GNSS星基增强系统综述
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GNSS技术及其发展趋势GNSS技术是一种全球导航卫星系统,通过在地球轨道上部署多颗卫星,使用户能够在全球范围内定位和导航。
GNSS系统主要包括美国的GPS 系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧洲的伽利略系统、中国的北斗系统等。
这些系统提供了高精度的定位和导航服务,广泛应用于航空航天、交通运输、地质勘探、农业等领域。
GNSS技术的发展可以追溯到上世纪70年代,当时美国推出了全球定位系统(GPS),成为第一个建立完全功能的GNSS系统。
随着技术的不断进步,GNSS系统逐渐普及并开始在各个领域发挥重要作用。
近年来,GNSS技术持续发展,主要表现在以下几个方面:1.高精度定位:随着技术的进步,GNSS系统的定位精度不断提高,目前可以实现厘米级的高精度定位。
这种高精度的定位服务在精准农业、测绘测量等领域有着广泛的应用。
2.多系统融合:为了提高定位的可靠性和准确性,现在通常采用多系统融合的方法,将多个GNSS系统的信号进行融合处理,从而提高定位的稳定性和精度。
3.室内定位:传统的GNSS系统在室内环境下信号弱,难以实现精确定位。
为了解决这个问题,研究者们提出了室内定位技术,包括基于Wi-Fi、蓝牙、惯性导航等技术。
4.GNSS增强技术:为了进一步提高GNSS系统的性能,研究者们提出了一系列的增强技术,包括差分GPS、实时运动学等技术,可以提高定位的精度和鲁棒性。
5.GNSS在智能交通中的应用:智能交通正成为未来城市发展的重要方向,GNSS技术在智能交通系统中有着广泛的应用,包括车辆导航、车辆监控、道路管理等方面。
未来,随着技术的不断进步和应用领域的不断扩展,GNSS技术将会继续发展。
未来GNSS技术的发展趋势可能包括以下几个方面:1.多系统融合:随着全球导航卫星系统的不断发展,多系统融合将成为未来的发展趋势。
不同系统之间的互补性和融合将提高定位的可靠性和精度。
2.室内定位技术的发展:随着室内定位需求的增加,室内定位技术将会成为未来GNSS技术的重要方向。
GNSS是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System)的缩写,是一种利用卫星进行定位、导航和时间同步的技术系统。
主要的GNSS系统包括以下几个:
1. GPS(全球定位系统):美国建立的第一代GNSS系统,由一组运行在轨道上的卫星组成。
利用GPS接收器接收卫星发射的信号,并通过计算信号传播时间差来进行定位。
2. GLONASS(格洛纳斯):俄罗斯建立的GNSS系统,类似于GPS。
它由一组运行在轨道上的卫星组成,也可用于定位和导航。
3. Galileo(伽利略):欧洲空间局(ESA)和欧盟共同建立的GNSS系统。
它是第一个完全由民用组织运营的GNSS系统,并将提供更为精确的定位和导航服务。
4. BDS(北斗导航卫星系统):中国建立的GNSS系统,类似于GPS和GLONASS。
它旨在提供全球覆盖的定位、导航和时序服务,并在民用和军事领域有广泛的应用。
GNSS系统的工作原理是将多个卫星分布在地球轨道上,通过接收全球各地的卫星信号,利用三角定位原理计算接收器所在的位置。
接收器通过测量接收到信号的时间差,并将其与卫星的位置信息进行比较,确定自己的位置。
通过同时接收多个卫星信号,可以更准确地确定位置,并提供导航和定位服务。
GNSS技术在各个领域有广泛的应用,包括车辆导航、船舶和航空导航、移动设备定位、精密农业、应急救援等。
它不仅提供准确的位置信息,还可以对时间进行同步,为社会和经济活动带来便利和效益。
——定义、系统组成、性能指标一、GNSS定义二、GNSS系统组成三、GNSS性能指标卫星导航定位系统是以人造地球卫星作为导航台的星基无线电导航系统,为全球陆、海、空、天的各类军民载体提供全天候的、高精度的位置、速度和时间信息。
也称为天基定位、导航和授时(PNT)系统。
全球导航卫星系统简称是GNSS(Global Navigation Satellite System )。
GNSS是泛指所有的卫星导航系统,包括(1)全球的。
如美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统.(2)区域的。
日本的准天顶卫星系统(QZSS),印度区域导航卫星系统(IRNSS)。
(3)相关的增强系统。
如美国的WAAS(广域增强系统)、欧洲的EGNOS(欧洲静地导航重叠系统)和日本的MSAS(多功能运输卫星增强系统)等。
GPS 31颗在轨工作全球可用GLONASS 28颗在轨运行,其中5颗处于测试或维修状态全球可用GALILEO 计划30颗,发射10颗试验阶段BeiDou/COMPASS 计划35颗,已发射22颗区域可用。
以上数据截止2016年4月22日卫星导航系统主要由三部分组成:◦空间段:在空中绕地球飞行的人造卫星群◦地面测控段:主控站、监控站、注入站等◦用户段:用户导航终端,导航接收机等GNSS系统组成维持非常精密的时间基准,通常载有多个原子钟;知道自己的正确轨道和位置,以提供导航的空间基准; 连续不断地在多个频段上向用户发射信号;接收并存储由地面监控部分发来的导航信息; 接收并执行从地面监控部分发射的控制指令; 可以通过推进器调整自身的运行姿态;卫星之间可能会有星间链路。
核心功能辅助功能❝卫星轨道:MEO、GEO、IGSO❝卫星组成:无线电收发装置、原子钟、计算机、太阳能板、推进系统。
❝卫星的区分:CDMA、FDMA等。
GPS、Galileo、BDS采用CDMA;GLONASS采用FDMA。
GNSS地基增强系统研究及应用综述慕阳【摘要】The-Ground-Based-Augmentation-System-(GBAS)-is-called-the-Local-Area-Augmentation-System-(LAAS)-by-FAA.-The-LAAS-ground-facility-(LGF)-performs-the-pseudo-range-carrier-smoothing-and-the-integrity-monitoring.-It-produces-the-pseudo-range-correction-and-broadcasts-the-differential-message.-The-airborne-system-users-can-receive-GBAS-signals-to-perform-pseudo-range-differential-position-and-approach-guidance.-This-article-focuses-mainly-on-the-components-of-GBAS,-its-working-principles,-the-technological-research-survey-and-application-prospect.-The-application-of-GBAS-in-the-area-of-civil-aviation-will-achieve-considerable-direct-or-indirect-economic-and-social-benefits.%地基增强系统地面站进行载波平滑伪距,进行完好性监测,产生伪距校正信息,并广播差分信息报文,机载用户接收GBAS信号进行伪距差分定位,完成进近引导。
本文主要介绍了GBAS系统的系统组成、工作原理、技术研究概况及应用前景,GBAS系统在民航领域的应用,将取得非常可观的直接、间接经济效益和社会效能。
——定义、系统组成、性能指标一、GNSS定义二、GNSS系统组成三、GNSS性能指标卫星导航定位系统是以人造地球卫星作为导航台的星基无线电导航系统,为全球陆、海、空、天的各类军民载体提供全天候的、高精度的位置、速度和时间信息。
也称为天基定位、导航和授时(PNT)系统。
全球导航卫星系统简称是GNSS(Global Navigation Satellite System )。
GNSS是泛指所有的卫星导航系统,包括(1)全球的。
如美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统.(2)区域的。
日本的准天顶卫星系统(QZSS),印度区域导航卫星系统(IRNSS)。
(3)相关的增强系统。
如美国的WAAS(广域增强系统)、欧洲的EGNOS(欧洲静地导航重叠系统)和日本的MSAS(多功能运输卫星增强系统)等。
GPS 31颗在轨工作全球可用GLONASS 28颗在轨运行,其中5颗处于测试或维修状态全球可用GALILEO 计划30颗,发射10颗试验阶段BeiDou/COMPASS 计划35颗,已发射22颗区域可用。
以上数据截止2016年4月22日卫星导航系统主要由三部分组成:◦空间段:在空中绕地球飞行的人造卫星群◦地面测控段:主控站、监控站、注入站等◦用户段:用户导航终端,导航接收机等GNSS系统组成维持非常精密的时间基准,通常载有多个原子钟;知道自己的正确轨道和位置,以提供导航的空间基准; 连续不断地在多个频段上向用户发射信号;接收并存储由地面监控部分发来的导航信息; 接收并执行从地面监控部分发射的控制指令; 可以通过推进器调整自身的运行姿态;卫星之间可能会有星间链路。
核心功能辅助功能❝卫星轨道:MEO、GEO、IGSO❝卫星组成:无线电收发装置、原子钟、计算机、太阳能板、推进系统。
❝卫星的区分:CDMA、FDMA等。
GPS、Galileo、BDS采用CDMA;GLONASS采用FDMA。
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。
GNSS概述范文全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)是由地球上的一系列卫星、接收器以及地面设施组成的系统,旨在提供全球范围内的导航和定位服务。
GNSS系统的基本原理是通过计算接收器和卫星之间的时间和距离来确定接收器的位置。
目前使用最广泛的GNSS系统是美国的GPS(全球定位系统),其他常用的系统还包括俄罗斯的GLONASS(全球导航卫星系统)、欧洲的Galileo(伽利略导航系统)以及中国的北斗导航系统。
GNSS系统由一系列卫星组成,这些卫星分布在地心轨道上,通过定时发送信号来与接收器进行通信。
每个卫星都携带有高精度的原子钟,用于确保时间的准确性。
接收器通过接收卫星发出的信号,并计算出信号发送和接收之间的时间差,从而确定接收器与卫星之间的距离。
这些距离信息被同时与卫星的位置信息进行计算和处理,从而确定接收器的精确位置。
GNSS系统广泛应用于航海、航空、军事和民用领域。
在航海和航空领域,GNSS系统可以提供准确的船舶和飞机位置信息,以便导航和飞行控制。
在军事领域,GNSS系统被用于战术导航、目标定位和武器制导等任务。
在民用领域,GNSS系统被广泛应用于汽车导航、智能手机定位、地图绘制和位置服务等。
GNSS系统提供的精度取决于接收器的类型和使用环境。
由于信号在通过大气层时会受到干扰和多路径效应的影响,而且在城市和密集建筑物附近使用时,会出现信号的遮挡和反射,导致定位误差增加。
为了提高GNSS系统的精度和可靠性,一些增强技术被应用于系统中。
差分GNSS(Differential GNSS)是一种常用的增强技术,通过在一个已知位置上设置基准站,将该位置上的接收器测量的伪距误差修正应用于其他接收器,从而提高定位精度。
另一种增强技术是RTK(Real-Time Kinematic),它可以在接收器和基准站之间实时传输载波相位数据,从而实现更高精度的定位。
国际星基增强系统综述邵搏;耿永超;丁群;吴显兵【摘要】由于单频技术体制的制约,现有星基增强系统均为到达一类精密进近性能指标的要求.为了满足航空用户对星基增强系统在精度、完好性、连续性和可用性上的要求,目前全球的星基增强系统都在开展由单频单系统向双频多系统的过渡,并成立了相应的工作组来制定双频多系统星基增强系统的定义文档和空间信号接口文档.同时,各星基增强系统也在着手准备地面系统的升级工作,计划在2020年前后提供初步的双频星基增强服务.我国为了推进北斗星基增强系统的国际化进程,已经启动了频率国际协调工作和国际化标准制定工作.【期刊名称】《现代导航》【年(卷),期】2017(008)003【总页数】5页(P157-161)【关键词】SBAS;WAAS;EGNOS;MSAS;GAGAN;SDCM;KASS;BDSBAS【作者】邵搏;耿永超;丁群;吴显兵【作者单位】中国电子科技集团公司第二十研究所,西安 710068;中国电子科技集团公司第二十研究所,西安 710068;中国电子科技集团公司第二十研究所,西安710068;中国电子科技集团公司第二十研究所,西安 710068【正文语种】中文【中图分类】TN96.1全球导航卫星系统(GNSS)作为主要导航手段,已经进入了快速发展和应用阶段。
为了提升GNSS系统的性能,需要相应增强系统满足不同用户对高完好性和高精度的需求。
星基增强系统(SBAS)能够满足从航路、终端区到一类精密进近(CAT-I)各阶段的导航需求。
由大量分布广泛的监测站(位置已知)对导航卫星进行监测,由地球同步卫星(GEO)向用户播发改正数信息(星历误差、卫星钟差、电离层延迟)和完好性信息(用户差分距离误差、格网电离层垂直误差),实现对卫星导航系统定位精度的改进和完好性性能的提高。
星基增强系统构成包括空间段、地面段和用户段三部分。
空间段是由GEO卫星构成;地面段包括监测站、主控站、注入站和通信网络;用户段是由能够接收SBAS 信号的设备构成。
GNSS相关知识介绍全解全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)是由一组卫星和地面设施组成的系统,用于提供全球定位、导航和时间服务。
GNSS系统包括美国的GPS(全球定位系统),俄罗斯的GLONASS(全球导航卫星系统),欧盟的Galileo(伽利略导航系统),中国的北斗导航系统等。
GNSS系统的工作原理是通过一组卫星发射精确的时钟信号和位置信息,接收器在地面上通过接收这些信号确定自身的位置、速度和时间。
具体来说,GNSS接收器接收到来自多颗卫星的信号后,利用接收到的信号的时间差来计算出接收器与卫星之间的距离。
通过同时接收多颗卫星的信号,可以计算出接收器的三维位置信息。
这种定位方法被称为三角定位。
GNSS系统的应用非常广泛,涵盖了汽车导航、航海、航空、农业、测绘、物流等各个领域。
在汽车导航中,GNSS系统可以帮助车辆确定当前的位置和导航目的地,提供最佳路线和交通信息。
在航空领域,飞机可以利用GNSS系统来实现自动驾驶和自动降落。
在农业领域,农民可以利用GNSS系统来提高农作物的种植效率,合理施肥和灌溉。
GNSS系统也具有一定的精度要求。
通常来说,在有充分可见性的情况下,GNSS系统的位置精度可以在几米到数十米之间。
但在远离卫星可见性的地区,如建筑物密集的城市中,位置精度可能会下降。
为了提高精度,可以利用差分GPS技术。
差分GPS技术通过同时接收接收器和参考站接收器的信号,来纠正信号在大气层中所受到的影响,从而提高定位精度。
此外,GNSS系统还具有一定的安全和安全性。
GNSS系统具有抗干扰能力,可以抵御各种干扰源对信号的影响。
此外,GNSS系统还具有遥测功能,可以接收遥测数据,如气象数据、地震数据等。
总结而言,GNSS是一种通过卫星导航和定位技术提供全球定位、导航和时间服务的系统。
它在各个领域都有广泛的应用,并具有一定的精度、可靠性和安全性。
gnss的组成部分及其说明概述说明1. 引言1.1 概述全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)是一种利用卫星、地面设备和接收机设备相互配合工作的高精度定位与导航技术系统。
随着现代科技的发展,GNSS已经广泛应用于许多领域,如测绘、航空航天、农业和测量等。
1.2 文章结构本文将对GNSS的组成部分及其功能进行详细说明,并分析其在不同应用领域的应用情况。
首先介绍了GNSS的组成部分,包括卫星系统、接收机设备以及控制中心与地面设备。
然后对这些组成部分进行详解,并解释其功能和原理。
接下来,探讨了GNSS在测绘与GIS应用领域、航空航天应用领域以及农业和测量应用领域的具体应用情况。
最后,在结论中总结了主要组成部分及其功能,并展望了GNSS技术的未来发展。
1.3 目的本文旨在提供关于GNSS组成部分及其功能的全面介绍和说明,帮助读者更好地理解该技术系统并认识到它在各应用领域的重要性。
通过阅读本文,读者将对GNSS的原理和作用有一个清晰的认识,并了解到它在现代科技中的广泛运用情况。
此外,本文还希望对GNSS技术未来的发展进行展望,为相关领域的研究和实践提供参考和启示。
2. GNSS组成部分:GNSS(全球导航卫星系统)主要由三个基本组成部分构成,它们是卫星系统、接收机设备以及控制中心与地面设备。
下面将对各个组成部分进行详细说明。
2.1 卫星系统:卫星系统是GNSS的核心组成部分,它由一系列运行在轨道上的人造卫星组成。
这些卫星通过精确的轨道和时间信息,向地面用户提供导航和定位服务。
目前世界上最有名和被广泛使用的GNSS卫星系统包括美国的GPS(全球定位系统)、俄罗斯的GLONASS(全球导航卫星系统)以及欧盟的Galileo(伽利略导航系统)等。
2.2 接收机设备:接收机设备是用来接收并处理来自卫星系统发出的导航信号的设备。
它们通过接收到的信号计算出自身所处位置、速度和时间等信息,并可将其在合适时候展示给用户。
GNSS(全球导航卫星系统)是一种基于卫星定位的导航系统,通过利用多颗卫星来提供全球范围内的精确定位和导航服务。
随着技术的不断发展和应用范围的扩大,GNSS在交通、航空、军事、测绘等领域发挥着重要作用。
本文将对GNSS的结论进行总结,并给出一些建议。
一、结论:1. GNSS已成为现代社会不可或缺的技术。
GNSS的定位和导航功能为我们的生活带来了巨大便利,无论是日常出行还是物流运输,都离不开GNSS的支持。
2. GNSS技术的精度和可靠性不断提高。
随着卫星数量的增加和接收设备的改进,GNSS的定位精度和导航可靠性得到了显著提升,使得用户能够更加准确地获取位置信息。
3. GNSS在交通领域具有广泛应用前景。
通过与车辆的联网和智能交通系统的结合,GNSS可以实现精确导航和交通流量监测,提高道路使用效率,减少交通拥堵和事故发生的可能性。
4. GNSS在军事和安全领域发挥着重要作用。
军事导航、目标定位和导弹制导等关键任务需要依赖于高精度的定位技术,而GNSS 正是提供这种技术支持的主要手段之一。
5. GNSS技术还存在一些挑战和问题。
例如,信号遮挡、多径效应和恶劣天气条件等因素会对GNSS的定位精度和可靠性产生影响,需要进一步的技术改进和研究。
二、建议:1. 继续加强GNSS技术的研发和创新。
为了提高GNSS的定位精度和可靠性,需要不断推动相关技术的研发和创新,包括卫星设计、信号处理算法、接收设备等方面的改进。
2. 拓展GNSS在交通领域的应用。
利用GNSS技术实现智能交通系统的建设,可以提高道路的使用效率和交通安全水平。
政府和相关企业应加大投入,推动智能交通系统的建设和应用。
3. 提高GNSS的鲁棒性和抗干扰能力。
为了应对信号遮挡、多径效应和恶劣天气等问题,需要进一步加强GNSS系统的抗干扰能力,提高鲁棒性,确保在各种环境条件下都能正常工作。
4. 加强GNSS的安全性和隐私保护。
GNSS系统和数据的安全性对于交通、军事等领域来说至关重要。
北斗地基增强系统原理北斗地基增强系统(BD-GNSS)是一种利用地面站点来提供更精确、可靠的导航定位服务的技术。
它是在北斗导航卫星系统的基础上,通过在地球表面建立一系列地面站点,对卫星信号进行监测、分析和校正,从而提高用户接收到的导航信号的可用性和精度。
BD-GNSS的原理可以分为以下几个方面:1.地面监测和控制:地面站点通过接收来自北斗卫星的信号,对信号进行监测和控制。
监测包括监测卫星的运行状态、信号的强度和质量等,以及对信号进行校正和纠偏。
地面站点会不断更新和发布卫星的轨道参数和时钟校正信息,确保用户能够接收到准确的导航信号。
2.差分定位:BD-GNSS系统通过在地面站点之间建立差分纠正网络,实现差分定位。
差分定位是一种通过比较接收到的卫星信号和地面站点已知位置的方法,来提高定位精度的技术。
地面站点通过测量卫星信号的传播时间差异和信号强度差异,计算出用户的位置误差,并将纠正信息传输给用户接收设备,从而实现对导航信号的纠正和提高定位精度。
3.实时更新:BD-GNSS系统具有实时更新的能力,即地面站点会实时监测和校正卫星信号,并将校正信息传输给用户设备。
这样,用户可以根据实时的卫星信息来进行导航定位,保证定位的准确性和可用性。
4.可用性和容错性:BD-GNSS系统具有较高的可用性和容错性。
即使在信号遮挡、多路径干扰等恶劣环境下,地面站点可以通过对卫星信号进行多路径抑制和干扰削弱等技术手段,提供可靠的导航定位服务。
总的来说,北斗地基增强系统通过建立地面监测和控制站点,利用差分定位和实时更新的技术,提供更精确、可靠的导航定位服务。
它在农业、交通、测绘、航空等领域有着广泛的应用前景,并为用户提供了更高的导航精度和可靠性。
GNSS技术介绍GNSS(全球导航卫星系统)是一种使用空中卫星定位技术的全球导航系统。
它使用一组位于地球轨道上的卫星来提供全球性的导航服务。
目前最著名的GNSS系统是美国的GPS(全球定位系统),其他系统包括俄罗斯的GLONASS、中国的北斗导航系统和欧洲的伽利略导航系统。
这些系统共同构成了全球导航卫星网络,为人类提供了精准的导航和定位服务。
GNSS技术的工作原理和应用非常广泛。
该系统利用一组高度精确的卫星来测量地球上的接收器的位置和速度。
卫星以地球自转为基础,通过精确的时间测量和距离计算确定接收器的位置。
通过接收多个卫星的信号,GNSS系统可以提供高精度的位置测量服务。
GNSS技术的主要应用领域包括:航空航天、海洋、交通运输、农业、地质、测绘、气象、通信、消防、救援等。
在航空航天领域中,GNSS系统被广泛应用于飞行导航、飞机地面控制和空中流量管理。
在交通运输领域,GNSS系统被应用于车辆导航、交通管理和自动驾驶等方面。
在农业领域中,GNSS系统可以帮助农民进行土地勘测和植物生长监测,提高农作物的生产效率。
在救援领域中,GNSS系统可以提供准确的人员定位信息,帮助救援队伍迅速找到受困人员。
GNSS系统的运行原理非常复杂,涉及到多个技术和组件。
主要的技术包括卫星定位技术、无线电通信技术和信号处理技术。
GNSS系统由地面控制站、卫星组成,其中地面控制站负责监控和控制卫星的运行,接收和处理卫星发送的信号。
用户接收器通常是安装在移动设备上,通过接收和处理卫星信号来确定自身的位置和速度。
GNSS技术的发展受到许多因素的限制,例如地球表面的建筑物和地理环境会对信号的传输造成干扰,信号被障碍物阻挡时会减弱或丧失可用性。
为了克服这些问题,GNSS系统采用了一些技术手段,例如增强系统容量和准确性的增强技术,以及减少信号干扰和误差的抗干扰技术。
值得一提的是,GNSS技术的精确度和可用性经过多年的发展和改善,已经达到了非常高的水平。
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。
2 研究现状2.1 算法研究现状最早的广域差分系统算法是由斯坦福大学的Parkinson提出,其通过已知精确坐标的监测站对导航卫星的实时监测,将站钟、星钟和星历放在一起进行最小二乘估计,但这种方法的计算效率较慢;后来Enge P对该算法进行了优化,先将站钟通过时间传递分离出来,然后再对星历及星钟进行统一解算;1999年斯坦福大学与美国喷气推进实验室的工作小组对上述方法进一步改进,采用站间单差的方法消除星钟误差来解算星历误差,再利用解算的星历误差来估计星钟误差[2],目前大部分的广域增强系统算法都是采用这种矢量差分的方法。
2004年德国地学研究中心对上述几种算法进行了综合分析,认为上述几种算法是等效的,其实质都是星历与星钟的统一解算[3]。
国外目前对于GPS广域差分系统的研究较多,而对于BDS广域差分系统的研究则还没有,国内目前对于GPS广域差分系统的算法的研究基本与国外一致,其中文献[4]提出了星钟和星历误差修正的新方法, 将星钟和星历误差解算过程分离,先计算星钟改正数, 再计算星历改正数, 将四维时空解算变为三维空间解算 , 可以极大降低 DOP 值的影响 , 提高定位精度;文献[5]提出了一种星钟和星历分离的关于差分原理以及一站时间同步,其他站无需时间同步的实现方法,并通过简易差分网验证了这种原理和方法的正确性、有效性和可行性;文献[4]提出了一种等效钟差加星历差分改正数的方法,使得解算的星历误差改正参数精度基本不受先验轨道、卫星钟差精度和观测数据累计时间长度的影响;文献[4] 通过引入超快速精密星历的先验信息,以超快速精密星历与广播星历的差值作为星历差分改正数的先验平均值,提高了GPS双频广域差分系统的可用性,并且降低了用户测距误差的噪声;通过建立仿真平台,对BeiDou卫星星历星钟差分算法进行了研究分析,虽然能够有效分离卫星轨道钟差,但需要增加星间链路观测。
图1-1 全球SBAS分布图2.2 系统建设现状广域增强系统作为卫星导航系统的一种增强系统,目前很多国家都已经建立了自己的增强系统(如图1-1所示),比如,美国的广域差分增强系统(Wide Area Augmentation System,WAAS),欧洲的GPS和GLONASS增强系统(European Geostationary Navigation Overlay Service,EGNOS),日本的多功能GPS卫星增强系统(Multi-Functional Satellite Augmentation System,MSAS),俄罗斯的GLONASS差分校正和监测系统(System for Differential Corrections and Monitoring,SDCM),印度的GPS和GEO增强导航(GPS And GEO Augmentation Navigation,GAGAN)技术等。
WAAS系统由美国联邦航空管理局、美国交通运输部及斯坦福大学共同建设完成,其中,美国联邦航空管理局主要负责系统的运行及维护。
该系统共包括38个参考站、3个主控站、2个操作控制中心、6个地面上行输入站及3颗GEO卫星。
其中,每个参考站包括3套独立搜集数据的观测设备,每套观测设备又包括一个双频SBAS接收机、铯钟和一台数据处理器,数据处理器负责收集、打包并转发卫星数据给主控站进行处理;每一个主控站都有一个修正或确认子系统,每个子系统又包含两个修正处理器与一套涵盖了两个安全处理器、一个硬件比测仪的安全计算器。
每个修正处理器计算来自WRE的星历与星钟差分改正数,安全处理器计算电离层修正和用于时钟、星历与电离层修正的高置信度误差界,以确保修正处理器的输出不会受损。
目前,WAAS的LPV可用性在美国本土的覆盖范围为100%,在阿拉斯加的覆盖范围为81.22%,LPV-200可用性在美国本土的覆盖范围为100%,在阿拉斯加地区为70.90%。
未来WAAS的目标则是设计和实现双频升级[1,19];EGNOS由欧洲空间局、欧洲空中航行安全组织和欧委会于1993年提出联合共建,其中,欧委会负责国际合作,欧洲空间局负责系统的整体运行及维护,欧洲空中航行安全组织负责民航政策的制定及项目的测试,其目标是增强GPS系统和GLONASS系统性能,该项目在2004年建成并投入运营,共包括41个测距与完备性监测站,4个主控制中心,6个地面导航站、3颗地球同步卫星及相应的支持系统(EGNOS广域差分网及系统开发验证平台、工程详细技术设计系统、系统性能评价及问题发现系统)等,其在2009年可以对外提供开放式服务,2011年可以提供生命安全服务,2012年可以提供商业服务,2015年可以提供CATⅠ精密进近服务,并在精密农业、民用航空、船泊进港、精密授时等领域得到了广泛的应用;MSAS是由日本气象局和日本交通部组织实施的基于2颗多功能卫星的(MTSAT)GPS星基增强系统,该项目于1996年开始实施,并于2007年6月30日宣布达到IOC[1]。
目前,该系统主要包括2个主站、2颗MTSAT卫星、4个地面监测站和4个测控跟踪站,MSAS系统信号覆盖整个亚太地区,可以向亚洲及太平洋地区提供全天候的导航服务以确保航空运输的安全与效率。
未来MSAS系统将通过增加监测站的数量来扩大其服务范围,并通过改进主控站算法来提高电离层改正精度。
俄罗斯空间设备工程研究院于2002年起开发SDCM,该系统可覆盖俄罗斯空域,具备两种功能:GNSS监测和差分校正。
2006年,SDCM的完备性监测部分投入使用,截止到2012年末,俄罗斯政府已经建立差分站24个,其中俄罗斯境内19个,境外5个(3个在南极,并计划建立第4个),未来俄罗斯政府还将建立39个差分站,其中俄境内21个,境外18个,其中将包括我国的长春和昆明。
印度卫星导航增强系统GAGAN由印度空间局和印度机场管理局联合开发,采用美国雷神公司研发的SBAS技术,将为南盟成员国提供服务。
该系统包括15个参考站、1个任务控制中心、3个上行注入站、2颗GEO卫星及相关的通信链路等,通过播发C波段和L波段的增强信号,对GPS卫星系统进行增强。
GAGAN系统的建设经历了技术验证和最后操作运行阶段,对于前一阶段主要完成系统指标分配、在轨测试和系统联调等内容;后一阶段是在前一阶段的基础上再用3颗GEO卫星对GPS卫星进行增强,全面完成集成并投入运行,且能对系统完备性和生命安全服务进行论证。
未来,GAGAN系统将实现与其他星基增强系统的兼容,并在境外其他地区建设地面参考站以扩大其服务范围。
3 未来研究内容1)BDS系统端轨道钟差、电离层等差分改正数的解算;2)BDS系统端UDRE、UIVE等完备性信息的解算;3)BDS终端定位解算;4)BDS双频星基增强系统系统端及终端算法研究。
参考文献:[1] 中国民用航空局空管行业管理办公室.民用航空导航技术应用政策[R].中国民用航空局,2015.[2] 高为广, 楼益栋, 刘杨,等. 卫星导航系统差分增强技术发展研究[J]. 测绘科学, 2013, 38(1):51-53.[3] Guochang Xu,Equivalence Principle of GPS Alogrithms and its Consequences,International Geodetic Forum XiAn,2006(Oct.10-16).[4] 李孝辉, 蔡成林, 吴海涛, 等. 广域差分系统星钟和星历误差修正新方法研究[J]. 中国北京, 2010.[5] 蔡成林, 李孝辉, 吴海涛. 广域差分新方法的定位性能与差分网优化布局[J].宇航学报, 2009, 30(4): 1404-1409.。