GPS广域增强系统_WAAS_建模及数字仿真

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）。

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）”。

民航GLS进近运行技术研究赵磊;肖欢畅【摘要】全球民航实施基于性能的导航(PBN)已进入实际运行阶段,主要采用基于气压高度垂直引导(Baro-VNAV)或SBAS的RNP APCH程序,而在多跑道机场和高高原特殊机场推广导航性能更高的卫星着陆系统(GLS),是本阶段实施PBN的目标之一.GLS可实现卫星的高精度水平和垂直引导,甚至能配合自动驾驶系统实现3类精密进近,引导航空器实施曲线进近和多跑道着陆,提高着陆的安全性和效益.本文从GLS系统的基本组成和导航原理出发,比较GLS与ILS之间的差异,研究GLS在民航运行中应用,分析GLS的发展前景.【期刊名称】《数字技术与应用》【年(卷),期】2017(000)008【总页数】2页(P52-53)【关键词】民航;GLS;进近;运行【作者】赵磊;肖欢畅【作者单位】中国民用航空飞行学院绵阳分院,四川绵阳621000;中国民用航空飞行学院飞行技术学院,四川德阳618307【正文语种】中文【中图分类】V3552016年年底,全球多数国家已按时完成了民航运行方式的转变,将基于传感器的导航转变为基于性能的导航。

在欧洲和美国,由于建设了基于GPS的星基增强系统(SBAS),包括欧洲静地导航重叠服务(EGNOS)和WAAS(广域增强系统),在进近中主要采用基于SBAS的RNP APCH程序[1]。

而在我国由于正在建设北斗导航卫星系统,该系统包含SBAS功能,因此暂时在进近中采用基于Baro-VNAV的RNP APCH 程序[2],在高原机场进近中采用RNP AR APCH程序。

其中,SBAS由于采用了广域差分技术,导航的精度和完好性等性能很高,可执行等级较高的APV-II类进近程序。

RNP APCH属于类精密进近,在导航性能、着陆最低标准等方面不及传统的ILS精密进近,因此在我国,还大量存在RNAV进场或RNP进场后接传统的ILS进近程序这样的程序。

但是,ILS系统易受到运行环境的影响,并且设备成本也较为昂贵。

知识拓展：增加GPS定位精度的方法在一些对定位要求很高的应用领域，如航空、航海等，仅仅依靠太空的导航卫星是很难实现的，由于单一的星座不足以担此重任，必须建立增强系统。

①地面的辅助导航系统。

在地面建立类似于GPS星座的导航网。

目前已经有很多国家建立起利用导航卫星技术和设备的广域地面增强系统，其中以美国的WAAS(广域信号增强系统)为代表。

美国的WAAS系统在2003年下半年开始运营，有25座地面信号发送站建立在美国、加拿大和墨西哥地区，构成一个类似于GPS星座的系统，地面数据可以通过地面信号发送站转发给飞机，与GPS系统一起进行导航工作。

这大大地提高目前的导航精度，能使GPS三维定位精度提高到3至7米左右，经进一步改进后甚至能达到l米精度。

②空间导航系统间的协作。

随着几个航天大国之间的导航卫星系统的合作和结合，将大大提高了定位和导航的信息精度。

欧洲正在兴建的星球导航定位系统——Galileo(伽利略)，它将与GPS配合起来，也可以大大提高导航卫星的可用性。

③差分定位GPS (DGPS)。

差分定位是一种可以改善GPS定位精度的技术。

随着GPS应用领域的进一步开拓，人们越来越重视利用差分GPS技术来改善定位性能，提高定位精度了。

位置差分原理：一种最简单的差分方法，任何一种GPS接收机均可改装和组成这种差分系统。

安装在地面辅助发送站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。

由于存在着轨道误差、时钟误差、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的，存在误差，再通过一定计算得到修正值。

基准站将此改正数发送出去，由用户站接收，并对其解算的用户站坐标进行改正。

最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和用户站的共同误差，提高了定位精度。

以上的先决条件是：基准站和用户站观测同一组卫星的情况，用户与基准站间距离在100千米以内的情况。

伪距差分原理：伪距差分是目前用途最广的一种技术。

什么叫做WAAS,EGNOS,MSASWAAS 这个名词、全名为Wide Area Augmentation System，即广域增强系统。

WAA S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WAAS 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WAAS 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。

WAAS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WAAS功能的普通GPS接收机的正常精确度是15米，而一台具备WAAS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。

美国的WAAS这么强，欧洲人也没有闲着，欧洲正在一步步的部署计划中的“欧洲全球导航卫星系统”即GNSS。

提到GNSS，就涉及到两个方面：一是美国的GPS体系；另一个就是俄罗斯的GLONASS体系。

导航卫星系统除美国的GPS卫星系统外，能与其比拟的就是俄罗斯的GLObal NAvigation Satellite System(全球导航卫星系统)，即GLONASS卫星系统，也是24颗卫星组成的系统，由于经费困难，缺乏维护和补充，目前可能有19颗可用，但随着俄罗斯经济的复苏和军事上的需要，将会得到完善和健全。

WAAS 广域增强系统时间：2009-04-18 08:21:06 来源：作者：WAAS 是为民用飞行开发的极精确的导航系统。

在WAAS以前，美国的国家飞行系统（NAS）并没有足够的能力为所有区域的所有用户提供水平与垂直导航，有了WAAS后就有了给所有用户提供导航的能力。

WAAS为各种类型的飞行器各飞行阶段提供服务，确保飞行过程、升空、着陆时的安全WAAS 不像传统的地面导航辅助系统，它包含了所有的国家飞行系统（NAS），WAAS 给GPS接收机提供增强信息，提高接收机的定位精度。

WAAS 系统主要由四部分组成：地面广域参考基站，WAAS主控站，WAAS上传站和地球同步卫星等，其工作可以分为四个过程：一、基站接收GPS信号在美国境内，广泛地分布着广域参考基站（Wide Area Reference Station(WRS)），每个基站都已知其准确的地理位置，通过接收GPS信号，探测出GPS信号中的误差。

二、基站向主控站传输GPS误差数据广域参考基站（WRS）收集的GPS信息，通过地面的通讯网络传输到WAAS主控站（WMS），主控站生成WAAS 增强信息，这些信息包含了GPS接收机中消除GPS信号误差的信息，使GPS接收机大大改善了定位精度和可靠性。

三、WAAS增强信息上传增强信息由WASS主控站（WMS）传输到WAAS上传站，上传站调制成导航数据，并上传到地球同步通讯卫星。

四、增强信息的传播地球同步通讯卫星以GPS信号频率向地面广播有增强信息的导航数据，地面接收机接收WASS增强信号，得到GPS误差数据补偿定位，得到更加精确的定位。

WAAS也能给GPS接收机提供GPS系统误差或其他不良影响的信息，其也有严格的安全标准，当存在危险的误导信息时，WAAS能在六秒内发布给用户。

现代电子导航信息系统习题集现代电子导航信息系统习题集1.目前世界上主要的全球卫星导航系统和区域性卫星导航系统分别有哪些？GNSS:GPS,GLONASS,Galileo，北斗系统。

RNSS:DORIS,IRNSS,QZSS,北斗双星系统2.GPS 卫星导航系统的注入站、跟踪站和监控站各自的功能是什么？注入站：在主控站的控制下，在卫星通过其上空时，将该卫星的导航电文利用S 波段载波注入给该卫星跟踪站：将伪距，多普勒积分值，气象信息，卫星时钟及海军水面兵器中心发来的参考星历等数据送给主控站监控站：用以对GPS星座的所有卫星进行实时跟踪测量的设施，所有收集到的数据送给主控站3.GPS 卫星发射的信号是由哪三部分组成的？载波，测距码，导航电文4.GPS 信号各自采用哪两种频率的载波和伪随机码？载波L1:1575.42MHz，载波L2:1227.60MHzC/A码：1.023MHz，P码：10.23MHz5.简述 C/A 码和 P 码的特点。

C/A码是一种低速，短周期的伪随机码，码长较短，易于捕获，测距精度较低，也称粗码。

P码是一种快速，长周期的伪随机码，由两个码长为互素的字码复合而成。

测距精度高，也称精码。

6.简述 GPS 导航电文(D 码)的基本结构。

导航电文是二进制编码的文件，一个完整的导航电文有25帧，共37500bit，需12.5min才能播放完，每帧导航电文共1500bit，占30s。

每帧导航电文被均分成5个子帧，各占6s，第4和第5子帧包含所有卫星星历，各包含25页，每个子帧又可以分成10个字，每个字0.6s。

7.GPS 卫星导航系统的误差主要来自哪几个方面？1.用户距离误差包括卫星误差，信号传播误差及接收机噪声，2.几何误差，3.速度测量误差，4.海图标绘误差8.GPS 接收机定位误差的大小与什么有关？1.接收机通道间偏差：多通道接收机包含多个并行的通道，每个通道都能独立连续跟踪一颗或以上的卫星，多通道接收机因各通道硬件路径不同会产生通道偏差。

GPS 论述题与公式推导题1、论述基本观测量，双频消电离层观测量，电离层残差观测量，宽巷观测量，窄巷观测量，相位平滑伪距观测量的观测方程，应用场合？基本观测量包括：码伪距观测量、载波相位观测量和积分多普勒观测量双频消电离层观测量： 当考虑电离层影响时，观测方程为：111111222222I N I N ρφ=--+ελλρφ=--+ελλ 式中：以距离为单位的电离层影响为：i 2i 22i 40.3TEC I 40.3()TEC f cλ=-=- 式中：TEC —信号传播路径上的电子总数 λ—载波波长 c —光速双频相位观测量的线性组合定义为：φL=αφ1+βφ2当β=12λλ-时，电离层的影响消失，进一步取12122λλλα-=，则222121f f f f --=β，由此可得， 消电离层观测量：2112L 12IF 222211212f f f N N f f f f ⎛⎫ρϕ=--+ε ⎪λ--⎝⎭当β=12λλ-时，基线未知量消失，因此，若取α=1，则β=12λλ-，由此可得， 电离层残差观测量的观测方程：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅--⋅-=22112121223.40N f f N C TEC I λλλφ 当α=1、β=-1时，可得宽巷观测量21φφφ-=w ，其相应的：宽巷模糊度21N N N w -=，频率21f f f w -=，宽巷波长cm w 2.86=λ当α=1、β=1时，可得窄巷观测量21φφφ+=w ，其相应的：窄巷模糊度21N N N n+=，频率21f f f n +=，窄巷波长cm n 7.10=λ 相位平滑伪距利用码伪距和相位的加权平均得到，观测方程为：P(应用场合：消电离层观测量常用于长基线的解算，电离层残差观测量常用于周跳检测，宽巷和窄巷常用于模糊度分解，相位平滑算法在周跳出现时，可以消弱周跳的影响，但前提条件是周跳出现的位置（时刻）须被正确检测。

2、要达到109ppm 的基线精度，应考虑哪些因数？为什么？应考虑各类误差影响源。

星站差分技术在物探测量中的应用张亚东;白薇【摘要】星站差分技术与传统的RT K测量技术相比，不仅具有精度高、速度快的定位特点，而且摆脱了基准站的束缚，不受数据链的影响，单机作业范围更广。

本文通过介绍南方S760型高精度手持GIS数据采集系统在物探测量中的应用，分析了该系统的优越性，以期为业内提供参考。

%Satellite difference technology compared with conventional RTK measurement techniques ,not only has high precision and fast speed ,but can get rid of the shackles of the base station .It is not affected by the data chain ,and has a wider range of stand‐alone opera‐tion .T his paper describes the application of gefophysical survey S760 ,analyzes the advan ta‐ges of the system ,and provides a reference for the industry .【期刊名称】《全球定位系统》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】3页(P76-78)【关键词】星站差分;GPS;物探测量【作者】张亚东;白薇【作者单位】中国冶金地质总局地球物理勘查院，河北保定 071051;中国冶金地质总局地球物理勘查院，河北保定 071051【正文语种】中文【中图分类】P228.4目前，GPS技术在地质勘探领域的应用，主要工作方式为传统的RTK作业模式，即基准站＋移动站＋无线电接收和发射装置（一般为电台），这种作业模式，就要求基准站和移动站之间始终保持数据通讯，一旦失去联系，就很难达到定位精度的要求。