卫星导航增强系统及发展现状
Ⅲ类GBAS发展现状和趋势

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全球导航卫星系统发展进程

全球导航卫星系统发展进程全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)是由一系列卫星和地面控制站组成的系统,用于提供全球定位、测量和导航服务。
GNSS是当今世界上最复杂、最精密的系统之一,其发展历程经历了无数次的挑战和变革。
一、GNSS的起步阶段GNSS首先被提出的是美国的GPS(Global Positioning System),该系统由美国国防部发起,旨在为美国军事提供定位和导航服务。
GPS于1978年正式启动,先后经历了发射卫星、建立地面站、进行试验等阶段,直到1993年,GPS正式向全球民用化。
GPS给定位导航和地理信息应用带来了革命性影响,也激发了全球其他国家加入GNSS竞争的热情。
随着时间的推移,欧盟推出了Galileo系统、俄罗斯推出了GLONASS系统、中国推出了北斗卫星导航系统,这些系统都是在模仿GPS原理的基础上进行开发的。
Galileo系统的建设始于2002年,GLONASS系统于1976年开始研发,但由于资金短缺和政治环境变动,GLONASS的发展进程非常缓慢;北斗系统则于1994年启动 and 同时工程师们还按照GPS的设计方案构建了BD-1,后来逐渐完善的BD-2和BD-3版本,北斗系统于2018年完成全球组网,并开始提供全球服务。
二、GNSS的应用领域随着GNSS系统的发展和成熟,其应用也越来越广泛。
在航空领域,GNSS可以为民航、航空海运等提供空中导航、飞行监控和杆位控制等服务。
在海事领域,GNSS可以用于海上导航和防护,减少船只碰撞和海上事故。
在陆地领域,GNSS可以为交通导航、城市规划、农业生产和自然灾害监测等领域提供帮助。
到目前为止,GNSS系统的应用已经覆盖了很多领域。
人们使用这些系统进行导航、旅游、运动、农业、天气预报等方面,也利用GNSS进行科学研究、地质勘测和环保监测等方面。
此外,GNSS还被广泛用于交通监管、救援和军事应用等领域。
卫星导航着陆系统现状及发展趋势

求 已经不 远 。在 军用 卫 星 导航 着 陆方 面 ,美 国的联 合 精 密 进 近 与 着 陆 (on rcs n A po c n J itP ei o p rah a d i L n igS s m,JA S a d yt n e P L )计划 针对 陆基 和海 基精 密 进 近 与着 陆/ 舰制 定 了详细 的计划 , 着 其针 对着 舰应
美 国联邦 航 空局 ( A F A) 已将 局域 增 强系 统作 为 下 一 代 空 管 中飞 机 引导 的核 心 支 撑 系 统 之 一 和
P NT 服务 路 线 图 的组 成 部分 ,2 0 0 9年 Ho e wel ny l 公司 从 F A 获得 了 C T I 系 统 的系统 设计认 证 A A 类 ( D ,从而 使 其 S S4 0 系 统成 为 了 目前世 界 S A) L .0 0
是澳 大利 亚 ,利用 安装 的 S S4 0 L .0 0地 面 设备和 具
统最 低性 能标 准 、操 作概 念和 规范 的制 定; 2 1~ 0 5年 , 成 C TII 类着 陆系统 的开 03 2 1 完 A / I II
发和 取证 工作 ,具备 初始运 行 能力 ;
备 G S能 力 的 7 78 0型飞机 进 行 了大 量 的飞行 试 L 3 .0
21 0 2年 1 第 5期 0月
现 代 导 航
卫 星导 航 着 陆 系 统 现 状 及 发 展 趋 势
王 党 卫 ,李 斌 ,原 彬
( 国 电子 科 技 集 团公 司第 二 十 研 究所 ,西 安 70 6 ) 中 10 8
摘
要:介绍 了卫星导航着陆系统的基本组成原理及功能特点,并对卫星导航着陆系统 国内
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
03
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
01
02
03
04
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。
工程测量课件:全球卫星导航系统(GNSS)简介

➢ 卫星位置、卫星钟差从卫星导航电文中获得
➢ 对流层延迟采用经验模型计算
➢ 电离层延迟采用经验模型计算或双频方法消除
➢ 忽略卫星钟差残余误差等误差的影响
只有天线(待测点)坐标、接收机钟误差四个未知数
1
(
X
i S
X )2
(YSi
Y )2
(ZSi
Z)2 2
ctr
i
I
cts
6. GNSS定位基本方法-1伪距单点(绝对)定位
1 +tP 2 +tP 3 +tP 4 +tP
( X1 X P )2 (Y1 YP )2 (Z1 ZP )2
( X 2 X P )2 (Y2 YP )2 (Z2 ZP )2
( X 3 X P )2 (Y3 YP )2 (Z3 ZP )2
( X 4 X P )2 (Y4 YP )2 (Z4 ZP )2
4.2 GNSS接收机分类
(1)按用途 导航型接收机、测地型接收机、授时型接收机、姿态测量型等
(2)按系统类型 单系统接收机、多系统接收机
能同时接收GPS、GLONASS、BDS、GALILEO等卫星信号的接收机,简称为GNSS卫星 定位接收机。
优越性: 增加接收卫星数 提高效率 提高定位的可靠性和精度
服务五大功能。
1.概述- 1卫星导航系统的现状
(4)GALILEO系统 欧盟欧盟通过欧洲空间局和欧洲导航卫星系统管理局建造, 2005年开始研制,正在建设中 基于GALILEO地球参考框架(GTRF),与最新的ITRF保持在3cm(2sigma)以内。
1.概述-2卫星定位技术的应用
1.2卫星定位技术的应用
4. GNSS接收机-1GNSS接收机构成
北斗卫星导航系统介绍资料

北斗卫星导航系统介绍资料北斗卫星导航系统,是中国自主研发的全球卫星导航系统。
它是由一系列卫星、地球站以及用户设备组成,能够为全球用户提供全天候、全天时、高精准度的导航、定位和授时服务。
北斗系统主要包括北斗卫星导航系统、北斗增强系统和北斗国际系统三个方面。
首先,北斗卫星导航系统由一组北斗卫星组成,这些卫星以地球同步轨道、倾斜地球同步轨道和中地球轨道等不同轨道形式运行,能够覆盖全球范围的导航需求。
目前,北斗系统已经成功发射了40颗卫星,预计到2024年将建成全球40颗卫星的导航网络。
这些卫星通过与地面的用户设备进行通信,实现了对用户的导航、定位和授时服务。
北斗卫星导航系统的主要特点是具备高可靠性、高精度和全球覆盖的能力。
其次,北斗增强系统是为了满足用户对高精度、高可靠性的导航需求而开发的系统。
该系统通过增加卫星数量、地面网络改进、扩大覆盖范围等手段来提高导航精度和可用性。
北斗增强系统可以提供高精度的导航定位服务,其定位精度可在米级范围内实现,具备了适合交通运输、物流、环境监测等领域的高精度导航应用能力。
最后,北斗国际系统是北斗卫星导航系统在国际领域的应用,通过与其他国际卫星导航系统建立协同合作关系,实现了对国际用户的导航服务。
目前,北斗系统已与俄罗斯的格洛纳斯系统、欧洲的伽利略系统等国际卫星导航系统进行了合作,实现了跨区域、跨系统的导航覆盖。
这种国际系统间的合作,提高了北斗系统的导航可用性和精度,为用户提供了更好的导航服务。
总之,北斗卫星导航系统是中国自主研发的全球卫星导航系统,具备高可靠性、高精度和全球覆盖的能力。
它通过一系列卫星、地球站和用户设备的配合,为用户提供全天候、全天时的导航、定位和授时服务。
北斗系统还包括北斗增强系统和北斗国际系统,通过增加卫星数量、改进地面网络以及与国际系统合作,进一步提高了系统的精度和覆盖范围。
北斗卫星导航系统在交通运输、物流、环境监测等领域具有广泛的应用前景。
国外卫星导航定位系统最新进展及发展趋势

卫星 GI E B OV - Q S Z S系统 印度 INS R S系统
日本
在轨试验阶段表现 良好 Q S Z S关键技术取得进展
计划 2 1 年开始 发射 03 第一颗 卫星计划 在 2 0 年 发射 09 未来 5 ~6年内完成全系统部署
工 作 卫 星
3颗卫星 7 颗卫星
表 2 GP 一 主 改进牲能 S3
增加或改进性能 指 标
加军码 M 和 民用信号 L C,导航信号增加到 6 ,并对有 2 个 效载荷硬件进行升级 。 改进型导航 卫星 G S2 增加第三个 P 一F 民用信号 L 。 5 改进型 导航 卫星 GP 2 S一 F预计 今年 年底 交付使 用 。
增 强 、覆 盖 范 围扩 大 。第 一 代 GP S卫星 验 证 了 GP S系统 设
计 的成功性 。第二代 G S 星与 G S 1 星相 比 ,G S2 P 卫 P 一卫 P 一/
2 工作 寿命 延长 、在 轨 重 量 和 电源 功 率 增 大 ; S2 A GP 一R卫
星增加 了三大功能 ,一是增加 了时间保持系统 ( K .二 T S)
国别 与系统 美国 设计轨道卫星数 2 4颗卫星 日前组 成 目前 3 颗在轨 l 1 3颗 G s 2 P 一 A、 正常工作状态
GP S系统
1 9 年全部建成 95
1 G S2 2颗 P 一R
6颗 G s2 — P 一R M 目前 1 颗在轨 6
提供全球服务
第三代GP 一 完成系统设计评审 ,G S 3 ( 颗 )合同 S3 P 一A 8
20 0 8年 计 划 发 射 6颗 GLONAS — 卫 星 。 欧 洲 伽 利 略 SM
理 念 , 在 向 下 一 代 导航 卫 星 G S2 第 三 代 导航 卫 星 正 P 一F和
现代卫星导航系统的技术特点与发展趋势

现代卫星导航系统的技术特点与发展趋势摘要:卫星导航系统是一种全球性的高精度时空基准提供系统,它为人类的生产生活带来了极大的便利,也为人类的安全、军事、经济等提供了重要保障。
卫星导航系统具有很强的技术应用性,随着北斗系统组网完成,其应用将会更加广泛。
20世纪90年代以来,随着第三代移动通信技术(3G)、数字程控交换技术、宽带无线局域网技术(WLAN)等不断发展和完善,以及航天技术的进步,卫星导航已经进入到与互联网、云计算等新兴信息技术融合发展的新阶段。
本文在回顾了卫星导航系统发展历史并对国内外卫星导航系统技术发展进行了分析、研究和展望的基础上,重点探讨了北斗卫星导航系统、全球导航卫星系统(GNSS)、智能星基增强系统(ISES)等技术特点与未来发展趋势。
关键词: GPS;北斗;技术特点;发展趋势一、引言卫星导航是现代信息技术发展的一个重要方向,在人类社会的诸多领域起到了无可替代的作用。
由于卫星导航具有不受电磁干扰、全天候运行、环境适应性强等优点,使得其在军事、民用、农业、交通运输、地理测绘以及大众消费等方面都有着广泛的应用。
随着科技的进步,卫星导航技术也在不断发展和完善,除传统的卫星定位方式外,还出现了一些新型卫星导航系统。
全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System),简称 GPS,是美国20世纪70年代中期开始建设的一个全球性卫星导航定位系统。
二、卫星导航系统发展历史目前,全球公认的卫星导航系统有 GPS、 GLONASS、 Galileo和 GALILEO四大系统,其中 GPS系统分别被称为美国的“三大卫星导航系统”,也称 GPS全球卫星导航系统。
目前,我国的北斗卫星导航系统已经完成了组网,即将正式提供服务。
GPS-21与GPS-22也将在2017年完成组网。
目前,我国已经建立起了自主可控的卫星导航定位服务体系。
(一)第一代:伽利略系统伽利略系统(Galileo)是欧盟研制的一种卫星导航系统,由30颗静止轨道和地球同步轨道卫星组成,为欧洲用户提供定位、时间和速度等基本服务,并能与其他国家的 GPS系统兼容共用。
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卫星导航增强系统及发展现状卫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。
从目前全球卫星导航系统发展的大趋势看,从前的美国 GPS 系统“一家独大”,已经由于俄罗斯 GLONASS、中国北斗、欧洲伽利略的崛起,向着“四分天下”发展。
甚至未来可能还会有印度、日本等国家的区域系统出现,那时全球 GNSS 将是“群雄逐鹿”的局面,系统间的竞争将愈加激烈。
如何能够突破重围,在竞争中立于不败之地?本文认为系统服务性能将是制胜关键,而作为系统能力倍增器的增强系统将是实现这一能力的重中之重。
目前,国外卫星导航增强系统主要分为星基增强系统(SBAS)和地基增强系统(GBAS)两大类。
星基增强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)等,地基增强系统如美国的局域增强系统(LAAS)等。
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。
以下主要从星基增强系统和地基增强系统这一分类角度,对于目前国外卫星导航增强系统的发展情况进行简要介绍。
表 1 当前卫星导航增强系统所采用的增强技术分类一、星基增强系统及应用发展星基增强系统(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)。
上述 SBAS 系统的工作原理大致相同。
首先,由大量分布极广的差分站(位置已知)对导航卫星进行监测,获得原始定位数据(伪距、卫星播发的相位等)并送至中央处理设施(主控站),后者通过计算得到各卫星的各种定位修正信息,通过上行注入站发给 GEO 卫星,最后将修正信息播发给广大用户,从而达到提高定位精度的目的。
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。
图 1 WAAS 发展阶段部署与 GEO 卫星时间表图 2 WAAS 系统组成示意图WAAS 系统的发展可分为 4 个阶段(图 1):第 1 阶段为初始运行能力阶段(IOC),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。
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 LPV-200 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。
第 4 阶段(2014—2028 年),WAAS 系统将增加 L5 频段信号,并实现 L1 和 L5 的双频跟踪能力。
按照计划,此项能力将在 2019 年左右初步实现。
在WAAS 建立之初,其空间段由两颗国际海事卫星 Inmarsat-3-F4 (西太平洋地区 AOR) 和Inmarsat-3-F3 (太平洋地区,POR)组成,两颗 GEO 卫星的轨道分别位于西经 133°和西经107°。
现在,这两颗卫星已经分别被另外两颗 GEO 卫星所取代,即国际通信卫星有限公司(Intelsat)的商业卫星 Galaxy-15 以及加拿大的通信卫星 Anik–F-1R。
此外,2010 年末国际海事卫星 Inmarsat-4-F3 成为了WAAS 系统的第三颗 GEO 卫星,轨道为西经 98°。
二、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。
系统由25 个地面监测站组成,其中19 个位于俄罗斯境内,6 个位于俄罗斯境外(含南极三个),1 个位于莫斯科的控制中心和 3 颗地球静止轨道卫星组成,数据播发方式除 GEO 卫星链路广播外,还可通过互联网、电视通道和蜂窝网络向用户实时提供GLONASS、GPS 的差分校正信息(完好性信息、广域和局域差分改正数据)。
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:差分校准和监测站、中央处理设施以及用来中继差分校正信息的地球静止轨道卫星。
三、日本多功能卫星星基增强系统日本的多功能卫星星基增强系统(MSAS),是基于 2 颗多功能卫星的GPS 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。
MSAS 的空间段由两颗多功能传输卫星(MTSat)组成,他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 频段和 L 频段两个载波,其中 Ku 频段主要用于播发气象数据,L 频段频率与 GPS L1 频段相同,主要用于导航服务。
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。
四、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。
按计划, GAGAN 空间段的 3 颗 GEO 卫星分别为“ 地球静止卫星”(Geosynchronous Satellite,GSAT)系列的 GSAT-8、GSAT-10 以及 GSAT-15。
“地球静止卫星”是印度自主发展的静止轨道通信卫星系列,是印度国家卫星系统两大系列之一,由印度空间研究组织研制,并计划采用印度自己的“地球同步卫星运载火箭”(GSLV)发射。
目前,GAGAN 系统空间段计划使用的三颗 GEO 卫星已经发射了两颗:第一颗搭载 GAGAN 载荷的卫星 GSAT-8 于 2011 年 5 月发射,目前正工作在东经 55?的轨道上;第二颗搭载 GAGAN 载荷的卫星 GSAT-10 于 2012 年 9 月 28 日发射,目前正工作在东经 83 度的轨道上;最后一颗GSAT-15 计划于 2015 年发射。
五、地面增强系统及应用发展广域增强系统发展分两步走,提供精密进场能力局域增强系统(Local Area Augmentation System,LAAS)是一种能够在局部区域内提供高精度GPS 定位的导航增强系统。
其原理与广域增强系统(WAAS)类似,只是用地面的基准站代替了WAAS 中的GEO 卫星,通过这些基准站向用户发送测距信号和差分改正信息,从而实现飞机的精密进场。
如图 4。
图 3 局域增强系统(LAAS)系统示意图精密进场是飞机飞行过程中最为关键的阶段,根据要求的不同,精密进场可分为三个级别:CAT I、CAT II 和 CAT III。
WAAS 只能满足 CAT I 类精密进场的性能要求,对于难度更大、性能要求更加严格的 CAT II 和 CAT III 类精密进场,必须采用 LAAS 方式。