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卫星导航系统增强系统

日期:2014-11-13 / 人气:

卫星导航系统增强系统是由于美国GPS系统实施选择可用性(SA)政策而发展起来的。2000年美国取消了SA政策,导航定位精度有了一定程度的提高,随着全球卫星导航系统应用的不断推广和深入,现有卫星导航系统在定位精度、可用性、完好性等方面还是无法满足一些高端用户的要求。为此,各种卫星导航增强系统应运而生。

1、美国“广域差分增强系统”(WAAS)

“广 域 差 分 增 强 系 统”(Wide Area Augmentation System,WAAS)是根据美国联邦航空局( FAA)导航需求而建设的GPS星基增强系统。WAAS应该包含三部分内容,一是提供L波段测距信号,二是提供GPS差分改正数据,三是提供完好性信息,以此为基础用于改进单一GPS系统的导航精度、系统完好性和可用性。

WAAS于2003年7月正式开始运行,现由38个参考站(其中9个在非美国的北美地区)、 3个主控站、 4个地面地球站、两个控制中心及两颗地球同步静止卫星(不属于GPS “编制”)组成。其中,两颗地球同步轨道卫星分别位于西经133度和西经107.3度。25个地面站按其需求分布在美国境内,负责搜集GPS卫星的一切数据。其中,3个主控站分别位于美国的东西部沿海,负责搜集卫星的轨道误差、星上电子钟误差,校正由于大气及电离层传播所造成的信号延时等数据,将得到的数据通过两颗地球同步卫星广播出去。

WAAS并不具有像GPS那样的功能,它不是全球共享的。目前WAAS在美国本土提供信号。WAAS的目标是改善GPS的标准定位信号(SPS)完好性、可用性、连续服务性和提高精度,最终目的是提供直至精密进场着陆的所有飞行阶段参数的导航系统。

2、欧洲“导航重叠服务”(EGNOS)

“欧洲导航重叠服务”( European Geostationary Navigation Overlay Service, EGNOS)系统的联合建设工作由欧空局、欧洲空间导航安全组织和欧委会提出。 EGNOS实施阶段始于1998年,其卫星实验平台从2000年2月投入使用。

EGNOS系统在原理上和美国的WAAS是一样的,覆盖区域则是整个欧洲。EGNOS系统能够为欧洲无线电导航用户提供高精度的导航和定位服务,系统包括3颗地球静止轨道卫星和一个地面站网络。卫星发送的定位信号类似于GPS和GLONASS卫 星 的 信号,但EGNOS信号加入了完好性信息,包括每颗GPS和GLONASS卫星的位置、星上原子钟的精度以及可能影响定位精度的电离层干扰信息。 3颗卫星分别是IN-MARSAT AOR-E (西经15.5度)、ARTEMIS (西经21.3度)和IN-MARSAT IOR-W (东经65.5度),地面部分由34个测距与完好性监测站(RIMS)、 4个控制中心和6个个导航地面站组成。该系统的稳定性和精度得到了高度评价。在实际应用中,该系统定位精度优于1米,可靠性达到99%。

3、日本“多功能卫星增强系统”(MSAS)

日本“多功能卫星增强系统” (Multi -Functional Satellite Augmentation System, MSAS)由日本气象厅和日本交通厅组织实施。它是一种类似于美国WAAS的GPS外部增强系统,不同的是MSAS系统采用日本自行发射的“多功能传输卫星”(MTSAT),主要目的是为日本飞行区的飞机提供全程通信和导航服务。MTSAT卫星装有导航信号转发器,转发由地面基准站播发的导航增强信号。系统覆盖日本、澳大利亚等地区。

MTSAT卫星是一种地球静止卫星,定位于东经40度和东经145度。MSAS系统的MTSAT 1R卫星已于2005年2月26日发射, MTSAT 2于2006年2月18日发射。 MTSAT卫星采用Ku波段和L波段两个频点,其中,Ku波段频率主要用来播发高速的通信信息和气象数据,L波段频率与GPS的L1频率相同,用于导航服务。

4、印度“GPS辅助增强导航系统”(GAGAN)

印度“GPS辅助增强导航”(GAGAN)系统目的是为满足日益增长的空中交通导航的需要,加强空导航能力。GAGAN系统将增强安全性,改善恶劣天气条件下的机场和空域使用状况,增强可靠性,减少飞行延误。

GAGAN系统由印度机场管理局(AAI)、印度空间研究组织(ISRO)与美国雷声公司联合组织开发。AAI负责建造地面基础设施,包括基站、上行链路地面站和主控中心。 GAGAN系统建设主要包括两个阶段:技术验证(TDS)阶段和最后操作运行(FOP)阶段。在TDS阶段主要完成系统指标分配、系统联调和在轨测试,该阶段测试内容主要是系统的精度指标,不包括完好性信息和生命安全服务(SOL)的测试。 FOP阶段是在TDS内容完成的基础上,采用3颗静地卫星对GPS进行增强,完成最后的集成并投入运行,且能对系统的完好性信息和SOL服务进行论证。

GAGAN由空间段和地面段组成。空间段是GSAT 4卫星上的GPS双频(L1与L5)导航有效载荷,卫星采用C波段和L波段频率作为载波。其中,C波段主要用于测控,L波段L1、L5频率与GPS的L1(1575.42兆赫)和L5(1176.45兆赫)完全相同,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信息和差分改正信息。地面段由8个印度基站、1个印度主控中心(INMCC)、1个印度陆地上行链路站(INLUS)及相关导航软件和通信链路组成。

5、俄罗斯“差分校正与监视系统”(SDCM)

俄罗斯“差分校正与监视系统”类似于美国WAAS系统和欧洲EGNOS系统,它将能够监视GPS系统和GLONASS系统的完好性,提供GLONASS系统的差分校正和分析等。该系统由两部分组成:地基参考站网络和两颗地球静止轨道中继卫星。其水平定位精度可达1~1.5米,垂直定位精度可达2~3米,基站附近(200千米范围内)的实时定位精度可以达到厘米级。SD-CM地面参考站计划建设19个(已经建设了9个),空间部分的两颗中继卫星即“射线”(Loutch)5A/5B由位于克拉斯诺亚尔斯克的列舍特涅夫研究与产品中心研制,这两颗卫星将能够提供GLONASS校正数据,分别部署在西经16度和东经95度。

SDCM系统可覆盖俄罗斯联邦全境。目前,俄罗斯计划在俄罗斯境外建立监测站,以改善GLONASS系统的完好性、精度和可靠性。

编辑:河南北斗