衛(wèi)星導航與空管民航局空管局廣州2010.6.101衛(wèi)星導航系統(tǒng)概述2衛(wèi)星導航的應用內(nèi)容3PBN路線圖衛(wèi)星導航系統(tǒng)概述一個世界范圍的定位和定時系統(tǒng)，包含：

一個或多個衛(wèi)星星座機載接收機系統(tǒng)完好性監(jiān)視必要的時候需要增強以支持所需的導航性能。ICAO國際民航公約附件十GNSSSARPs衛(wèi)星導航系統(tǒng)概述GNSS元素：GalileoABASGNSS星座增強系統(tǒng)機載接收機GLONASSGPSSBASGBASRAIM、AAIMWAAS、EGNOSGRASLAASCompassGPSGlobalPositioningSystem軍方建設，DOT、DOD、DOA和NASA共管全球、全天候覆蓋，應用廣泛。GPS介紹GPS介紹從1973年到1995年，GPS系統(tǒng)的建立經(jīng)歷了近22年，耗資超過100億美元，它是繼阿波羅登月計劃和航天飛機計劃后的第三項龐大空間計劃。共發(fā)射39顆衛(wèi)星（BlockI15顆，BlockII24顆）保證在世界任何地方至少同時看到4顆衛(wèi)星。GPS系統(tǒng)能提供實時、連續(xù)、全天候的導航定位及授時服務?？臻g部分：

提供星歷和時間信息

發(fā)射偽距和載波信號

提供其它輔助信息用戶部分：

接收并測定衛(wèi)星信號

記錄原始數(shù)據(jù)

得到導航定位信息地面控制部分：

解算中心控制參數(shù)

實現(xiàn)時間同步

跟蹤衛(wèi)星并進行定軌GPS系統(tǒng)組成24顆衛(wèi)星（21+3）6個軌道平面20200km軌道高度（地面高度）12小時（恒星時）軌道周期1575.42MHz（19.05cm）1227.60MHz（24.45cm）GPS空間部分GPS衛(wèi)星作用：接收、存儲導航電文生成用于導航定位的信號（測距碼、載波）發(fā)送用于導航定位的信號（采用雙相調(diào)制載波上的測距碼和導航電文）接受地面指令，進行相應操作其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測核暴等。主要設備太陽能電池板原子鐘（2臺銫鐘、2臺銣鐘）信號生成與發(fā)射裝置類型試驗衛(wèi)星：BlockⅠ工作衛(wèi)星：BlockⅡBlockⅡ：存儲星歷能力為14天，具有SA和AS地能力BlockⅡA（Advanced）：衛(wèi)星間可相互通訊，存儲星歷能力為180天，SV35和SV36帶有激光反射棱鏡BlockⅡR（Replacement/Replenishment）：衛(wèi)星間可相互跟蹤相互通訊BlockⅡF（FollowOn）：新一代的GPS衛(wèi)星,增設第三民用頻率GPS衛(wèi)星GPS的地面監(jiān)控部分主控站：1個（美國科羅拉多州法爾孔空軍基地）監(jiān)測站：5個（夏威夷、主控站及三個注入站）注入站：3個（阿松森群島（大西洋）、迪戈加西亞（印度洋）、卡瓦加蘭（太平洋）11HawaiiAscencionDiegoGarciakwajaleinColoradosprings衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu)

每顆衛(wèi)星都發(fā)射一系列無線電信號（基準頻率?）兩種載波（L1和L2）兩種碼信號（C/A碼和P碼）一組導航電文（信息碼，D碼）基準頻率10.23MHZ

L11575.42MHZC/A碼

1.023MHZP?碼10.23MHZL21227.60MHZ15412050比特/S衛(wèi)星信息電文（D碼）GPS衛(wèi)星信號載波作用搭載其它調(diào)制信號測距測定多普勒頻移類型目前L1–頻率：154f0=1575.42MHz；波長：19.03cmL2–頻率：120f0=1227.60MHz；波長：24.42cm現(xiàn)代化后增加L5–頻率：115f0=1176.45MHz；波長：25.48cm測距碼類型目前C/A碼（Coarse/AcquisitionCode）–粗碼/捕獲碼；碼率：1.023MHz；周期：1ms；1周期含碼元數(shù)：1023；僅被調(diào)制在L1上P（Y）碼（PreciseCode）–精碼；碼率：10.23MHz；周期：7天；1周期含碼元數(shù)：6187104000000；被調(diào)制在L1和L2上現(xiàn)代化后在L2上調(diào)制C/A碼在L1和L2增加調(diào)制M碼GPS定位原理單點定位解可以理解為一個后方交會問題衛(wèi)星充當軌道上運動的控制點，觀測值為測站至衛(wèi)星的偽距（由時延值推算得到）由于接收機時鐘與衛(wèi)星鐘存在同步誤差所以要同步觀測4顆衛(wèi)星，解算四個未知參數(shù)：精度

,經(jīng)度

,高程h,鐘差t美國政府的GPS政策SA技術(shù)（1990.3.25~2000.5.1）SelectiveAvailability–選擇可用性人為降低普通用戶的測量精度。方法:ε技術(shù)：降低星歷精度（加入隨機變化）δ技術(shù)：衛(wèi)星鐘加高頻抖動 （短周期，快變化）AS技術(shù)（1994.1.31~至今）Anti-Spoofing–反電子欺騙P碼加密16GPS現(xiàn)代化1999年1月25日，美國副總統(tǒng)戈爾宣布，將斥資40億美元，進行GPS現(xiàn)代化。GPS現(xiàn)代化實質(zhì)是要加強GPS對美軍現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中的支撐和保持全球民用導航領(lǐng)域中的領(lǐng)導地位。GPS現(xiàn)代化GPS現(xiàn)代化第一階段發(fā)射12顆改進型的BLOCKⅡR型衛(wèi)星。GPS現(xiàn)代化第二階段發(fā)射6顆GPSBLOCKⅡF（“ⅡFLite”）。GPS現(xiàn)代化計劃的第三階段發(fā)射GPSBLOCKⅢ型衛(wèi)星，在2003年前完成代號為GPSⅢ的GPS完全現(xiàn)代化計劃設計工作。(1)2000年5月1日零點開始將SA信號強度降為零，停止SA的播放。將使民用實時定位和導航的精度提高3～5倍。(2)在L2頻道上增加第二民用碼,即CA碼。這樣用戶就可以有更好的多余觀測,以提高定位精度,并有利于電離層的修正。(3)增加L5民用頻率。這有利于提高民用實時定位的精度和導航的安全性。GPS現(xiàn)代化11BlockIIA12BlockIIR7BlockIIR-MTransmittingnewsecondcivilsignal1GPSIIR-Minon-orbittesting3additionalsatellitesinresidualstatusNextlaunch:IIFscheduled21May2010GlobalGPScivilserviceperformancecommitmentmetcontinuouslysinceDecember199330OperationalSatellites

(BaselineConstellation:24)20GPS現(xiàn)代化BlockIIA/IIRBlockIIIBlockIIR-M,IIFBackwardcompatibility4thcivilsignal(L1C)IncreasedaccuracyIncreasedanti-jampowerAssuredavailabilityNavigationsuretyControlledintegrityIncreasedsecuritySystemsurvivabilityIIR-M:IIA/IIRcapabilitiesplus2ndcivilsignal(L2C)M-Code(L1M&L2M)IIF:IIR-Mcapabilityplus3rdcivilsignal(L5)Anti-jamflexpowerBasicGPSStandardServiceSinglefrequency(L1)Coarseacquisition(C/A)codenavigationPreciseServiceP-Code(L1Y&L2Y)P-CodenavigationIncreasingSystemCapabilitieswIncreasingDefense/CivilBenefitGPS現(xiàn)代化第二民用信號“L2C”為商業(yè)應用而設計通過改正電離層延遲來達到高精度全運行能力:24顆衛(wèi)星~2016第三民用信號“L5”為滿足生命安全需求而設計在被保護的航空電信頻段內(nèi)第一顆:2010;24顆衛(wèi)星~2018GPS現(xiàn)代化GPS現(xiàn)代化衛(wèi)星導航系統(tǒng)概述GLONASS：GLObalNAvigationSatelliteSystem前蘇聯(lián)建設，現(xiàn)屬于俄羅斯；性能與GPS相當；系統(tǒng)包含24顆衛(wèi)星；全球覆蓋。衛(wèi)星導航系統(tǒng)概述Galileo：歐盟共建，“民用”系統(tǒng)；設計性能優(yōu)于GPS；30顆衛(wèi)星（27顆運行，3顆備用）；全球覆蓋；與GPS相容；2013年提供全系統(tǒng)運行能力。北斗（Compass）二代2012年前，建成覆蓋我國及周邊地區(qū)、印度洋、西太平洋地區(qū)的區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)12顆星、30個地面站。實現(xiàn)定位精度10米；測速精度0.2m/s；單向授時精度50ns；2020年前，建設全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)全球系統(tǒng)30+5顆衛(wèi)星組成，功能與區(qū)域系統(tǒng)相同，主要區(qū)別在于系統(tǒng)的服務區(qū)擴大、定位精度提高以及系統(tǒng)抗干擾與自主生存能力提高衛(wèi)星導航系統(tǒng)概述

衛(wèi)星到用戶位置點的距離表示：R’=R+C?t其中，R’是偽距。GPS誤差與信號傳播有關(guān)的：電離層對流層多路徑與衛(wèi)星有關(guān)的：時鐘漂移衛(wèi)星幾何分布星歷誤差人為誤差與接收機有關(guān)的：時鐘誤差電路延遲計算誤差信號處理方法GPS誤差源電離層延遲誤差分析與對策電離層及其作用電離層是指地球上空距地面高度在50公里到1000公里之間的大氣層，電離層中的氣體分子由于受到太陽射線輻射，產(chǎn)生強烈的電離形成大量的自由電子和正離子。電離作用產(chǎn)生的自由電子作為GPS信號的傳輸媒介，GPS信號在其中的傳輸速度是頻率的函數(shù)。電離層的特性呈晝夜變化，通常是在正午時具有最大延遲，而到午夜時達到最小。另外太陽活動也會影響到這些變化。電離層延遲誤差校正解決對策對單頻接收器可以通過使用一個衛(wèi)星電離層傳輸模型來減少這種電離層偽距測量值的誤差，。帶有差分運算的電離層誤差可以通過許多應用程序消除，當基站和移動站之間的距離足夠近時，電離層誤差之間就具有很高的相關(guān)性。當基站和移動站之間的距離是25千米時，無建模的差分電離層誤差一般為10到20厘米，而當距離增大到100千米時，誤差會高達1米以上，使用電離層傳輸模型還可將誤差減少百分之二十五到百分之五十。

對流層傳輸誤差分析與對策對流層：對流層是高度為40千米以下的大氣底層，它是由干燥氣體和水蒸氣組成的，其大氣密度比電離層更大，大氣狀態(tài)也更復雜，信號在對流層中傳輸時由于折射會導致傳輸路徑的增長，信號延遲量主要取決于傳輸路徑上的空氣的折射指數(shù)，一般在天頂方向處為2.5米，在較低的衛(wèi)星仰角時可以達到10米到15米。與電離層不同的是對流層的路徑延遲對于代碼和載波信號分量是相同的。另外我們不能用和偽距測量值來估計這種延遲，但是通過建模降低這種誤差。衛(wèi)星導航系統(tǒng)概述GNSS性能等級運行階段精度（95%）告警限完好性風險告警時間連續(xù)性風險可用性水平垂直水平垂直航路3.7kmN/A3.7kmN/A10-7/小時5分10-4~10-8/小時0.99~0.99999終端區(qū)0.74kmN/A1.85kmN/A10-7/小時15秒10-4~10-8/小時0.99~0.99999非精密進近220mN/A556mN/A10-7/小時10秒10-4~10-8/小時0.99~0.99999APVI16m20m556m50m2×10-7每次進近10秒8×10-6/15秒0.99~0.99999APVII16m8m40m20m2×10-7每次進近6秒8×10-6/15秒0.99~0.99999CATI16m6~4m40m15-10m2×10-7每次進近6秒8×10-6/15秒0.99~0.99999GBAS系統(tǒng)GBAS地基增強系統(tǒng)優(yōu)勢：CATI,II&III精密進近能力；曲線進近；多跑道覆蓋；飛機場面導航。MDTTransmitterMonitorPowerAmpPowerSuppliesPrimaryEquipmentShelterReferenceReceiverAndAntennaVDBATCUScreens(upto10)Optional3VDBReferenceReceiverAndAntennaReferenceReceiverAndAntennaReferenceReceiverAndAntennaGBAS系統(tǒng)38ReferenceStations3MasterStations4GroundEarthStationsGeostationarySatelliteLinks2OperationalControlCenters4F398°W35WAAS系統(tǒng)（SBAS）WAAS系統(tǒng)（SBAS）WAAS系統(tǒng)（SBAS）WAAS系統(tǒng)（SBAS）WAAS系統(tǒng)（SBAS）EGNOS系統(tǒng)（SBAS）EGNOS：Galileo系統(tǒng)的先期；提供增強的GPS和GLONASS校正；提供5m精度，當信號錯誤或中斷時向用戶提供告警（6s）；EGNOS組成：主控中心，MCC導航地面站，NLES測距和完好性監(jiān)測站，RIMSEGNOS系統(tǒng)（SBAS）GRAS系統(tǒng)GRASGround-basedRegionalAugmentationSystem:澳大利亞GPS增強系統(tǒng)；建設目標：完成飛機的非精密進近提高GPS的完好性，使之上升為主用系統(tǒng)。2006年，ICAO批準GRASSARPs生效GRAS系統(tǒng)GRAS系統(tǒng)組成框圖1衛(wèi)星導航系統(tǒng)概述2衛(wèi)星導航的應用內(nèi)容3PBN路線圖衛(wèi)星導航應用地基增強系統(tǒng)參考站處理中心數(shù)據(jù)電臺衛(wèi)星導航系統(tǒng)差分校正完好性完好性地基區(qū)域完好性監(jiān)視系統(tǒng)地基監(jiān)視網(wǎng)主控中心發(fā)布站RAIM預測RNP/RNAV地基區(qū)域完好性監(jiān)測系統(tǒng)（GRIMS）解決GPS衛(wèi)星監(jiān)測自主性的問題，播發(fā)衛(wèi)星完好性信息空管局組織數(shù)據(jù)公司、中電集團20所開發(fā)2006年1月建成完好性監(jiān)測網(wǎng)絡，利用ACARS數(shù)據(jù)鏈上傳至航空器2008年1月建成北京-太原-西安VDB站點，解決完好性信息播發(fā)通道并進行跑車試驗結(jié)構(gòu)與工作原理地基區(qū)域完好性監(jiān)測系統(tǒng)（GRIMS）星基導航系統(tǒng)不同于陸基導航系統(tǒng)衛(wèi)星故障影響的區(qū)域不能實時直觀獲得性能降級的位置不固定飛行員/ATC需要知道GPS不可用的具體時間和地點RAIM預測：對機載接收機在特定時間和地點能夠否監(jiān)測GPS完好性進行預測空管局組織數(shù)據(jù)公司、中電集團20所開發(fā)了RAIM預測系統(tǒng)，將提供免費服務將應用于成都拉薩通信監(jiān)視項目、成都/九寨自動相關(guān)監(jiān)視項目RAIM預測系統(tǒng)RAIM預測系統(tǒng)產(chǎn)生的背景RAIM預測系統(tǒng)區(qū)域預測航路預測終端區(qū)機場預測提供全國范圍的RAIM預測提供特定航路的RAIM預測提供特定機場的終端區(qū)RAIM預測RAIM預測系統(tǒng)目前空管局開發(fā)的RAIM預測系統(tǒng)功能組成系統(tǒng)框圖RAIM預測系統(tǒng)RAIM預測客戶端軟件網(wǎng)站形式發(fā)布的RAIM預測結(jié)果RAIM預測網(wǎng)頁RAIM預測可以由ANSP（導航設備服務提供者）、航空電子制造商、其他實體或是機載接收機來提供。FAARAIM預測系統(tǒng)(),主要為中小航空公司和公眾服務，大型的航空公司開發(fā)專用的RAIM預測系統(tǒng)。RAIM預測系統(tǒng)不為服務提供保證，只是評估預期的能力是否達到所需導航性能。RAIM預測的角色和責任2009-4-2854林芝GBAS試驗系統(tǒng)空管局組織數(shù)據(jù)公司、中電20所開發(fā)基于GPS的精密進近引導系統(tǒng)滿足一類精密進近需求于2009年5月-8月進行飛行測試試驗搭載了多模式接收機的車載試驗平臺使用民航甚高頻導航數(shù)據(jù)鏈于2008年1月完成了首次跑車試驗于2007年11月完成了地面系統(tǒng)安裝系統(tǒng)設備組成VDBRR2RR1RR3RR4天線數(shù)據(jù)處理單元林芝GBAS試驗系統(tǒng)RR1RR2RR3RR4林芝GBAS試驗系統(tǒng)參考接收機布局RTK的輸出結(jié)果作為飛行的真實航跡，經(jīng)測試，系統(tǒng)精度和完好性滿足設計要求，VDB覆蓋情況及信號還需加強林芝GBAS試驗差分改正結(jié)果1衛(wèi)星導航系統(tǒng)概述2衛(wèi)星導航的應用內(nèi)容3PBN路線圖/dev/fbs/xjsyy

近期（2009－2012）航路根據(jù)空中運輸需求、監(jiān)視和通信能力、管制員工作負荷以及機隊設備配備情況，在部分海洋和西部地區(qū)航路，有選擇地應用RNAV-10和RNP-4導航規(guī)范。對于部分繁忙航路，根據(jù)通信和監(jiān)視覆蓋情況，有選擇地應用RNAV-2、RNAV-5導航規(guī)范，以實現(xiàn)較小的航路間隔，提高空域利用率。依照PBN導航規(guī)范重新調(diào)整已有的RNAV/RNP航路。近期（2009－2012）終端區(qū)在有雷達覆蓋的終端區(qū)，利用GNSS和陸基導航設施，應用RNAV-1導航規(guī)范。首先從國際機場和繁忙機場開始實施，允許PBN和傳統(tǒng)運行并存。到2012年，全國30%的機場終端區(qū)實施RNAV運行，全部國際機場實施RNAV。在部分無雷達覆蓋或無適當?shù)孛鎸Ш皆O施的機場終端區(qū)，有選擇地使用GNSS導航實施基本RNP-1標準儀表進離場程序。近期（2009－2012）進近所有新建機場以及部分已有機場將使用基于GNSS的RNPAPCH程序。配套實施基于Baro-VNA