is similar to WASS system for GPS,The differences of the two systems is that the former system wouldn't separate the orbital errors and satellite clock errors,it would offer the satellite related errors together in the form of equivalent satellite clock error.This Algorithm is convenient to achieve and reduce the burden of data processing.In this paper,the algorithms of Wide Area Differential Augmentation System and Integrity for Regional Satellite Navigation System were discussed in detail,the differential corrections and integrity information were calculated according to the present constellation and station distribution,the results was analyzed.Keywords:Satellite Clock Error,Grid Ionosperic Delay,UDRE,RURA,GIVE区域卫星导航系统的广域差分增强服务及完好性曹月玲1，周善石1，胡小工1，吴斌11.中国科学院上海天文台，上海，2000301.caoyueling@【摘要】实时定位用户伪距观测数据在进行天线相位中心改正、广播星历钟差改正、大气改正、相对论改正、潮汐改正等公共误差改正基础上，仍受剩余误差的影响，如卫星钟差、接收机钟差、广播星历误差、多路径影响误差等，尤其对单频接收机用户，受电离层延迟误差影响严重。
区域卫星导航系统的广域差分增强服务，对这些剩余误差的主要部分进行模拟，提供电离层延迟格网改正数和卫星等效钟差改正数，以提高系统用户的实时定位精度。
同时监测差分改正精度，提供完好性信息，当系统不可用或精度降低时，能够及时向用户告警。
该广域差分增强服务与GPS的WAAS系统类似，区别是不对轨道误差和卫星钟差进行分离，而将与卫星相关的误差统一给出，用卫星等效钟差改正表示。
其算法简便易行，大大减小数据处理负担。
本文首先对区域卫星导航系统广域差分改正及完好性信息的算法进行了详细的论述，计算了差分改正值及完好性信息，并依据目前的星座组成及有限的区域监测站分布，对计算结果所能实现的精度进行了定量分析。
【关键词】卫星等效钟差，格网电离层延迟，UDRE,RURA,GIVE一、引言区域卫星导航系统建设对我国国防及国民经济发展具有重要意义。
为了提高区域卫星导航系统的服务能力及国际竞争力，需要增强系统的精度、完好性和可用性等方面的性能。
区域卫星导航系统采用广域差分增强技术以提高系统定位精度，同时监测各种误差改正精度实现系统完好性监测，提高报警能力。
我国区域卫星导航系统的广域差分增强系统与GPS的WAAS系统相似，其基本思想是：对区域卫星导航卫星三个频率的伪距观测量的误差源加以区分，并对每一误差源进行“模型化”，然后计算各误差的差分改正值。
系统包括三个方面的误差源分析：卫星星历误差、卫星钟误差和电离层延迟。
主控站将处理得到的广域差分改正信息通过地面站传输到地球同步卫星，再由同步卫星传输给用户。
同步卫星实时传输能力强，覆盖区域大，在传输差分改正信息的同时，还作为卫星测距源发播三个频率的载波信号，使得用户的定位精度和可靠性都高于广域差分系统，因此称其为广域差分增强系统。
我国区域卫星导航系统的广域差分增强系统具有自身的特点，将与卫星有关的误差合并为一项，称为卫星等效钟差。
对于电离层延迟采用的是格网改正法，计算电离层格网点垂直延迟。
因此区域卫星导航广域差分增强系统提供两类差分改正信息：卫星等效钟差和格网电离层延迟。
区域卫星导航系统在提供差分改正信息的同时，还需监测这些改正信息的精度，为用户提供完好性信息。
其中，卫星星历改正和卫星钟差改正的误差综合给出，以UDRE（用户差分伪距误差）和RURA（区域用户距离精度）表示，电离层格网点垂直延迟改正的误差用GIVE表示。
通过对UDRE、RURA和GIVE的确定和验证，实现对区域卫星导航广域差分增强系统完好性的监测。
二、区域卫星导航广域差分增强系统区域卫星导航广域差分增强系统提供卫星等效钟差和格网电离层延迟两类改正信息，对这两类改正信息的计算原理进行阐述，并对计算结果进行分析。
2.1卫星等效钟差2.1.1等效钟差计算原理原始伪距观测量为测站天线相位中心至卫星天线相位中心的观测量，且信号还会受到传播路径上的大气层、电离层等影响。
对原始伪距观测量的改正项包括：电离层改正、对流层改正、相对论周期项改正、固体潮改正、板块运动引起的测站位移改正、测站偏心改正、卫星天线相位中心改正、卫星天线DCB和接收机硬件延迟（TGD）。
原始伪距观测量经过上述各项误差改正后得到伪距改正值。
根据广播星历及观测时刻，可以解算卫星位置，在测站坐标已知的情况下，可得测站与卫星间理论距离。
利用区域卫星导航系统全部参考站的伪距观测值，分别计算I/Q支路三个频点的卫星等效钟差，其算法为：对同一支路同一频点的伪距，计算伪距改正值与理论距离之差，再扣除通过广播星历计算的卫星钟差，即得等效钟差观测量。
该观测量为星历误差、卫星钟差误差、接收机钟差和多路径影响等各残余误差的总和。
针对每个观测历元，计算所有卫星的等效钟差改正数和除基准站外所有测站的接收机钟差改正数。
对等效钟差观测量列观测方程为：j ji ipcorobs v t t+=∆−∆（1）其中，i为测站，j为卫星，j ipcorobs为等效钟差观测量，v为残差，i t∆和j t∆分别为待估参数：接收机钟差、卫星等效钟差。
在观测方程（1）中只有两类参数，接收机钟差it∆和卫星等效钟差j t∆，是线性模型。
解算时，选择主控站接收机钟差为基准，不解主控站钟差，即其钟差为0。
因此，在等效钟差解算中，需要正确扣除主控站接收机各频点的硬件延迟，否则会使等效钟差结果含有偏差。
另外，系统只能计算卫星天线三个频点间的相对DCB，不能求各个频点的绝对DCB，现以第三频点DCB为基准，设其为0，因此卫星等效钟差观测量中包括第三频点卫星天线DCB的绝对值。
最后生成全部卫星的I/Q支路、三个频点的等效钟差，几秒钟更新一次等效钟差信息，将一个更新周期内的有效结果取平均值，由主控站传输到GEO 卫星。
2.1.2区域卫星导航系统等效钟差计算结果利用2011年1月14日一天的伪距观测数据，计算各卫星三频点的等效钟差结果为：图1卫星各频点等效钟差红绿蓝三条曲线分别代表B1、B2、B3频点的解算结果，在GEO3和GEO4等效钟差结果中，三条曲线发生分离，是因为该颗卫星三个频点间的频间偏差没有完全消除，并被等效钟差吸收了。
等效钟差中包括广播星历误差和卫星钟差误差，在结果中明显可以看到的高频波动，经分析为伪距数据中的波动噪声所引起。
这说明等效钟差的结果受伪距精度影响严重，要提高等效钟差的解算精度，需要解决伪距中的波动噪声，才能保证等效钟差的解算精度。
2.2格网电离层延迟电离层延迟是影响用户定位精度的主要因素之一。