卫星导航增强系统:SBAS
卫星导航增强系统SBAS_图文

载波相位差分
• 1.单差观测方程
• 单差:即不同接收机(也称不同测站)同步观 测相同卫星所得观测量之差,单差又称一次 差,是相对定位中观测量的最基本线形组合 形式。
• 当测站在短距离内求差后,星历误差对测距 的影响只有原来的千分之一。
• 测站间求单差的模拟观测模型具有以下优势:
卫星导航增强系统SBAS_图文.pptx
• 这些系统综合使用了各种不同增强效果的导航增强技术,最终实现了其 增强卫星导航服务性能的目的。从增强效果上看,这些增强系统所使用 的卫星导航增强技术主要包括精度增强技术、完好性增强技术、连续性 和可用性增强技术。其中,精度增强技术主要运用差分原理,进一步可 分为广域差分技术、局域差分技术、广域精密定位技术和局域精密定位 技术;完好性增强技术主要运用完好性监测原理,进一步可分为系统完 好性监测技术、广域差分完好性监测技术等等。连续性和可用性增强技 术主要是增加导航信号源,进一步可分为天基卫星增强技术、地基伪卫 星增强技术等。当前卫星导航增强系统所采用的各种增强技术分类见下 表。
– (1)消除了卫星钟误差的影响; – (2)大大削弱了卫星星历误差的影响; – (3)大大削弱了对流层和电离层折射的影响,短距离内几乎可以
完全消除其影响。
当前卫星导航增强系统所采用的增强技术分类
WAAS发展阶段部署与 GEO卫星时间表
EGNOS系统空间段覆盖
具备EGNOSt-1R卫星
SBAS系统原理示意图
差分定位系统结构
差分定位
• 3.3 相位平滑伪距差分
• 现在很多接收机都能够提供原始观测量,即除了位置信息外,还有 伪距值和载波相位值。载波相位值的测量精度比码相位值的测量精 度高出2个数量级。如果能知道载波频率的整周数,那么就获得了 近乎无噪声的伪距值。一般情况下,无法获得载波相位整周数,但 能获得载波多普勒频率计数。实际上,载波多普勒计数测量反映了 载波相位变化信息,即反映了伪距变化率。在接收机中,一般利用 这一信息作为用户的速度估计。考虑到载波相位测量的高精度,并 且精确反映了伪距的变化,利用这一信息来辅助码伪距测量,就可 以获得比单独采用码伪距测量更高的精度。这一思想称为相位平滑 伪距测量,又可将其分为载频多普勒计数平滑伪距和载波相位平滑 伪距。这是由观测量的量纲不同而分类的。前者是以频率周数为单 位,后者是以载波波长为单位。两者利用平滑技术进行伪距差分的 方法是相同的。
SBAS

SBAS
一、
SBAS 即Satellite Based Augmentation Systems (DGNSS/DGPS/WAAS/EGNOS) 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),覆盖欧洲大陆;
美国的DGPS(Differential GPS),美国雷声公司的广域增强系统(WAAS),覆盖美洲大陆;
日本的多功能卫星增强系统(MSAS),覆盖亚洲大陆;
印度的GPS辅助型静地轨道增强导航(GAGAN)。
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。
二、
SBAS即门店听觉系统,是Store Brand Auditory System的缩写。
SBAS主要包括:
1、品牌主题曲
这是品牌的精神内核以及门店听觉的灵魂。
2、品牌LOGO
品牌听觉标识,让陌生人认识品牌接近品牌的最好名片。
3、广告音乐
功用在于在发布门店信息的第一时间传到消费者的耳朵里,吸引火爆人气。
4、氛围音乐
营造购物氛围,强化消费者的购物欲。
SBAS的功能:
1、吸引门店人气。
2、完善品牌识别系统。
3、强化品牌特色。
4、发布促销信息。
5、提高消费者购物欲望。
6、营造购物氛围。
卫星导航增强系统SBAS课件

SBAS通过提供更高精度的位置信息,帮助改善导航、定位和授时服务,提高导 航系统的性能和可靠性。
Sbas系统的发展历程
初始阶段
20世纪90年代,美国建立了GPS 现代化计划,其中包括SBAS的发
展。
发展阶段
21世纪初,多个国家和地区开始研 究和建设SBAS系统,包括欧洲的 EGNOS、美国的WAAS和日本的 MSAS等。
实际测试
在实验场景下进行实际测试,收集Sbas系统的定位数据、信号质量数据等,以便 与性能评估指标进行比较。
性能评估结果
根据实际测试数据,对Sbas系统的性能进行评估,包括定位精度、信号质量、可 用性、可靠性等方面的评估结果,以便了解Sbas系统的性能状况。
06
总结与展望
Sbas系统的主要贡献及存在问题
成熟阶段
目前,SBAS系统已经广泛应用于民 航、军事等领域,提供高精度、高 可靠性的导航服务。
Sbas系统的应用场景
01
02
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民航领域
SBAS被广泛应用于民航 领域,为飞机提供高精度 的位置和速度信息,帮助 实现精密进近和着陆。
军事领域
SBAS为军事用户提供了 更高精度的导航和定位服 务,帮助实现精准打击和 战场指挥。
Sbas系统的硬件部分设计
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卫星接收机
SBAS系统使用多模态卫星接 收机来接收GPS、GLONASS 和Galileo等不同卫星系统的
信号。
传感器
SBAS系统使用多种传感器, 如陀螺仪、加速度计等,来提 供额外的位置和姿态信息。
数据存储设备
SBAS系统需要使用大容量数 据存储设备来存储采集和处理
加强Sbas系统的标准化和模块化设计,方便用户根据需 求进行定制和应用。
北斗星基增强系统双频多星座服务覆盖范围评估

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BDS+GPS)增强服务的 APVI和 LPV200 等级 99% 可用性 覆 盖 率 比 单 系 统(
BDS)增 强
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服务的覆盖率分别提升 16% 和 32% 。
关键词:北斗星基增强系统;双频多星座;
APVI;
LPV200;覆盖范围
在其官方 服 务 性 能 报 告 中 给 出 了 单 频 增 强 服 务 不
同服务等级的服 务 覆 盖 区 域,其 他 SBAS 均 未 在 公
开文件中严格定 义 各 自 的 服 务 区 域,
BDSBAS 也 仅
说明能够对中国及周边提供服务覆盖 [15-17]。
卫星导航差分系统和增强系统(一)

一、卫星导航系统性能的基本要素精度、完好性、连续性、可用性是评价一个卫星导航系统性能的基本要素,其中:1、精度是在给定时间内,接收机给出位置和速度的测量值与真值之间的一致性的度量。
当前卫星导航系统民用定位精度为10m (95%),授时精度为100ns(95%),10m 的定位精度可以满足大部分用户的使用要求。
例如,对于开阔海域的水面舰艇以及商用货轮的导航,以及从航线、航路到非精密进近阶段的飞机导航,数十米的水平精度就已经足够了。
但是在船舶进港、船舶靠岸、狭窄航道航行等特殊场景,定位精度要求到米级;飞机精密进近、大地测量、国土测绘等应用领域,10m的定位精度也远远不能满足应用要求;实时监测水库、高速公路、铁路等附近山体的三维形变,监测精度要求为毫米级;水库或水电站的大坝由于水负荷的重压而产生变形,危及坝体的安全,需要对大坝外观形变进行连续而精密的监测,监测精度则要求为亚毫米级。
如此高的定位精度要求,仅仅单独靠卫星导航系统的能力是无法实现的。
2、完好性是当系统出现异常、故障或精度不能满足设计指标要求时,系统向用户发出实时“不可用”告警的能力,一般用系统不能提供完好性服务的风险概率表示。
没有完好性保证的定位、授时和授时服务,就无法成为用户可以依靠的系统,尤其是那些涉及生命安全相关的应用领域,对卫星导航系统的完好性提出了较高要求,这些要求超出了卫星导航系统自身的服务能力。
涉及生命安全的交通运输领域利用卫星导航系统开展导航应用时,用户更加关注的是当系统处于95%服务可用性之外时,系统的完好性相关服务。
虽然卫星导航系统自身具有一定的完好性监测能力,地面运行控制系统通过接收导航信号和卫星自身健康状态来监测卫星的状态,然后将监测的告警信息上注给卫星并再由卫星以导航电文方式广播给用户,这个周期一般是一个小时,最短也需要15分钟。
卫星导航差分系统和增强系统(一)+刘天雄——什么是卫星导航系统的性能增强?——什么是卫星导航差分系统?——什么是卫星导航增强系统?——卫星导航增强系统分类及技术特点几何?不同应用领域对卫星导航系统完好性要求不同,例如:①船舶在远洋航路上航行时,对完好性要求相对较低,依靠卫星导航系统提供的完好性保障能力,以及用户接收机内部提供的自主完好性监视,就可满足使用要求;而对于船舶进港与靠岸来说,这个告警时间是不能满足用户需求的,需要建设专门系统在提高定位精度的同时增强卫星导航系统的完好性,保证船舶进港和靠岸的安全。
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。
星基增强系统(SBAS)用户端定位算法设计

Abstract: Satellite Based Augmentation System (SBAS) plays an important role in GNSS which can meet the needs of users
图 1 单频 SBAS 定位算法数据流图
定定位位结结果果 定定位位保保护护级级
第3期
韦建成等:星基增强系统(SBAS)用户端定位算法设计
输输入入控控制制参参数
读读取取文文件件
观观测测电电文文文文件件
读读取取观观测测电电 文文、、载载波波平平滑滑
码伪距
广广播播星星历历文文件件
伪伪距距 卫卫星星星星历参数数
单频和双频用户端定位算法的数据流程图如 图 1~图 2 所示,两者的数据流类似,数据源均为广 播星历文件、观测数据文件、增强星历文件和控制 参数。存储数据包括观测伪距值、星历参数、各类 增强参数、定位结果和保护级。其中定位结果和保 护级数据可用于支撑导航系统的服务性能评估。
读读取取文文件件
观观测测电电文文文文件件
观测观测电电文文数数据 据 读 读取取单单元元
单单频频载载波波平平滑滑码码 伪伪距距单单元元
单频单频增增强强电电文文 数 据数据读读取取单单元元
卫卫星星星星历历解解算算单单元元 对流 对流层层误误差差解 解算算单单元元
是是否否使使用用增
NN
增强强电电文?文
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电S电SBB离离AA层S层S 误误差差解解 算算单单元元
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是差分改正残差的协方差;U2IVE
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是
应用无电离层双频 L1/L5 组合后的电离层残差的协
SBAS(卫星增强系统)

SBAS(卫星增强系统)SBAS (Satellite-Based Augmentation System),即基于卫星的增强系统。
SBAS 系统主要由四部分组成:地面参考基站,主控站,上传站和地球同步卫星等。
下面以WAAS为例,介绍该卫星系统的工作原理: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。
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差分校准和监测站
中央处理设施 用来中继差分校正信息的地球静止轨道卫星。
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统:SBAS
•
1.3欧洲地球静止导航重叠服务
欧洲地球静止导航重叠服务(EGNOS)是欧 洲自主开发建设的星基导航增强系统,它通过 增强GPS和GLONASS卫星导航系统的定位精度, 来满足高安全用户的需求。它是欧洲GNSS计划 的第一步,是欧洲开发的Galileo卫星导航系统计 划的前奏。
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统:SBAS
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MSAS系统的地面段包括:
2个主控站分别位于神户和常陆太田, 4个地面监测站(GMS)分别位于福冈、札幌、东京 和那霸, 2个监测测距站(MRS)分别位于夏威夷和澳大利亚。
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MSAS系统构成
星导航增强系统是卫星导航系统建设中的一项重要内容, 堪称卫星导航系统的“能力倍增器”。目前的卫星导航系 统尽管已经在各个民商用领域应用广泛,并且成为各大强 国发展所不可或缺的一环,但由于技术和系统的局限性, 在某些领域如航空精密进近等仍无法满足需求,需要增强 系统将其能力加以提升。
目前,国外卫星导航增强系统主要分为
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统:SBAS
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EGNOS系统空间段覆盖范围见下图:
EGNOS系统空间段覆盖
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统:SBAS
目前,欧洲具备EGNOS能力的飞机场已经超过了50 个,以法国和德国为主,而未来计划配备EGNOS能 力的飞机场还将超过50个。这样来看,未来在欧洲将 至少有100个机场具备EGNOS能力。
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日本的多功能卫星星基增强系统(MSAS)已于2007 年9月实现初始运行,完成了地面系统以及两颗 MTSAT卫星的集成、卫星覆盖区域测试以及MTSAT 卫星位置的安全评估和运行评估测试(包括卫星信号 功率测试、动静态定位测试和主控站备份切换测试 等)。测试表明,MSAS能够很好地提高日本偏远岛 屿机场的导航服务性能,满足国际民航组织(ICAO) 对非精密近进阶段(NPA)等方面的要求。
•
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统:SBAS
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1.2俄罗斯差分校正和监测系统
自2002年起,俄罗斯联邦就开始着手研发建立 GLONASS系统的卫星导航增强系统——差分校正和 监测系统(SDCM)。SDCM将为GLONASS以及其 他全球卫星导航系统提供性能强化,以满足所需的高 精确度及可靠性。和其他的卫星导航增强系统类似, SDCM也是利用差分定位的原理,该系统主要由3部 分组成:
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MSAS的空间段由两颗多功能传输卫星(MTSat)组成, 它们是日本发展的地球静止轨道气象和环境观测卫星—— “向日葵”(Himawari)卫星的第二代。MTSat是日本国 土交通省(MLIT)和日本气象厅共同出资发展的气象观 测与GPS系统导航增强卫星。除了为日本气象厅提供气象 服务外,还为日本民航局(JCAB)执行航空运输管理和 导航服务。美国劳拉空间系统公司是MTSat-1/1R卫星的主 承包商,日本三菱电机公司是MTSat-2卫星的主承包商。 截至目前,在轨运行的卫星包括MTSat-1R和MTSat-2,分 别位于东经140°和145°上,采用Ku波段和L波段两个载 波,其中Ku波段主要用于播发气象数据,L波段频率与 GPS L1频段相同,主要用于导航服务。
具备EGNOS系统的机场分布图
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统:SBAS
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1.4日本多功能卫星星基增强系统
MSAS(Multi-Functional Satellite Augmentation System) 是日本的多功能GPS卫星星基增强系统,主要目的是 为日本航空提供通信与导航服务。系统覆盖范围为日 本所有飞行服务区,也可以为亚太地区的机动用户播 发气象数据信息。该项目由日本气象局和日本交通部 于1996年开始实施,合同承包商是阿尔卡特、东芝和 三菱公司。
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统:SBAS
EGNOS系统空间段由三颗地球静止轨道通信卫星组成, 搭载导航增强转发器,播发导航增强信号。目前该系统所 使用的三颗卫星为Inmarsat-3 F2(AOR-E)、Inmarsat-3 F1 (IOR)以及ARTEMIS卫星,轨道分别为西经15.5°、东 经65.5°以及东经21.3°。Inmarsat-3 F1和Inmarsat-3 F2是 国际移动卫星(Inmarsat)的第3代,卫星的主承包商是马丁 -玛丽埃塔航天公司(Martin Marietta Astro Space),有效 载荷由马特拉-马可尼航天公司提供,采用GE-4000平台。 “阿特米斯”(ARTEMIS)卫星是在ESA的支持下发展的 试验通信卫星,全称为“先进中继和技术试验任务卫星”, 主要目标是验证移动通信和数据中继相关的通信技术。 ARTEMIS卫星于2001年7月12日发射。
第2阶段(2003年—2008年)和第3阶段(2009年—2013年) 将实现WAAS系统对航空进场着陆能力的改善,通过 WAAS实现飞机的LPV(垂直指引功能定位信标)和LPV200能力,可以使飞机在不具备仪表着陆系统(Instrument Landing System,ILS,又译为仪器降落系统,是目前应用最 为广泛的飞机精密进近和着陆引导系统。它是由地面发射的 两束无线电信号实现航向道和下滑道指引,建立一条由跑道 指向空中的虚拟路径,飞机通过机载接收设备,确定自身与 该路径的相对位置,使飞机沿正确方向飞向跑道并且平稳下 降高度,最终实现安全着陆)的飞机场仍可实现类似于仪表 着陆的高安全性着陆。而开通LPV-200认证的飞机能够使降 落判决最小高度降低至200英尺,从而提高了跑道的可用性。
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当前卫星导航增强系统:SBAS
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1.1美国广域增强系统
广域增强系统(Wide Area Augmentation System,简称WAAS)是由 美国联邦航空局(FAA)开发建立的一个主要用于航空领域的导航 增强系统,该系统通过GEO卫星播发GPS广域差分数据,从而提高 全球定位系统的精度和可用性。 美国WAAS利用遍布北美和夏威夷的地面参考站(Wide-area Reference Station,WRS)采集GPS信号并传送给主控站(Wide-area Master Station,简称WMS)。WMS经过计算得出差分改正 (Deviation Correction,DC)并将改正信息经地面上行注入站传送 给WAAS系统的GEO卫星。最后由GEO卫星将信息播发给地球上的 用户,这样用户就能够通过得到的改正信息精确计算自己的位置。
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EGNOS系统是欧洲航天局(ESA)、欧盟(EU)和 欧洲航空安全组织(Eurocontrol)联合规划的项目, 欧空局全面负责EGNOS系统的技术设计和工程建设, 欧盟负责国际合作,并且确保把各类用户对系统的要 求融入到EGNOS系统的设计和实施中。欧洲航空安 全组织设计民用航空需求,并且在系统测试中扮演主 要角色。
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第1阶段为初始运行能力阶段(IOC)
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其研发始于20世纪90年代,2003年 7月10日完成,实现WAAS信号对 95%的美国领土的覆盖,动态定位 水平精度3~5m,垂直精度3~7m。 WAAS发展阶段部署与 GEO卫星时间表
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GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统:SBAS
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MTSat-1R卫星
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统:SBAS
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1.5印度GPS辅助静地轨道增强导航系统
印度的GPS辅助静地轨道增强导航系统(GAGAN)是由 印度空间组织(ISRO)和印度航空管理局(AAI)联合组 织开发。 GAGAN系统的空间段由3颗位于印度洋上空的GEO卫星构 成,采用C频段和L频段,其中C频段主要用于测控,L频 段与GPS的L1(1575.42MHz)和L5(1176.45MHz)频率 完全相同,用于播发导航信息,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信号和差 分修正信息,用于改善印度机场和航空应用的GPS定位精 度和可靠性。
GPS理论与应用
(20.卫星导航增强系统:SBAS)
刘瑞华 中国民航大学 电子信息与自动化学院
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统:SBAS
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授课内容
1.国外卫星导航增强系统发展 2.SBAS系统原理 3.卫星导航差分增强技术
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统:SBAS
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1、国外卫星导航增强系统发展:
GPS理论与应用 20.卫星导航增强系统:SBAS
EGNOS系统已经于2009年开始正式运行使用, 并将至少工作20年以上。目前,EGNOS系统可 以提供三种服务:
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①免费的公开服务,定位精度1m,已于2009年10月 开始服务; ②生命安全服务,定位精度1m,已于2011年3月开始 服务;
③EGNOS数据访问服务,定位精度小于1m,已于 2012年7月开始服务。
星基增强系统(SBAS) 地基增强系统(GBAS)
星基增强系统(SBAS)通过地球静止轨道(GEO) 卫星搭载卫星导航增强信号转发器,可以向用户播发 星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息, 实现对于原有卫星导航系统定位精度的改进,从而成 为各航天大国竞相发展的手段。 目前,全球已经建立起了多个SBAS系统,如美国的 广域增强系统(WAAS)、俄罗斯的差分校正和监测 系统(SDCM)、欧洲的欧洲地球静止导航重叠服务 (EGNOS)、日本的多功能卫星星基增强系统 (MSAS)以及印度的GPS辅助静地轨道增强导航系 统(GAGAN)。