卫星导航增强系统建设与发展
卫星导航技术的发展
卫星导航技术的发展伴随着科技的迅猛发展，卫星导航技术也逐渐成为现代社会不可或缺的一部分。
从最初的美国GPS系统，到欧洲Galileo卫星导航系统的成功上线，卫星导航技术已经走过了蜿蜒曲折的发展历程并迎来了全新的发展机遇。
一、卫星导航技术的发展历程作为一项高科技技术，卫星导航技术的发展始于上世纪，最初由美国进行研究和应用。
在它的发展过程中，经历了多个重要节点。
1. 1973年，美国国防部提出了全球卫星导航系统的构想，开始启动GPS系统的研制工作。
2. 1978年，美国Makeleine系统发射了一颗卫星，成功开创了卫星导航技术的先河。
3. 1990年代，随着GPS技术逐渐成熟和普及，其他国家开始将目光转向卫星导航技术。
4. 2005年，中国开始筹备自主研发的北斗卫星导航系统，并于2012年建成初步运行人工卫星并实现导航信息传输。
5. 2016年，欧洲Galileo卫星导航系统正式上线，标志着欧洲成为第二个独立建设和运营卫星导航系统的大型经济体。
二、卫星导航技术的重要性随着现代社会技术的飞速发展，卫星导航技术已经成为许多行业的核心部分，并在人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用。
首先，卫星导航技术广泛应用于航空、海洋等交通领域，提高了交通的安全性和效率。
其次，卫星导航技术在地质勘探、移动通信等领域中得到了广泛的应用，更好地满足了人们的需求。
在应急救援和灾害预警领域，卫星导航系统拥有极高的及时性和准确度，为救援工作提供了重要的支持。
三、卫星导航技术的未来发展随着技术的不断进步，卫星导航技术的未来发展也将会更加广阔和深入。
未来十年，卫星导航技术的重点发展方向将分为以下两个方面。
1. 发展精准定位技术。
未来，卫星导航系统将更加注重定位精度的提升，同时加强定位系统与其他技术的融合，从而创造更好的用户体验和应用场景。
2. 发展新一代卫星导航技术。
与此同时，国际卫星导航技术的开发将进入新的发展阶段，包括欧洲Galileo卫星导航系统的升级和美国新一代导航系统（Next Gen）的研发，以实现更加高效、精准、安全的定位服务。
北斗卫星导航系统的发展报告
北斗卫星导航系统的发展报告一、引言北斗卫星导航系统，作为我国自主研发的全球卫星定位系统，自20世纪末期开始建设以来，已经取得了长足的发展。
本报告将围绕北斗卫星导航系统的建设、应用、挑战和未来发展方向进行阐述。
二、建设与发展北斗卫星导航系统自建设以来，已逐步形成了覆盖全国、辐射全球的服务网络。
截止至报告撰写前，北斗卫星导航系统的在轨卫星数量已突破30颗，同时，地面控制中心、用户设备等配套设施也得到了大幅度的提升。
在技术方面，北斗卫星导航系统已经具备了高精度、高灵敏度、高稳定性的特点，为各类用户提供了优质的服务。
三、应用与成效1. 公共安全：北斗卫星导航系统在公共安全领域发挥了重要的作用。
在灾害救援、应急通信等方面，北斗卫星导航系统为相关部门提供了准确的位置信息，为救援工作的开展提供了有力支持。
2. 交通物流：在交通物流领域，北斗卫星导航系统已经广泛应用于智能交通、自动驾驶等领域。
通过实时定位和导航，提高了道路交通的安全性和效率。
3. 农业发展：北斗卫星导航系统在农业领域的应用也日益广泛。
例如，通过农机自动驾驶系统，可以实现精准播种、施肥、灌溉等作业，提高农业生产效率。
4. 商业应用：在商业领域，北斗卫星导航系统也得到了广泛的应用。
例如，在物流、快递、外卖等行业，北斗导航技术为车辆的实时定位和路线规划提供了重要的支持。
四、挑战与应对1. 技术创新：随着技术的发展，北斗卫星导航系统需要不断进行技术创新，提高系统的稳定性和精度，以满足不同用户的需求。
2. 市场竞争：随着全球卫星导航系统的不断发展，北斗卫星导航系统面临着来自其他系统的竞争压力。
为了应对市场竞争，我们需要加强与其他国家的合作，扩大市场份额。
3. 法律法规：随着北斗卫星导航系统的应用范围不断扩大，相关的法律法规也需要不断完善。
我们需要加强法律法规的制定和执行，保障用户的合法权益。
五、未来展望随着技术的不断进步和应用的不断拓展，北斗卫星导航系统将在未来发挥更加重要的作用。
北斗卫星导航系统建设与发展
编者按：2020年11月23日，第十一届中国卫星导航年会在成都召开。
在年会开幕式上，中国卫星导航系统管理办公室副主任杨军作了《北斗卫星导图1 北斗三号全球卫星导航系统星座组网图优于0.2m/s，授时精度优于20ns；亚太地区定位精度优于5m，测速精度优于0.1m/s，授时精度优于10ns。
交通运输方面，北斗系统广泛应用于重点运输过程监控、公路基础设施安全监控、港口高精度实时定位调度监控等领域，使综合交通管理效率和运输安全水平显著提升。
截至2020年10月底，有近700万辆道路营运车辆已经安装使用北斗系统，占运营车辆的96%；3.14万辆邮政快递车辆安装使用北斗系统，占比88%；约1400艘公务船舶安装使用北斗系统，占比75%；约300架通用飞行器安装使用北斗系统，占比11%。
特别是在运输航空器上成功实现了北斗首次应用。
此外，北斗在中欧班列运输、京张高铁建设运营、浩吉和沪昆等铁路测试监测等方面也得到大量应用，为铁路运输高质量发展赋能赋智。
农业领域，基于北斗的农机自动驾驶系统推广应用近4.5万台套，节约50%的用工成本；基于北斗的农机作业监管平台和物联网平台为近40万余台套农机设备提供服务，极大提高了作业管理效率。
林业领域，北斗定位与短报文通信功能广泛应用于森林防火、天然林保护、森林自然调查、病虫害防治等。
渔业领域，为渔业管理部门和渔船提供船位监控、紧急救援、信息发布、渔船出入港管理等服务。
减灾救灾方面，基于北斗的导航、定位、短报文通信功能，提供实时救灾指挥调度、应急通信、灾情信息快速上报与共享等服务，显著提高了灾害应急救援的快速反应能力和决策能力。
已建成部、省、市 （县）三级平台，实现六级业务应用，推广北斗终端超过4.5万台。
湖南、江苏、贵州、广西、四川等地利用北斗/GNSS高精度技术建立地质灾害监测预警系统，在2020年抗击南方洪灾期间，多次成功预报山体滑坡等灾害事件发生，保障了人民生命财产安全。
北斗地基增强系统现状与发展思考
基准站站网由155框架网基准站和2422个区域网基准站组成。
基准站遍及祖国大江南北，在“最
图1 北斗地基增强系统组成示意图
图2 基准站极端站址分布情况
南、最北、最东、最西、最高、最低、最冷、最热”环境下均有分布（图2）。
通信网络分系统包含国家数据综合处理系统与基准站、行业数据处理系统（含数据备份系统）、数据播发系统等系统间的通信网络，通信网络系统按功能分为基准站接入区、行业平台区和数据播发
区三大部分。
数据处理分系统包括计算、存储、备份、安全等基础支撑平台，和核心处理软件子系统。
核心处理软件子系统具备对北斗基准站数据的存储、。
北斗卫星导航系统建设与发展
一、发展规划1．发展目标北斗卫星导航系统致力于为全球用户提供连续、稳定、可靠的定位、导航、授时服务；满足国家安全和经济社会发展对定位、导航、授时的需求，促进国家信息化建设和经济发展方式转变，提升经济和社会效益；与世界其他卫星导航系统共同合作，服务全球、造福人类。
2．基本原则开放：面向全球用户免费提供开放服务。
自主：独立自主发展和运行北斗系统。
兼容：致力于实现与其他卫星导航系统的兼容与互操作，使用户获得更好的服务。
渐进：依据国家的技术和经济发展实际，循序渐进地建设北斗系统。
3．发展步骤按照“三步走”的发展路线，“先区域、后全球，先有源、后无源”的发展思路分步实施，形成突出区域、面向全球、富有特色的北斗系统发展道路。
第一步：1994～2000年，形成区域有源服务能力第二步：2004～2012年，形成区域无源服务能力；第三步：2013～2020年，形成全球无源服务能力。
4．系统组成北斗系统由空间段、地面控制段、用户段组成，空间段包括5颗静止轨道（GEO）卫星、3颗倾斜同步轨道（IGSO）卫星和27颗中圆轨道（MEO）卫星；地面控制段包括主控站、注入站、监测站等30余个地面站；用户段包括北斗终端、与其他导航系统兼容的终端。
北斗系统提供授权、公开、广域差分和短报文四种服务，定位精度优于10m，授时精度优于20ns，测速精度每秒0.2m。
5．基本政策北斗系统为用户免费提供开放服务。
持续进行系统维护和完善，不断提升服务性能，为用户提供更高质量的服务。
按计划发布公开服务规范，发挥政府和市场的作用，推动北斗/GNSS应用的创新、普及与国际化，打造国家战略性新兴产业的基础。
秉承发展、合作、共赢的理念，实现北斗与其他GNSS系统的兼容共用，充分发挥系统效能，提升用户效益。
二、最新进展1．系统建设（1）保持系统稳定运行北斗系统自2012年12月27日正式提供区域服务以来，系统连续稳定运行，服务性能指标稳中有升。
通过覆盖亚太地区的服务信号监测评估表明，系统服务性能满足指标要求，部分地区服务性能优于10m。
北斗卫星导航地基增强系统设计与测试分析
第4期2024年2月无线互联科技Wireless Internet Science and TechnologyNo.4February,2024作者简介:许鹏(1986 ),男,助理工程师,学士;研究方向:卫星导航㊂北斗卫星导航地基增强系统设计与测试分析许㊀鹏,赵㊀伟,罗㊀伟,兰㊀伟,桑㊀飞(61773部队,新疆乌鲁木齐831100)摘要:文章首先回顾㊁总结了全球卫星地基增强系统的产生㊁发展和演化情况,介绍了我国北斗卫星地基增强系统的现状;其次,对网络RTK 的误差和影响定位精度的因素进行了剖析研究,并以新疆地区为例,分别将北斗卫星地基增强系统与移动网络定位和GPS 系统定位精度进行对比;最后,将北斗系统与GPS 系统组合定位精度进行评估,探索北斗卫星地基增强系统的定位效果㊂关键词:北斗;定位精度测试;地基增强系统;CORS 系统中图分类号:TN953+.7㊀㊀文献标志码:A 0㊀引言㊀㊀随着2020年6月23日北斗3号最后一颗全球组网卫星在中国西昌卫星发生中心成功发射并顺利进入预定轨道,标志着我国北斗全球系统星座部署和北斗3号系统组网完成,同时也代表4大全球卫星导航系统划分天下的局面正式形成㊂对于4大导航系统在非遮蔽条件下的基本服务均可以满足10m 左右的精度要求㊂但随着科学技术发展和城市建设质量要求的不断提升以及对定位精度需求的提高,基本服务已经远远不能满足像测绘作业㊁国土勘探㊁精准农业等高精度领域的需求㊂为了提高定位精度并且满足各类用户的不同需求,卫星导航增强技术与系统便应运而生㊂1㊀全球卫星地基增强系统的产生和发展历程1.1㊀全球卫星导航增强技术与系统㊀㊀卫星导航增强技术最早是为了应对随着全球卫星导航系统应用的不断推广和深入,目前的卫星导航系统还不能满足一些高端用户的要求㊂而发展起来的美国GPS 系统选择可用性(SA)政策,2000年美国取消了SA 政策,在一定程度上提高了导航定位精度㊂为此各种卫星导航增强系统应运而生㊂目前,国外卫星导航增强技术主要分为2大类,一类是星基增强系统(Satellite -Based AugmentationSystem,SBAS),另一类是地基增强系统(Ground -Based Augmentation Systems,GBAS)㊂1.2㊀GBAS 地基增强系统㊀㊀局部面积增强系统(Local Area AugmentationSystem,LAAS)最早主要是为航空机场提供高完整性增强服务,由FAA 提出,后FAA 和ICAO(国际民航组织)已停止使用 LAAS 这一词,取而代之的是 GBAS ㊂相比于SBAS,单个GBAS 建设成本较低,且现有完好性相对较高[1]㊂2㊀北斗地基增强系统㊀㊀北斗地基增强系统是北斗卫星导航系统的重要组成部分,不仅能满足 技术先进㊁高效可靠㊁经济适用和易扩展 的标准,而且还能与其他技术相结合,构建一个更加完善㊁灵活的北斗导航服务体系㊂它可以根据1~2m㊁dm 级㊁cm 级的测量结果,使得北斗/GNSS 技术能够更加有效地应用于各种领域㊂3㊀网络RTK 技术3.1㊀传统RTK 定位技术㊀㊀传统的实时动态差分定位技术(Real -TimeKinamatic,RTK)基于高精度的载波相位观测值可用于快速静态定位,在应用中遇到的最大技术难题就是参照位置校正数据的有效作用距离㊂定位误差的空间相关性随着参照位置和移动位置距离的增加而逐渐失去线性,在一定距离下(单频大于10km,双频大于30km),经过差分修正处理后的用户数据还是有较大误差,导致定位精度降低而无法解算载波相位的整周模糊度问题㊂因此,为了保证所需定位精度,传统的单机RTK 使用距离十分有限[2]㊂3.2㊀网络RTK 定位技术㊀㊀在20世纪90年代中期,技术人员提出了网络RTK 定位技术的概念,以解决传统RTK 技术的不足㊂网络RTK 是在某一地区建立若干个基准站,构成对该地区的网状覆盖,并以这些基准站中的一个或多个为基准,向该地区相应地纠错信息,从而实现定位精确度的实时提升㊂与传统RTK 技术相比,网络RTK 定位技术不但扩大了覆盖范围,而且进一步压缩作业成本,提高了定位精度,减少了定位的初始化时间㊂网络RTK 系统的组成包括基准站网子系统㊁中心子系统㊁通信子系统㊁用户数据中心子系统㊁应用子系统,如图1所示㊂图1㊀网络RTK 系统组成3.3㊀连续运行参考站系统㊀㊀连续运行参考站系统(Continuous OperationalReference System,CORS)是由常年连续运行的若干固定基准站组成的网络系统,利用卫星导航定位㊁计算机㊁数据通信和互联网络等技术,按一定距离在一个个国家(区域)建立的㊂目前网络RTK 系统都是基于CORS 系统打造的,即很多CORS 系统都包含了网络RTK 定位功能㊂因此,CORS 的发展现状也体现了网络RTK 制式的发展现状㊂4㊀网络RTK 误差及导航系统精度分析4.1㊀网络RTK 误差分析㊀㊀导航信号从卫星的天线发射出来到接收机天线接收,然后由用户端接收机把测距信号量测出来,其中存在诸多影响因素,从而产生一定的误差㊂网络RTK 误差考虑到如下2方面:(1)天线相位中心偏差㊁多路径效应㊁无线电信号干扰以及与参考站㊁移动站有关的误差㊂(2)相对论效应㊁电离层误差和对流层误差等和星站间距离造成的误差㊂4.1.1㊀天线相位中心的偏差㊀㊀GNSS 测量可以用来检验天线的相位,可以通过计算卫星的质心来估算它们之间的距离㊂然而,这种方法的结果可能会受到精确星历的影响,导致它们的估算值可能会存在偏差㊂IGS 发展使得RTK 的施测变得更加精确,它通过比较使用者和被观察者的天线以及它们之间的相互影响,获取更准确的信息㊂这种方法大大提高了RTK 的精度,使其能够更好地反映实际情况㊂研究发现,天线的相位偏移主要由于它的天顶距对其产生的影响㊂然而,对于更精细的测量,笔者选择了50ʎ作为参考点㊂经过测量,可以看出随着角度的增加,数据误差也会随之增加㊂从0ʎ开始,误差几乎没有受到干扰,但是当角度达到45ʎ时,误差会达到最高,并且随着角度的增加,误差也会继续增加[3]㊂4.1.2㊀多路径效应的影响㊀㊀多路径效应(Multi Path Effect,MPE)是指各分量场在电磁波经过不同路径传播后,按各自相位相互叠加,使原有信号失真或产生错误,到达接收端的时间不同而产生的干扰㊂此类多路径现象会使接收方观察信号出现错误,造成追踪信号难度较大,该现象即为多路径效应㊂多路径效应对导航测量来说最为严重和危险,通常引起的误差约5cm 即可,而当反射系数大时则可能超过,误差值可达19cm 以上㊂特别是在多径效应的伪距离观测时,其错误可能高达10m或更高㊂多径误差和其他种类误差有所不同,除了与接收机天线圈周围存在环境及近㊁远反射物质有关外,还可以在一段时间内发生改变㊂因此多路径效应误差具有时变的复杂多样性,在实际应用中,很难用统一的模型进行描述㊂4.1.3㊀对流层延迟及其修正方法㊀㊀对流层是从地面开始向上延伸约50km 的大气层㊂在卫星信号传输过程中,对流层发生信号延迟的情况占到信号延迟的80%㊂当卫星导航信号穿过对流层时,信号的传播速度和路径就会发生变化,这种现象叫作对流层延迟(Transference)㊂对流层延时90%成因是由于大气层内的干燥分量导致的;剩下10%是由水蒸气导致的,称为湿度成分㊂因此,可通过对天顶方向干燥㊁湿度分量延时及对应投影函数表达对流层延时㊂ΔP trop =ΔP z ,dry M dry (E )+ΔP z ,wet M wet (E )(1)式中,ΔP trop 为对流层总延迟,ΔP z ,dry 为天顶方向对流层干分量延迟,M dry (E )为相应的对流层干分量投影函数,ΔP z ,wet 为天顶方向对流层湿分量延迟,M wet (E )为相应的对流层湿分量投影函数㊂当今,许多不同的对流层校验方法已被提出,而Hopfield㊁Saastamoinen 等新一代校验方法提供的数据比美国标准大气层的校验方法精度更高,误差仅为几毫米㊂在天顶方向,各模型的延迟改正误差都在20mm 以内,而湿分量部分的残余影响还是比较大㊂Hopfied 模型直接给出干分量和湿分量在传播路径上折射改正量(不再需要映射函数):ΔD trop =ΔD dry +ΔD wet(2)令i =dry ,wet ,则干湿分量用下式表示:ΔD i =10-6N i ð9k=1αk ,i k γk i éëêêùûúú(3)其中,折射指数公式为:N dry =0.776ˑ10-4P /T(4)N wet =0.373e /T 2(5)在这个方程中,用T ㊁P ㊁e 3个不同的参数来描述:大气温度(K)㊁大气压力(mbar )以及水气压(mbar)㊂r dry ㊁r wet 这些参数代表了从测量站出发,沿着干湿折射指数逐渐接近零的边缘线的距离(m),可以用下列公式来进行计算:γi =(γ0+h i )2-(γ0cos E )2-γ0sin E(6)在这公式中,边缘界面的高度(m)逐渐降至零,干湿折射指数分别为:h dry =40136+148.72(T -273.16)(7)h wet =11000(8)上面式中的系数为:g m =1.0-0.0026cos2B -0.28ˑ10-6Hα1,i =1α2,i =4a iα3,i =6a 2i+4b i α4,i =4a i (a 2i+3b i )α5,i =a 4i +12a 2i b i +6b 2i α6,i =4a i b i (a 2i+3b i )α7,i =b 2i (6a 2i+4b i )α8,i =4a i b 3i α9,i =b 4i a i =-sin Eh ib i =-COS 2E 2h i r 0在这些公式中,E 表示卫星的高度角,r 0表示测站的地心向径(m),P ㊁e 分别表示以mbar 为单位的测站大气压和水气压,T 表示测站的K 氏温度㊂Saastamoinen 模型为:ΔD dry =0.002277p g m(9)ΔD wet =0.002277g m1255T +0.05()e (10)其中,e 为水气压,可以根据测站上的相对湿度RH 来计算水气压㊂e =RH ˑexp(-37.2465+0.213166ˑT -0.000256908ˑT ˑT (11)g m 为平均重力,g m =1.0-0.0026cos(2B )-0.28ˑ10-6H ;B ㊁H 分别为用户纬度和高程㊂Saastamoinen 模型的投影函数采用了一种叫作Niell 的干分量投影函数,它的干分量投影函数为:m Hydro (ε)=1+a Hydro1+b Hydro1+c Hydro sin ε+a Hydrosin ε+b Hydro sin ε+c Hydro+1sin ε-1+a ht 1+b ht 1+c ht sin ε+a htsin ε+b ht sin ε+c ht éëêêêêêêêêùûúúúúúúúúˑH 1000(12)式中,ε为高度角,H 为正高,而干分量投影系数则由a Hydro ㊁b Hydro ㊁c Hydro 来表示;a ht =2.53ˑ10-5b ht =5.49ˑ10-3c ht =1.14ˑ10-3如果测站纬度Ø满足150ɤ|Ø|ɤ750,干分量投影系数利用下式进行内插计算,内插系数由系数表给出㊂p (Ø,t )=p avg (Øi )+[p avg (Øi +1)-p avg (Øi )]ˑØ-ØiØi +1-Øi +p amp (Øi )+[p amp (Øi +1)-p amp (Øi )]ˑØ-ØiØi +1-Øi{}ˑcos 2πt -T 0365.25()(13)式中,p 表示要计算的系数a Hydro ㊁b Hydro 或c Hydro ,Øi 表示表中与Ø最接近的纬度,t 是年积日,T 0为参考年积日,取T 0=28,a Hydro ㊁b Hydro ㊁c Hydro 的平均值及其波动值如表1所示㊂表1㊀干分量投影函数内插系数纬度a Hydro (average )b Hydro (average )c Hydro (average )a Hydro (amp )b Hydro (amp )c Hydro (amp )150.0012769930.0029153700.062610510.00.00.0300.0012683230.0029152300.062837390.000012709630.000021414980.00009012840450.0012465400.0029288450.063721770.000026523660.000030160780.00004349704600.0012196050.0029022570.063824270.000034000450.000072562720.00084795348750.0012046000.0029024910.064258460.000041202190.00011723380.00170372060㊀㊀而对于纬度Ø,|Ø|ɤ15ʎ,有:p (Ø,t )=p avg (15ʎ)+p avg (15ʎ)ˑcos(2πt -T 0365.25)(14)对于纬度Ø,|Ø|ȡ75ʎ,有:p (Ø,t )=p avg (75ʎ)+p avg (75ʎ)ˑcos(2πt -T 0365.25)(15)Niell 湿分量投影函数为:m wet (ε)=1+a wet1+b wet1+c wet sin ε+a wetosin ε+b wetsin ε+c wet(16)其湿分量投影系数a wet ㊁b wet ㊁c wet ,对于15ʎɤ|Ø|ɤ75ʎ是利用下式进行内插计算,内插系数如表2所示㊂p (Ø,t )=p avg (Øi )+[p avg (Øi +1)-p avg (Øi )]ˑØ-ØiØi +1-Øi(17)表2㊀湿分量投影函数内插系数纬度a wet (average )b wet (average )c wet (average )150.0005802180.0014275270.0434*******.00056794850.0015138630.04672951450.00058118020.0014572570.0439*******.00059727540.0015007430.04462698750.00061641690.0017599080.05473604而对于纬度Ø,|Ø|ɤ15ʎ,有:p (Ø,t )=p avg (15ʎ)(18)对于纬度Ø,|Ø|⩾75ʎ,有:p (Ø,t )=p avg (75ʎ)(19)4.1.4㊀电离层延迟及其修正方法㊀㊀随着日照㊁X 射线㊁γ射线等多种射线的照射,50~1000km 地表上的中性气体分子会经历一系列的物理现象,这些现象构成了一个复杂的物理系统,其特点是:随着射线的照射,这些物质会经历一系列物理反应,最终形成一个复杂的物理系统,它的物理特征就像一个复杂的物理系统㊂由于路线出现了轻微的变形,因此,将光速c 与时间Δt 相除,所获取的ρ与其本身的几何尺寸并无关联㊂通常电磁波在电离层中的折射率为:n 2=1-X1-Y 2T2(1-X )ʃY 4T4(1-X )2+Y 2L(20)式中,X =f 2p f2=N e e 24π2ε0mf2;Y T =f H f sin θ;Y L =f H fcos θ;ʃ的值取决于使用的电磁波的极化特性㊂N e电子密度是指每立方米空间中自由电子的数量;e 为电子电量,为1.6022E -19C;ε0为真空中的介电常数,为8.8542E -12F /m;θ代表电磁波在传播过程中与地球磁场的夹角;f 表示入射的电磁波的频率;f H 自由电子的回旋频率是指它们在受到地球磁场的影响时,其运动的特性和强度;f p 为等离子体频率,使电中性等离子平板产生振荡的特性频率时,从离子中分离出自由进行自由运动㊂因此,电离层造成的误差,主要是由信号频率㊁观测方向的仰角㊁观测时间电离层情况等因素决定,与卫星到接收机视线方向的电子密度有关㊂此外,当电离层剧烈活动时,可引起多普勒频移的变化,因为总电子含量的变化很快,从而可能造成相位的频繁脱锁㊂双频电离层修正模型,目前使用较多的电离层修正模型,可以有效地将残余误差降至总量1%以下㊂双频修正采用2个频点B 1㊁B 2,伪距观测量可以表示为:ρi =ρ0+If 2i (i =1,2)(21)可以得到:ρ0=aᶄρ1+bᶄρ2(22)其中:aᶄ=f 21/(f 21-f 22)bᶄ=f 22/(f 21-f 22)假定伪距观测量ρ1㊁ρ2的观测噪声有相同的均方差σn ,且相互独立,那么ρ0相对于单频测量下的归一化均方差可表示为:σρ0σn=aᶄ2+bᶄ2(23)由上式可计算出双频修正后得到的伪距观测量的观测噪声是单频测量的观测噪声的2.8976倍㊂如果采用频点B 1㊁B 3进行双频修正,那么双频修正后得到的伪距观测量的观测噪声是单频观测量的观测噪声3.5119倍;如果采用频点B 2㊁B 3进行双频修正,那么双频修正后得到后的伪距观测量的观测噪声是单频测量噪声的14.2866倍㊂计算电离层修正时应采用B 1㊁B 2频点上的伪距观测量,综合考虑估计精度和计算复杂度,对电离层进行修正㊂4.1.5㊀相对论效应㊀㊀在惯性空间中,被称为相对论效应的卫星时钟之间的相对运动㊂相对论效应可以划分为狭义和广义2类㊂按照狭义相对论的原则,安装在高度飞行卫星中的卫星钟频率f s 将会变为:f s =f 1-V 2s2c 2()(24)即Δf s =f s -f =-V 2s2c 2f ,式中V s 为卫星在惯性坐标系中运动的速度,f 为同一台钟的频率,c 为在真空中的光速㊂如将地球同步轨道卫星平均速度V s =3874m /s,c =299792458m /s 代入即可得:Δf s =-0.835ˑ10-10f (25)这说明,与静止在地球上的同类型时钟相比,地球同步轨道卫星的卫星时钟速度要慢一些㊂按照广义相对论,同样的时钟,在卫星上的频率会差,在地面上的频率也会差㊂Δf 2=W s -W k c 2f(26)其中,W s ㊁W k 分别为卫星所处位置的地球引力位和地面测站处的地球引力位㊂广义相对论的影响范围较小,可以将地球的重力位置视为一个单独的质点,于是有:W s =-μγW K=-μR ìîíïïïï(27)其中,μ为地球引力常数;R 为测站到地心的距离;γ为卫星到地心的距离㊂于是,Δf 2可得:Δf 2=μc 2f 1R -1γ()(28)总的相对论效应为:Δf =Δf s +Δf 2=μc 2éëêêùûúú1R-1γ()-V 2s 2c 2f (29)卫星钟比地球同类型钟的频率是增加的,解决办法是在制造卫星钟时把频率降低,以解决当这些钟进入轨道受到相对论效应影响时,频率刚好为标准频率㊂然而,上述相对论效应的影响,并不是常数的地球的运动和卫星轨道高度的改变以及地球重力场的改变㊂经上述修正后,存在残差影响卫星时间最长可达70ns,对卫星钟速影响可达0.01ns /s,这一影响必须考虑在高精度的单点定位中㊂4.2㊀导航定位精度分析㊀㊀影响导航的性能指标主要包括4个指标:精确度㊁完好度㊁可用性㊁连续性,而精确度指标是各系统为用户提供稳定可靠服务的保证,也是用户选择导航系统的重要依据,是各系统服务性能的最主要指标[4]㊂导航系统的服务精度主要取决于卫星分布的几何图形和观测量的精度,DOP 值一般作为一个卫星导航的精度㊂δAccuracy =DOP ˑδUERE(30)UERE 是由时钟误差㊁电离层延迟等因素造成的偏差,更多地反映在天空卫星的空间分布上,由于卫星接收路径产生用户等效距离误差的标准偏差,距离越远,误差放大效应也会增大㊂DOP 值作为反应星座组合和轨道参数的数值,主要包括水平DOP (HDOP )㊁垂直DOP (VDOP )㊁位置DOP (PDOP )㊁时间DOP (TDOP )和几何GDOP ㊂其中几何精度因子GDOP 是由PDOP 和TDOP 的综合影响的精度因子,可通过以下公式计算求得㊂GDOP =PDOP 2+TDOP 2(31)PDOP =σ2x +σ2y +σ2zσURE(32)给定定位精度水平,可用性取决于卫星在特定位置和一天内的几何形状㊂定位精度的高低是由DOP 所能接受的最大值来决定的,所以卫星导航系统的可用性要看定位精度的高低㊂普遍规律是PDOP ɤ6作为可用性评价系统的依据㊂利用几何精度因子的功能可预测导航系统的可用性(CFA),这就相当于在使用导航服务要求定位精度满足一定的要求㊂然而,事实上,系统完整性对于某些应用领域,尤其是航空领域来说是一个关键问题㊂因此,对系统的可用性,除了考虑DOP 门槛要求外,还应考虑组合导航系统观测卫星数量较多㊁GDOP 下降㊁组合导航系统定位时可选择最优星座即GDOP 数值最小的星座等自主完好监测和故障检测排除能力,这将有效提高导航系统定位精度[5]㊂5㊀仿真验证部分㊀㊀算例1:以2016年新疆地基增强CORS 站测试数据为例,数据来源为北斗导航新疆地基增强系统㊂通过运用北斗卫星导航新疆地基增强系统,新疆地区的事后导航定位服务区域能够实现全覆盖,同时重点区域能够获得dm 级甚至cm 级高精度定位服务㊂通过对比,可以发现新疆地基增强CORS 站系统的实时定位精度达到了5cm 以上,而且其高程精度也达到了10cm 以上,事后静态定位精度也达到了5mm 以上,而且其高程精度也不低于10mm㊂而移动网络定位精度远低于北斗卫星导航增强系统定位精度㊂算例2:北斗与GPS 联合精密定位,能够获得更高精度且系统鲁棒性更好㊂定位结果如表3所示㊂表3㊀北斗㊁GPS㊁北斗&GPS 定位精度对比单位:cm观测值N E U 北斗17.917.130.5GPS3.04.17.0北斗+GPS 4.0 3.56.26㊀结语㊀㊀北斗定位系统是中国重要的信息基础设施,它的建立为中国在导航卫星领域的国际影响力奠定了坚实的基础㊂经过模拟验证,与传统的BDS 定位方法相比,北斗地基增强系统的静态定位和动态网络RTK 测量精度都能满足要求,而且,将BDS 技术整合起来,更能体现多卫星集成技术的优越性㊂BDS 网络RTK 定位技术已经取得了巨大的进步,它的不断改进将有助于北斗地基增强系统的发挥,为北斗导航卫星的发展和应用提供坚实的基础㊂参考文献[1]郭树人,刘成,高为广,等.卫星导航增强系统建设与发展[J ].全球定位系统,2019(2):1-12.[2]刘文建.北斗/GNSS 区域地基增强服务系统建立方法与实践[D ].武汉:武汉大学,2017.[3]赵俊天.新疆维吾尔自治区CORS 系统的建设与定位服务测试[D ].西安:长安大学,2017.[4]李征航,张小红.卫星导航定位新技术及高精度数据处理方法[M ].武汉:武汉大学出版社,2009.[5]黄文德,康娟,张利云,等.北斗卫星导航定位原理与方法[M ].北京:科学出版社,2019.(编辑㊀沈㊀强)Design and test analysis of Beidou satellite navigation foundation enhancement systemXu Peng Zhao Wei Luo Wei Lan Wei Sang FeiUnit 61773 Urumqi 831100 ChinaAbstract This paper briefly reviews and summarizes the generation development history and evolution of the globalsatellite foundation enhancement system introduces the current situation of the Beidou satellite foundation enhancement system in China analyzes the error of the network RTK and the factors affecting the positioning accuracythen compares the Beidou satellite foundation enhancement system with the mobile network and the positioningaccuracy of the GPS system and explores the positioning effect of the Beidou system and GPS system.Key words Beidou positioning accuracy test ground -based enhancement system CORS system。
解析北斗地基增强系统建设
解析北斗地基增强系统建设摘要：本文对北斗地基增强系统建设要点进行分析，首先阐述北斗地基增强系统的内涵，其次对北斗地基增强系统建设的主要内容进行探究，希望可给相关的工作人员提供一些参考。
关键词：北斗地基；增强系统；建设要点引言经济的快速发展极大地促进信息网络的建设，特别是导航系统，进而为便捷化的社会生活和生产建设提供了基础性的保障。
城市化建设中CORS是极为重要的一项内容，在交通等工程的运行中起着至关重要的作用。
1北斗地基增强系统概述如今北斗地基增强系统已经成为人们日常生活中不可或缺的重要部分，该系统主要包含空基和地基两个方面，基于特定得设备推进卫星定位导航，是相关系统稳定高效运行的重要基础。
作为卫星增强系统中的重要组成部分，空基增强系统主要涉及到地面参考站和传输站以及同步卫星等的运行，基于这些设备推进有序的操作，最终得到较高精度的定位数据。
地基增强系统同样有着极为重要的作用，其主要由基准站和数据播发系统等组成，基于各个部分的统筹协作达到既定的操作要求。
卫星定位服务综合系统是连续运行的基准站，各类数据信息的收集和传递以及坐标变化的修正等都是通过其进行。
其中所涉及到的数据传输主要是通过数据处理中心与CORS站进行，在无线网络的支持下完成与终端用户的信息传送，同时还可进行个性化的调整。
对于数据播发系统来说，其承担着数据的各项处理，当前该系统主要有单向和双向两种模式，最终将相应的位置信息传送到数据处理中心。
处理中心在对数据做出调整以后，即可将其传送到终端处理器，因外界其他影响因素的存在，所得到的修正数据会存在一定的差异。
鉴于此，用户可基于具体的要求进行再次调整，以获得精确的定位数据。
2北斗地基增强系统建设2.1基准站系统作为北斗地基增强系统的重要组成部分，基准站主要有观测和观监等几种情况，在科技得到不断发展的条件下，其功能也在不断地丰富。
该系统主要涉及到接收机设备和路由器以及监测器等设备，在多种原件的配合下运行，数据的传输则是借助于有线或无线网络，最终将相应的数据传输到特定的数据库中。
北斗卫星导航系统发展报告1.0版-2011-8
附录
北斗导航卫星发射时间
2000 年 10 月 31 日，发射第 1 颗北斗导航试验卫星。 2000 年 12 月 21 日，发射第 2 颗北斗导航试验卫星。 2003 年 5 月 25 日，发射第 3 颗北斗导航试验卫星。 2007 年 2 月 3 日，发射第 4 颗北斗导航试验卫星。 2007 年 4 月 14 日，发射第 1 颗北斗导航卫星。 2009 年 4 月 15 日，发射第 2 颗北斗导航卫星。 2010 年 1 月 17 日，发射第 3 颗北斗导航卫星。 2010 年 6 月 2 日，发射第 4 颗北斗导航卫星。 2010 年 8 月 1 日，发射第 5 颗北斗导航卫星。 2010 年 11 月 1 日，发射第 6 颗北斗导航卫星。 2010 年 12 月 18 日，发射第 7 颗北斗导航卫星。 2011 年 4 月 10 日，发射第 8 颗北斗导航卫星。 2011 年 7 月 27 日，发射第 9 颗北斗导航卫星。
北斗卫星导航系统建成后将为全球用户提供卫星定 位、导航和授时服务，并为我国及周边地区用户提供定 位精度 1 米的广域差分服务和 120 个汉字/次的短报文通 信服务。
·4·
——主要功能：定位、测速、单双向授时、短报文 通信；
——服务区域：全球； ——定位精度：优于 10 米； ——测速精度：优于 0.2 米/秒； ——授时精度：20 纳秒。
北斗卫星导航系统坚持开放、友好的态度，与已经 拥有卫星导航系统的国家开展广泛的交流和协商，推动 全球范围内卫星导航系统间的兼容与互操作；通过与未 拥有卫星导航系统的国家开展沟通与合作，支持其通过 利用全球已有资源而共同享受卫星导航发展成果。
中国在卫星导航领域的国际交流与合作始于 20 世 纪 90 年代，近 20 年来，开展了多种形式的国际活动， 取得了广泛的成果。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
增强系统 得 到 广 泛 建 设,这 一 问 题 也 显 得 日 益 突 出 ．各 增 强 技 术 和 系 统 之 间 的 分 散 式 建 设 和 非 体 系 化 发 展 ,不 仅 不 利 于 导 航 资 源 之 间 的 统 筹 共 享 和 协 同工作,还 在 概 念 与 专 业 术 语 上 产 生 了 一 定 的 混 淆,给用户的认知 和 使 用 带 来 了 困 难,不 利 于 导 航 应 用 完 整 “生 态 圈 ”的 形 成 ．后 发 建 设 的 卫 星 导 航 系 统逐渐认 识 到 了 这 一 问 题,并 开 始 尝 试 体 系 化 建 设．例如,欧洲 Galileo通 过 定 义 和 设 计 服 务 类 型, 来规划和引导系统建设[１];日本 QZSS则 在 基 本 系 统基础上,一体化建设和提供 SBAS及广域精密定 位(PPP)服务 ． [２]
我国 BDS采 用 三 步 走 策 略,并 具 有 后 发 建 设 优势．在设计建设 之 初 即 采 用 了 体 系 化 思 路,明 确 增强服务与基本 系 统 一 体 化 同 步,而 包 括 GEO 卫 星在内的混合星座也具有提供增强服务的优势条 件．当前,随着北斗 二 号 区 域 系 统 的 持 续 稳 定 服 务 以 及 北 斗 三 号 全 球 系 统 的 加 速 建 设 ,北 斗 增 强 体 系 已 初 步 形 成 ,并 成 为 北 斗 系 统 特 色 与 优 势 之 一 [３Ｇ５]．
本 文 重 点 针 对 信 息 增 强 技 术 手 段 ,对 卫 星 导 航 增强体系的产生、建 设 和 发 展 进 行 了 回 顾 和 总 结, 明 确 了 相 关 技 术 内 涵 与 定 义 ,并 重 点 对 北 斗 卫 星 导 航增强体系建 设 发 展 情 况 进 行 了 阐 述．北 斗 卫 星 导航增强体系以满足不同用户对服务性能的提升
第 ４４ 卷 第 ２ 期 ２０１９ 年 ４ 月
GN 全SS球Wo 定rld 位of系Ch 统ina
DOI:１０．１３４４２/j．gnss．１００８Ｇ９２６８．２０１９．０２．００１
VoAlp．４r４,２,０N１o９．２源自卫星导航增强系统建设与发展
郭 树 人 ,刘 成 ,高 为 广 ,卢 鋆
收 稿 日 期 :２０１９Ｇ０２Ｇ２８ 通信作者:郭树人 EＧmail:gsr８８８＠tom．com
２
全 球 定 位 系 统
第 ４４ 卷
要求为核心目标,通 过 星 基、地 基 等 多 种 手 段 在 广 域、区域范围内为 用 户 提 供 多 重 增 强 服 务．进 一 步 地,文章分析和展望了低轨星座、５G 等新兴技术对 卫星导航系统的 增 强 作 用．未 来,北 斗 卫 星 导 航 增 强 体 系 将 充 分 利 用 这 一 发 展 机 遇 ,进 一 步 融 合 新 兴 增强技术手段,提升服务性能与能力,在 BDS综合 定位、导航 与 授 时 (PNT)服 务 中 发 挥 日 益 重 要 的 作用．
(北京跟踪与通信技术研究所,北京 １０００９４)
摘 要 :自 卫 星 导 航 系 统 诞 生 以 来 ,人 们 发 展 了 多 种 增 强 技 术 和 手 段 ,并 建 立 了 大 批 增 强 系统,以满足用户更高精度 和 完 好 性 的 需 求．由 于 卫 星 导 航 增 强 技 术 客 观 上 晚 于 基 本 系 统 出 现,且都是按需独立建立,因此不可避免地存在着“碎片”和“补 丁”式 发 展 问 题,相 互 之 间 功 能 重叠,缺乏统一的规划和标准,未成体系化建设．本文 回 顾 和 总 结 了 卫 星 导 航 增 强 技 术 的 产 生 和 发 展 历 程 ,梳 理 了 相 关 技 术 内 涵 与 定 义 ,并 重 点 介 绍 了 中 国 北 斗 卫 星 导 航 系 统 (BDS)增 强 体 系的建设和发展情况．在此基础上,结合５G 通信、低轨卫星等新兴技术,对卫星导航增强体系 未来发展动态进行了展望和分析,并 对 未 来 北 斗 定 位、导 航 与 授 时 (PNT)综 合 服 务 中 的 增 强 体系建设提出了建议．
关 键 词 :北 斗 ;RTK;SBAS;PPP;低 轨 星 座 ;５G 中图分类号:P２２８������４ 文献标志码:A 文章编号:１００８Ｇ９２６８(２０１９)０２Ｇ０００１Ｇ１２
０ 引 言
从１９９４年 世 界 上 第 一 个 卫 星 导 航 系 统——— GPS 建 成 并 提 供 服 务 开 始,卫 星 导 航 技 术 走 入 人 们的 生 活 已 超 过 ２５ 年．在 非 遮 挡 条 件 下,四 大 GNSS系 统 (美 国 GPS、俄 罗 斯 GLONASS、欧 洲 Galileo及中国 北 斗 卫 星 导 航 系 统 (BDS))基 本 服 务均能提供 １０ m 左右的定位精度,满足大多 数 大 众用 户 的 精 度 要 求．然 而,对 于 测 绘 作 业、国 土 勘 测、精准农业等高 精 度 领 域 而 言,这 一 性 能 还 远 远 不够．同时,随着卫 星 导 航 应 用 场 景 的 不 断 拓 展 和 深 化 ,普 通 大 众 对 导 航 定 位 性 能 的 要 求 也 在 不 断 提 高,高性能正逐渐 从 专 业 领 域 扩 展 到 大 众 应 用．因 此,为提升卫星导 航 系 统 服 务 性 能、满 足 各 类 用 户 需求,辅助 GPS(AＧGPS)、星 基 增 强 系 统 (SBAS)、 实时动态载波相位差分 技 术(RTK)等 卫 星 导 航 增 强技术与系统应运而生．