星基增強系統電離層延遲改正完好性技術研究

《星基增強系統電離層延遲改正完好性技術研究》是依託北京大學，由汪珊擔任負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：星基增強系統電離層延遲改正完好性技術研究
• 項目負責人：汪珊
• 項目類別：青年科學基金項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

全球導航系統套用於民用航空存在精度和完好性不足，星基增強系統（SBAS）作為其增強方式之一，可以提高廣闊覆蓋範圍內民用航空用戶的定位性能。然而，在影響定位的所有誤差源中，電離層延遲誤差是其中最大並且最難估計的部分，也是SBAS的關鍵技術環節。未來北斗全球導航系統勢必要發展其星基增強技術，而目前國內對SBAS電離層延遲改正技術研究較為匱乏。因此，本課題擬研究北斗系統的SBAS電離層延遲改正及完好性監測方法。首先，分析並處理GPS基準站觀測數據，得到中國上空的電離層延遲空間相關統計特性；其次，搭建北斗系統電離層延遲觀測模型，仿真分析與研究電離層延遲改正的完好性監測算法，並評估算法性能。最後，仿真分析與研究多星座下電離層延遲改正和完好性監測方法，並評估算法性能。該課題的開展將為北斗系統星基增強技術的實施奠定理論與技術基礎，為多衛星導航系統套用於我國民用航空帶來光明前景。

結題摘要

全球定位系統（GPS）具有成為民用航空主用導航系統的能力。儘管大部分時間其定位精度極佳，但是它缺少關乎生命安全系統的一個基本特點：它不能夠提供定位不準確度的完好性誤差包絡，導致定位誤差在不告知用戶的情況下可能會很大。因此，各種增強技術應運而生。星基增強系統（SBAS）作為增強方式之一，可以提供廣闊覆蓋範圍內用戶測距誤差改正和完好性誤差包絡。在衛星定位的所有誤差源中，電離層延遲誤差是其中最大並且最難估計的部分。SBAS中地面參考站採用雙頻接收機獲得傾斜電離層延遲觀測值，主控站利用這些有限並隨機分布的數據，實時計算電離層格網點（IGP）的延遲估計值和完好性誤差包絡，並採用地球同步軌道衛星廣播，以用於服務區域內單頻用戶的電離層延遲校正和完好性誤差包絡的計算。由此可見，IGP電離層延遲的準確估計和其誤差的有效包絡直接影響並決定著SBAS用戶的定位精度和完好性。 現有的SBAS系統均是對GPS的增強，其電離層延遲校正方法也僅針對GPS星座設計，並且過於保守，因此使得系統的導航性能受限。隨著下一代全球導航衛星系統（GNSS）的發展，不久的將來天空中將會有上百顆可用衛星，最少可用衛星數目也會多達24顆。由於各獨立衛星系統的星座規模有限，提供的衛星定位服務的性能有時無法得到保障，加之多個衛星導航系統比單個衛星系統可以提供更好的服務已經得到了認同。因此，對於星基增強系統而言，融合多個衛星系統組成的混合星座的觀測信息，也勢必會大大提高系統的民用航空導航性能。本論文結合我國國情，研究了北斗衛星導航系統以及多星座情況下，星基增強系統電離層延遲改正關鍵技術，著重研究了中國上空的電離層延遲空間相關特性，在構建電離層延遲空間相關模型的基礎上，研究了適合中國區域的星基增強系統電離層延遲改正方法，並利用仿真平台進行了分析驗證，提出了適合中國區域的星基增強系統電離層延遲改正方案，為未來我國星基增強技術的發展和進一步實施提供技術支持。