1.5　卫星导航增强系统

1.5.1　星基增强系统

卫星导航系统增强系统是借助美国GPS实施可用性选择（SA）政策而发展起来的。2000年美国取消了SA政策，导航定位精度有了一定程度的提高，随着全球卫星导航系统应用的不断推广和深入，现有的卫星导航系统在定位精度、可用性、完好性等方面还是无法满足一些高端用户的要求。为此，各种卫星导航增强系统应运而生。

1. 美国WAAS

广域增强系统（Wide Area Augmentation System，WAAS）是根据美国联邦航空局（FAA）的导航需求而建设的GPS星基增强系统。WAAS包含三部分内容：一是提供L波段测距信号，二是提供GPS差分改正数据，三是提供完好性信息。以此为基础改进单一GPS系统的导航精度、完好性和可用性。

WAAS于2003年7月正式开始运行，现由38个参考站（其中9个在非美国的北美地区）、3个主控站、6个地球上行站、2个运行控制中心及3颗地球同步卫星（不属于GPS编制）组成。其中，3颗地球同步卫星分别位于西经133°、107.3°和98°；25个地面站按其需求分布在美国境内，负责搜集GPS卫星的一切数据。其中，3个主控站分别位于美国的东西部沿海，负责搜集卫星的轨道误差、卫星上原子钟误差，校正由于大气及电离层传播所造成的信号延时等，将得到的数据通过两颗地球同步卫星广播出去。

WAAS并不具有像GPS那样的功能，它的空间部分为两颗地球同步卫星，所以覆盖范围不是全球性的。目前WAAS为美国本土提供信号。WAAS的目标是改善GPS标准定位信号SPS的完好性、可用性、连续服务性和精度，可以为民航、车辆及个人用户提供服务。

2. 欧洲EGNOS

欧洲地球静止导航重叠服务（European Geostationary Navigation Overlay Service，EGNOS）系统的联合建设工作由欧洲航天局、欧洲空间导航安全组织和欧盟委员会提出。EGNOS的实施始于1998年，其卫星实验平台2000年2月开始投入使用。

EGNOS系统在原理上和美国的WAAS是一样的，覆盖的区域则是整个欧洲。EGNOS系统能够为欧洲无线电导航用户提供高精度的导航和定位服务，系统包括3颗地球静止轨道卫星和一个地面站网络。卫星发送的定位信号类似于GPS和GLONASS卫星的信号，但EGNOS的信号加入了完好性信息，包括每颗GPS和GLONASS卫星的位置、卫星上原子钟的精度及可能影响定位精度的电离层干扰信息。3颗地球静止轨道卫星分别是IN-MARSAT AOR-E（西经15.5°）、ARTEMIS（西经21.3°）和IN-MARSAT IOR-W（东经65.5°），地面部分由34个测距与完好性监测站（RIMS）、4个控制中心和6个导航地面站组成。该系统的稳定性很好，精度很高。在实际应用中，该系统的定位精度优于1米，可靠性达到99%。

3. 日本MSAS

日本多功能卫星增强系统（Multi-functional Satellite Augmentation System，MSAS）由日本气象厅和日本交通厅组织建造。它是一种类似于美国WAAS的GPS外部增强系统，但不同的是MSAS采用日本自行发射的“多功能运输卫星”（MTSAT），主要目的是为日本飞行区的飞机提供全程通信和导航服务。MTSAT卫星装有导航信号转发器，转发由地面基准站播发的导航增强信号。系统能够覆盖日本、澳大利亚等地区。

MTSAT卫星是一种地球静止卫星，位于东经40°和东经145°。MSAS系统由两颗卫星组成，其中MTSAT 1R卫星已于2005年2月26日发射，MTSAT 2卫星于2006年2月18日发射。MTSAT卫星采用Ku波段和L波段两个频点，其中，Ku波段的频率主要用来播发高速的通信信息和气象数据，L波段的频率与GPS的L1频率相同，主要用于导航服务。

4. 印度GAGAN

印度GPS辅助增强导航（GPS Aided GEO Augmented Navigation，GAGAN）系统建造的目的是满足日益增长的空中交通导航的需要，加强航空导航能力。GAGAN系统将提高安全性，改善恶劣天气条件下机场和空域的使用状况，增强可靠性，减少飞行延误。

GAGAN系统由印度机场管理局（AAI）、印度空间研究组织（ISRO）与美国雷声公司联合组织开发。AAI负责建造地面基础设施，包括基站、上行链路地面站和主控中心。GAGAN系统的建设主要包括两个阶段：技术验证（TDS）阶段和最后操作运行（FOP）阶段。在TDS阶段主要完成系统指标分配、系统联调和在轨测试，该阶段测试的内容主要是系统的精度指标，不包括完好性信息和生命安全服务（SOL）的测试。FOP阶段在TDS阶段完成的基础上，采用3颗地球静止卫星对GPS信号进行增强，完成最后的集成并投入运行，且能对系统的完好性信息和SOL服务进行论证。

GAGAN系统由空间段和地面段组成。空间段是GSAT 4卫星上的GPS双频（L1与L5）导航有效载荷，卫星采用C波段和L波段的频率作为载波。其中，C波段主要用于测控，L波段的L1、L5频率与GPS的L1（1575.42MHz）和L5（1176.45MHz）频率完全相同，并可与GPS兼容和互操作。空间信号覆盖整个印度，能为用户提供GPS信息和差分改正信息。地面段由8个印度基站、1个印度主控中心（INMCC）、1个印度陆地上行链路站（INLUS）及相关导航软件和通信链路组成。

5. 俄罗斯SDCM

俄罗斯差分校正与监视系统（System of Differential Correction and Monitoring，SDCM）类似于美国的WAAS和欧洲的EGNOS系统，它能够监视GPS和GLONASS的完好性，提供GLONASS的差分校正和分析结果等。该系统由两部分组成：地基参考站网络和两颗地球静止轨道中继卫星，其水平定位精度可达1～1.5m，垂直定位精度可达2～3m，基站附近（200km范围内）的实时定位精度可以达到厘米级。SDCM计划建设19个地面参考站，空间部分的两颗中继卫星即“射线”5A和5B由位于克拉斯诺亚尔斯克的列舍特涅夫研究与产品中心研制，这两颗卫星能够提供GLONASS校正数据，分别部署在西经16°和东经95°。

SDCM可以覆盖俄罗斯联邦全境。目前，俄罗斯政府计划在俄罗斯境外建立监测站，以改善GLONASS的完好性，提高精度和可靠性。

1.5.2　地基增强系统

1. HA-NDGPS

国家差分GPS是由美国联邦铁路管理局、美国海岸警卫队和联邦公路管理局经营和维护的地面增强系统，它为地面和水面的用户提供更精确和完善的GPS导航服务。现代化的工作包括正在开发的高精度NDGPS（HA-NDGPS），此系统可以用来加强性能使整个覆盖范围内的精确度达到10～15cm。NDGPS严格按照国际标准建造，世界上五十多个国家已经采用了类似的标准。

2. LAAS

局域增强系统（Local Area Augmentation System，LAAS）是一个能够在局部区域内提供高精度GPS定位服务的导航增强系统。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，可以实现飞机精密进场的功能。

3. IGS

国际GNSS服务组织（the International GNSS Service，IGS）的前身为国际GPS服务组织。IGS提供的高质量数据和产品被用于地球科学研究等多个领域。IGS组织由卫星跟踪站、数据中心、分析处理中心等组成，它能够在网上实时地提供高精度的GPS数据和其他数据产品，可以满足广泛的科学研究工作及工程领域的需要。

4. CORS

连续运行参考站系统（CORS）是一种被广泛使用的地基增强手段。其工作原理是在同一批测量的GNSS点中选出一些点位可靠并对整个测区具有控制意义的测量站，进行较长时间的连续跟踪观测，通过这些站点组成的网络解算，获取覆盖该地区和该时间段的“局域精密星历”及其他改正参数，用于测区内其他基线观测值的精密解算。

CORS站很好地迎合了长距离、大规模的厘米级高精度实时定位的需求。CORS在测量中扩大了覆盖范围，降低了作业成本，提高了定位精度并减少了用户定位的初始化时间。

1.5.3　北斗地基增强系统

北斗地基增强系统是国家重大信息基础设施，用于协助北斗卫星导航系统增强定位精度和提高完好性服务。北斗地基增强系统由北斗基准站系统、通信网络系统、国家数据综合处理系统与数据备份系统、行业数据处理系统、区域数据处理系统和位置服务运营平台、数据播发系统、北斗/GNSS增强用户终端等分系统组成。

北斗地基增强系统通过在地面上按一定距离建立的若干固定北斗基准站接收北斗导航卫星发射的导航信号，经通信网络传输至数据综合处理系统，处理后得到北斗导航卫星的精密轨道和钟差、电离层修正数、后处理数据产品等信息，通过卫星、数字广播、移动通信等方式实时播发，并通过互联网提供后处理数据产品的下载服务，满足北斗卫星导航系统服务范围内广域米级和分米级、区域厘米级的实时定位和导航需求，以及后处理毫米级的定位服务需求。

1. 北斗地基增强系统组成

1）北斗基准站网

北斗基准站网包括框架网和区域加强密度网两部分。框架网基准站大致均匀布设在中国陆地和沿海岛礁，可以满足北斗地基增强系统提供广域实时米级、分米级增强服务及后处理毫米级高精度服务的组网要求。区域加强密度网的基准站以省、直辖市或自治区为区域单位布设，根据各自的面积、地理环境、人口分布、社会经济发展情况等进行覆盖，满足北斗地基增强系统提供区域实时厘米级增强服务、后处理毫米级高精度服务所需的组网要求。

2）通信网络系统

通信网络系统包括框架网和区域加强密度网及国家数据综合处理系统/数据备份系统，用于对国家数据综合处理系统和行业数据处理系统、北斗综合性能监测评估系统、位置服务运营平台、数据播发系统间的通信网络及相关设备的数据传输，网络配置与监控。

3）国家数据综合处理系统

北斗地基增强系统的国家数据综合处理系统负责从北斗基准站网实时接收北斗、GPS、GLONASS卫星的观测数据流，生成北斗基准站观测数据文件、广域增强数据产品、区域增强数据产品、后处理高精度数据产品等，并推送至行业数据处理系统、位置服务运营平台、数据播发系统。

4）行业数据处理系统

行业数据处理系统包括交通运输部、自然资源部、中国地震局、中国气象局及中国科学院共6个行业数据处理子系统及国家北斗数据处理备份系统。这6个行业数据处理子系统接收国家数据综合处理系统的北斗基准站的观测数据和生成的增强数据产品，针对行业特点进行增强数据产品的再处理，形成支持各行业进行深度应用的增强数据产品。北斗地基增强系统的国家数据处理备份系统为北斗地基增强系统基准站网观测数据的工作提供基本的远程数据备份服务，确保当国家数据综合处理系统观测数据丢失或被损坏后，能够远程备份系统进行恢复。

5）数据播发系统

数据播发系统接收国家数据综合处理系统生成的各类增强数据产品，针对各类数据产品的播发需求进行处理和封装，再通过各类播发手段将处理封装后的增强数据产品传输至用户终端或接收机，供用户使用。数据播发系统利用卫星广播、数字广播和移动通信等方式播发增强数据产品。

6）北斗/GNSS增强用户终端

北斗/GNSS增强用户终端（接收机）用于接收北斗卫星导航系统的导航信号和数据播发系统播发的增强数据产品信号，实现高精度定位、导航功能。

2. 北斗地基增强系统服务产品

北斗地基增强系统现提供广域增强服务、区域增强服务、后处理高精度服务共三类服务，分别对应广域增强数据产品、区域增强数据产品、后处理高精度数据产品共三类产品，广域增强数据产品、区域增强数据产品通过移动通信方式提供服务，后处理高精度数据产品通过文件下载方式提供服务。

广域增强数据产品包括北斗/GPS卫星精密轨道改正数、钟差改正数、电离层改正数等。

区域增强数据产品包括北斗/GPS/GLONASS区域综合误差改正数。

后处理高精度数据产品包括北斗/GPS事后处理的精密轨道、精密钟差、EOP、电离层产品等。

3. 北斗地基增强系统服务性能指标

（1）广域增强精度服务范围为播发范围内的中国陆地及领海。

（2）区域增强精度服务范围参照区域加强密度网站点分布，以区域服务系统发布的服务范围为准。

（3）后处理高精度服务范围为播发范围内的中国陆地及领海。

其定位精度是指在约束条件下，各服务范围内的用户使用相应产品后所获得的位置与用户的真实位置之差的统计值，包括水平定位精度和垂直定位精度。北斗地基增强系统定位精度指标如表1.9～表1.12所示，未说明连续观测时间要求的默认为连续观测24小时后的定位精度指标。