基于民航校验飞机的星基增强服务性能评估CSCD

为了进一步拓展全球卫星导航系统(GNSS)在民用航空等高生命安全领域的应用,世界各国争相发展星基增强系统(SBAS),美欧等SBAS已正式向民用航空领域提供了决断高度200英尺(约60.96m)的垂直导航信标性能(LPV-200)服务。我国的BDSBAS也已经完成系统建设,将向中国及周边区域提供满足国际民航组织(ICAO)一类垂直引导进近(APV-I)指标要求的单频增强服务。重点针对单频增强服务性能评估开展研究工作,首先从定位精度、完好性、可用性和连续性四个方面对星基增强服务评估方法进行了论述;再通过多次航空飞行试验对BDSBAS单频增强服务性能进行了验证,结果表明,航空飞行试验期间可满足APV-I设计指标要求;最后对BDSBAS单频增强服务在全国301个中大型机场的可用性进行了分析,非精密进近(NPA)可用性、APV-I可用性、LPV-200可用性在全国机场的覆盖率分别达到了97%、89.7%和83.1%。     

北斗星基增强系统单频服务区域可用性评估

在研究美国广域增强系统(WAAS)与欧洲地球同步导航重叠系统(EGNOS)服务可用性评估方法的基础上,基于连续8天的实测数据对当前北斗星基增强系统(BDSBAS)单频服务一类垂直引导进近(APV-I)的区域可用性进行了初步评估.评估结果表明,受系统实际播发的卫星完好性参数有效性与电离层格网点(IGP)分布的限制,中国大陆APV-I 99％可用性覆盖率仅为49％,且在中国陆地边界和沿海地区性能迅速劣化;进一步仿真验证了在当前IGP均可用的条件下,APV-I 99％可用性理论最大覆盖率为96.22％,而在增加高纬度IGP后,覆盖率进一步提升为100％,可以解决中国高纬度地区可用性较差的问题.     

高级接收机自主完好性监视的可用性预测

高级接收机自主完好性监测(ARAIM)是单频RAIM的扩展。基于对垂直保护限值(VPL)和有效监视门限(EMT)的分析,给出了垂直方向ARAIM的VPL实时和预测算法;对LPV-200进近,从单星座ARAIM的可用性出发,研究了双星座、多故障情况下ARAIM的可用性;对世界范围内ARAIM的可用性进行仿真,给出仿真统计,并对中国西部航路区域ARAIM的可用性进行仿真,结果表明,在双星座双频情况下,可用性设置为99.9%时ARAIM的算法覆盖率可达100%,完全满足LPV-200进近对完好性的要求。     

卫星导航进近技术进展

全球卫星定位系统（GNSS）增强系统能提供全天候无间断的卫星导航信号，可以辅助飞机进行进近。本文介绍了全球卫星导航系统进近着陆系统的基本组成、工作原理和功能特点，并对国内外研究进展进行了阐述。针对GNSS进近研究中的热点问题，重点论述了地基增强系统（GBAS）、星基增强系统（SBAS）、用户自主完好性监测（RAIM）等技术的发展现状，指出了GNSS进近技术实际工程应用仍然存在的问题，探讨了GNSS进近技术未来的发展方向。     

双频双星座地基增强系统精度和完好性算法

针对单频单星座地基增强系统（GBAS）无法满足飞机III类精密进近与着陆导航性能需求的问题，提出了将北斗导航卫星系统（BDS）与全球定位系统（GPS）进行融合，构建一种新型的基于GPS/BDS的双频双星座GBAS。首先，分析了GBAS的工作原理，并对Hatch滤波器的误差进行了分析，给出了一种适用于双频GBAS的无码载偏离载波相位平滑伪距算法；然后，对机载完好性算法进行了研究，给出了H0和H1假设下的机载保护级计算方法；最后，进行了系统验证实验，实验结果表明，单星座GBAS不能满足飞机III类精密进近与着陆导航的性能需求，GPS和BDS融合后可见卫星个数得到提升，优化了卫星几何分布，进而使得系统的可用性由80.6081%提升到大于99.9999%。     

北斗星基增强电离层模型精度评估与分析

针对如何有效地对北斗星基增强系统(SBAS)电离层在模型精度、模型时效性等方面进行综合评估,提出了一种修正的CODE格网模型,通过增加国内陆态网监测站观测数据,提升了CODE格网模型精度。以此模型为基准,利用2020年近一个月的数据分析了北斗区域格网电离层模型和北斗SBAS电离层模型的延迟误差、改正比例的变化以及在全球的覆盖范围,并从全球不同纬度带比较了北斗基本导航和星基增强电离层模型的精度。结果表明：修正的CODE模型精度符合评估要求,且与我国电离层实际变化情况更吻合,北斗区域格网电离层模型和北斗SBAS电离层模型精度相当,优于0.3m,改正比例均优于80%,但北斗SBAS电离层模型覆盖范围明显更大。     

北斗星基增强电离层模型精度评估与分析

针对如何有效地对北斗星基增强系统(SBAS)电离层在模型精度、模型时效性等方面进行综合评估,提出了一种修正的CODE格网模型,通过增加国内陆态网监测站观测数据,提升了CODE格网模型精度。以此模型为基准,利用2020年近一个月的数据分析了北斗区域格网电离层模型和北斗SBAS电离层模型的延迟误差、改正比例的变化以及在全球的覆盖范围,并从全球不同纬度带比较了北斗基本导航和星基增强电离层模型的精度。结果表明修正的CODE模型精度符合评估要求,且与我国电离层实际变化情况更吻合,北斗区域格网电离层模型和北斗SBAS电离层模型精度相当,优于0.3m,改正比例均优于80%,但北斗SBAS电离层模型覆盖范围明显更大。     

中低纬地区混合LEO星座增强GNSS UPPP收敛性能评估

针对全球卫星导航系统（GNSS）精密单点定位（PPP）收敛时间过长的问题，提出了利用低轨卫星（LEO）几何结构变化快的优势，增强GNSS非差非组合PPP（UPPP）的收敛性能。选取中低纬度地区28个能接收GPS、GALILEO和BDS3信号的测站观测数据，比较了极轨和混合LEO星座的增强效果。结果表明：混合LEO星座增强GPS、GALILEO和BDS组合系统时，各测站收敛时间减少60%~80%，70%的测站收敛速度优于极轨星座。当混合LEO星座增强单BDS时，CL和GCL组合系统的收敛时间相当，ENU方向定位误差变化基本一致。收敛时间从10~20 min 下降至3 min以内，原因是混合LEO增强BDS定位时，大大改善了卫星的空间结构。     

共信道干扰环境下星基ADS-B系统监视性能

星基广播式自动相关监视系统（星基ADS-B）是实现广域范围内航空器监视的主要技术手段。为揭示星基ADS-B系统共信道干扰对系统监视性能的影响，提出了星基ADS-B系统监视容量的计算方法。首先给出了星基ADS-B系统模型，随后理论分析给出消息正确接收概率、位置消息更新间隔及位置报告更新间隔的计算公式，以此为基础给出了星基ADS-B系统监视容量的计算公式，最后基于SNS软件构建了星基ADS-B仿真系统，仿真验证了理论结果的正确性。研究表明：星基ADS-B系统的监视容量由ADS-B应用子系统所要求的航空器位置报告更新间隔、航空器-卫星链路的误码率、星-地面站链路的误码率及卫星数目联合确定。     

FANS航线和最短航线算法问题

一、引言采用陆基近程无线电导肮时，无方向信标台（NDB）、全向信标（VOR）、测距仪（DME）等都是对准或围绕着电台飞行，可以不管地球是方是圆，因为飞机位置只和电台位置相关。采用远程导航OMEGA定位系统有所不同，在其定位计算中要引入地球模型的球面计算。惯性导航是一种精密推测导航，卫星导航是星基无线电导航，按地理坐标绝对位置计算的定位解必须考虑地球的精密形体。特别是GPS精度达到数十米量级，远程导航对地球椭圆体的扁率影响应作适当考虑。区域导航规定其航线算法必须按大圆航线处理。新航行系统（FANS）开创了全球…     

基于北斗的ARAIM算法在LPV-200 下的可用性研究

随着全球卫星导航系统的发展和完善, 用户在飞机进近着陆阶段使用 GNSS 保障安全的要求已成为可能,而应用于航路阶段的常规接收机自主完好性监测已 不能满足如此高的完好性要求,因此,导致了高级接收机自主完好性监测(ARAIM)的出 现。在北斗区域导航系统下, 针对进近阶段最重要的垂直导航和ARAIM 算法理论分 析,通过优化配置危险误导性信息概率(PHMI),为较难检测的故障模式分配较大的值, 最小化垂直保护水平, 在保证完好性指标不变的条件下提高ARAIM 算法可用性。仿真 结果表明,在LPV-200 性能要求下,ARAIM 优化算法的可用性明显提高,所提方法是有 效的。     

Position Error Bound Calculation for GNSS using Measurement Residuals

In safety-of-life applications of satellite navigation, the protection level (PL) equation translates what is known about the pseudo-range errors into a reliable limit on the positioning error. The current PL equations for satellite-based augmentation systems (SBAS) rely on Gaussian statistics. This approach is very practical: the calculations are simple and the receiver computation load is small. However, when the true distributions are far from Gaussian, such a characterization forces an inflation of the PLs that degrades performance. This happens in particular with errors with heavy tail distributions or for which there is not enough data to evaluate the distribution density up to small quantiles. We present a way of computing the optimal protection level when the pseudo-range errors are characterized by a mixture of Gaussian modes. First, we show that this error characterization adds a new flexibility and helps account for heavy tails without losing the benefit of tight core distributions. Then, we state the positioning problem using a Bayesian approach. Finally, we apply this method to PL calculations for the wide area augmentation system (WAAS) using real data from WAAS receivers. The results are very promising: vertical PLs are reduced by 50% without degrading integrity.     

ILS-a safe bet for your future landings

An argument is presented in favor of the ILS (instrument landing system), the principal components of which are the localizer, which provides lateral guidance to the pilot, and the glide slope, which gives the vertical guidance. A pilot flying these signals precisely will end up over the hard surface runway with the ILS receiving antenna, wherever it is mounted on the aircraft, being about 20 ft above the touchdown point. The safety record and evolution of the ILS are examined, and a pilot's view of ILS (that of the author, an engineer who has worked with ILS since 1957 and a pilot who has used ILS safely for over 30 years) is given. System availability is discussed, and comments concerning future use are offered     

QZSS亚米级增强服务和MSAS增强定位性能评估

日本QZSS亚米级增强服务(SLAS)和多功能卫星增强系统(MSAS)均用于增强单点定位性能，但其服务范围和服务原理不尽相同。为了对这两种增强服务进行增强性能评估，以伪距单点定位结果为基础，比较在日本境内和中国及周边地区使用这两种增强服务增强后的定位结果，分析和评估不同地区两种增强服务的增强性能和适用性。结果表明：在日本境内，SLAS和MSAS均能显著实现定位增强效果，SLAS在水平和高程方向定位精度分别为0.55m和0.9m，提升约51.8%和73.8%；相应地，MSAS定位精度分别为0.69m和0.97m，提升约39.8%和71.8%；表明前者增强效果更好。在中国及周边地区，MSAS增强定位效果更好，但要求离中心服务区越近越好；SLAS也能增强定位效果，但提升效果较小，且当测站离中心服务区超过一定距离时，会出现定位精度负提升的情况。     

不同尺度范围的监测网对星基增强服务性能的影响分析

区域监测站提供的星基增强完好性监测服务在民用航空等生命安全领域发挥着重要作用。为了分析利用不同尺度监测网估计的完好性信息对用户服务性能影响,使用等效钟差方法分别实现三种不同尺度的监测网完好性参数估计,并进行增强定位验证。从增强卫星数目、用户测距误差、定位精度和保护级包络特性方面研究不同尺度的监测网对用户服务性能评估的影响,结果表明:与小尺度和中等尺度区域相比,大尺度区域增强卫星数目分别增加了50.7%、33.7%。与广播星历伪距单点定位相比,基于小、中等和大尺度区域监测网估计的改正数增强定位在水平方向定位精度分别提升了33.08%、33.59%和32.54%,垂直方向定位精度分别提升了36.56%、41.07%和43.86%。三种尺度估计的平均用户测距误差均优于0.3 m,保护级水平对定位误差的包络均能达到95%。研究成果可为区域星基增强监测网的选择提供理论支撑和应用依据。