深挖衛星導航，這些增強技術可以了解一下

最新 07-20

來源 | Ubuntu330

衛星導航潛力有多大？達到米級？分米級？厘米級？能否代替I、II、III類盲降？有哪些增強技術？讓我們一起來學習：

上圖縱坐標表示精度，從厘米到10米以上，注意坐標軸不是線性變化，而是刻度的跨度越來越大；橫坐標表示範圍，注意也是刻度的跨度越來越大。

其餘的色塊，均用來增強導航精度，有些是局地增強，有些是廣域增強，特點是顯著提高衛星定位精度，直至厘米級。

增強的主要原理，就是差分：

假設某個系統測出我的位置坐標是x,y，同時也測出我的桌子的坐標a,b，而桌子的位置固定且事先是知道，因此坐標a,b和桌子實際位置有位置差，這個位置差用來修正x,y，可以得到我的更精確位置，這就是所謂差分。

SBAS

SBAS是星基增強系統，其原理就是在地面放好桌子，然後測出位置差，交給天上的通信衛星廣播，飛機收到後修正出自己的精確位置。因為有效範圍遼闊，因此要放好幾個桌子才行。

現在可以用的SBAS系統包括北美的WAAS、歐洲的EGNOS、日本的MSAS，建設中的包括俄羅斯的SDCM、印度的GAGAN。

有了SBAS，就可以在RNP APCH使用LPV標準，使衛星導航達到ILS I類標準。

這是巴黎戴高樂機場08R跑道的RNP APCH進近圖。上面有一個EGNOS代碼：Ch57500 E08B，說明帶有LPV功能。注意下滑道的表達方式和ILS有所不同。

注意進進圖底部的著陸標準：

LNAV CDFA：這是沒有垂直引導的進近，著陸要求比較高；

LNAV/VNAV：這是帶垂直引導的進近，著陸條件有所降低；

LPV：這是SBAS增強的進近，和ILS I類標準一樣，DH200英尺，RVR550m.

這些都屬於RNP APCH，不需要單獨的進進圖。

空客A-350的LPV在PFD上這樣顯示：

SBAS帶來的最大好處，就是有效範圍內可以到處建立等同於ILS I類盲降的著陸程序，而不需要任何設備、基建和費用，備降場的選擇變得更加靈活，對通航更是極大利好。

DGNSS 和 GBAS

DGNSS和GBAS是地基增強系統，其原理是在地面的桌子翻過來，不但測量桌子的位置差，也測每條腿（至少兩條腿）到衛星的無線電距離（波長乘以時間，即偽距），根據真實距離算出腿長的差，再通過甚高頻設備進行廣播（VDB），飛機收到後修正出自己的精確位置，這個位置已經消除了大長腿和小短腿的誤差，所以精度更高，達到半米級別。

由於可以對每個單個衛星的測量校正，因此精度很高，可以實施ILS II、III類標準的進近。但因為VDB距離有限，有效範圍半徑20公里左右，對於多跑道樞紐機場很有用，對於單跑道機場成本相對高，對通航更是沒有必要。

GBAS和傳統DGNSS的差別就是完整性（什麼是完整性，請查閱上一篇）的保證，所以GBAS更適合航空器導航。這裡是聖彼得堡10R跑道的GLS進進圖：

可以看到，現在的GLS著陸標準基本和ILS I相當。注意，GLS有專門的進近圖，下滑道的表達和傳統ILS的不一樣。

按照FAA的計劃，最早在2019年，就會出現第一個II、III類的GLS進近程序。

RTK 和 WARTK

剛才說到，傳統的DGNSS不如GBAS，被無情淘汰，然而，它又派生出新的技術，那就是RTK，Real Time Kinematic，實時動態載波相位差分。

腿長不一定個子高，因為腿型有不同。RTK，就是在DGNSS的基礎上，進一步利用衛星信號的載波相位，對這種情況進行了修正，因此定位精度進一步達到厘米級。

下面是拓攻的RTK飛行展示，直觀的表現出RTK的精準程度。

RTK利用的載波相位，距離參考站（那個桌子）遠了就失去參考意義，一般也就10KM-30KM，解決距離問題的方法，就是網路化，即用多個參考站組成的GPS網路來估計一個地區的GPS誤差模型，並為網路覆蓋地區的用戶提供校正數據。而用戶收到的也不是某個實際參考站的觀測數據，而是一個虛擬參考站的數據，和距離自己位置較近的某個參考網格的校正數據。這就是廣域RTK，簡稱WARTK。

提供校正數據的最佳方式，就是利用移動通信的鐵塔，而國內的中國移動、華為公司等已經把WARTK變為現實。

PPP展望

PPP，Precise Point Positioning，精密單點定位，指的是利用全球若干地面跟蹤站的GPS 觀測數據計算出的精密衛星軌道和衛星鐘差, 對單台GPS 接收機所採集的相位和偽距觀測值進行定位解算。

利用這種預報的GPS 衛星的精密星曆或事後的精密星曆作為已知坐標起算數據；同時利用某種方式得到的精密衛星鐘差來替代用戶GPS 定位觀測值方程中的衛星鐘差參數；用戶利用單台GPS 雙頻雙碼接收機的觀測數據在數千萬平方公里乃至全球範圍內的任意位置都可以2- 4mm級的精度，進行實時動態定位或2- 4cm級的精度進行較快速的靜態定位。

這裡需要提到IGS，這是一個國際合作組織，是實現這個目標的重要組織，網址：

精密單點定位技術，是實現全球精密實時動態定位與導航的關鍵技術，也是GPS 定位方面的前沿研究方向。希望這個國際合作有個成功的未來。

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