基于RTCA標(biāo)準(zhǔn)的WAAS和EGNOS廣播星歷差分完好性服務(wù)性能研究

孟鑫,曹月玲,樓立志,毛鵬宇

(1.同濟(jì)大學(xué) 測(cè)繪與地理信息學(xué)院,上海 200092;2.中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái),上海 200030)

基于RTCA標(biāo)準(zhǔn)的WAAS和EGNOS廣播星歷差分完好性服務(wù)性能研究

孟鑫1,2,曹月玲2,樓立志1,毛鵬宇1

(1.同濟(jì)大學(xué) 測(cè)繪與地理信息學(xué)院,上海 200092;2.中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái),上海 200030)

為了提高GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)性能,很多國(guó)家和地區(qū)建立了獨(dú)立的星基增強(qiáng)系統(tǒng)(SBAS),通過(guò)提供廣播星歷差分與完好性增強(qiáng)信息,滿(mǎn)足高精度高完好性用戶(hù)使用需求。本文介紹了美國(guó)WAAS和歐洲EGNOS等星基增強(qiáng)系統(tǒng)的廣播星歷差分完好性信息電文編碼格式,并對(duì)實(shí)際星基增強(qiáng)系統(tǒng)的廣播星歷差分與完好性電文進(jìn)行解析。由于不同的星基增強(qiáng)系統(tǒng)采用的信息處理模式不同,針對(duì)WAAS和EGNOS兩個(gè)不同地區(qū)建立的星基增強(qiáng)系統(tǒng),對(duì)廣播星歷差分慢變改正/快變改正的變化特征進(jìn)行了比較分析。研究了星基增強(qiáng)系統(tǒng)廣播星歷差分完好性信息用戶(hù)使用算法,基于國(guó)際GNSS服務(wù)組織(IGS)提供的GPS實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)WAAS系統(tǒng)和EGNOS系統(tǒng)的廣播星歷差分服務(wù)精度和完好性性能進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明,WAAS系統(tǒng)的偽距單點(diǎn)定位精度約為1.2 m, EGNOS系統(tǒng)的偽距單點(diǎn)定位精度約為1.8 m,與GPS基本導(dǎo)航服務(wù)相比,偽距單點(diǎn)定位精度可提高約22%和16%。兩個(gè)星基增強(qiáng)系統(tǒng)利用完好性電文計(jì)算的完好性保護(hù)限值大致相當(dāng),均在16 m以?xún)?nèi),能夠?qū)Χㄎ徽`差進(jìn)行包絡(luò)。

WAAS;EGNOS;差分;完好性

0 引 言

隨著民用航空對(duì)GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用要求的不斷提升,很多國(guó)家和地區(qū)建立了星基增強(qiáng)系統(tǒng)(SBAS),它們獨(dú)立于GNSS運(yùn)控系統(tǒng),由不同機(jī)構(gòu)運(yùn)營(yíng)和維持。如美國(guó)的廣域增強(qiáng)系統(tǒng)(WAAS),歐洲的地球靜止導(dǎo)航重疊系統(tǒng)(EGNOS),日本的多功能星基增強(qiáng)系統(tǒng)(MSAS),印度的GPS輔助靜地軌道增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)(GAGAN),以及俄羅斯的差分校正和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(SDCM)等[1]。其中WAAS和EGNOS是SBAS系統(tǒng)中建設(shè)較為成熟的系統(tǒng)。WAAS系統(tǒng)是由美國(guó)聯(lián)邦航空局(FAA)開(kāi)發(fā)建立的一個(gè)主要用于航空領(lǐng)域的導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng),由3個(gè)主站、38個(gè)參考站、1個(gè)上行注入站和3顆地球同步靜止衛(wèi)星組成,主要針對(duì)GPS系統(tǒng)提供差分與完好性服務(wù)[2]。EGNOS系統(tǒng)是歐洲自主開(kāi)發(fā)建設(shè)的星基導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng),通過(guò)增強(qiáng)GPS和GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度,來(lái)滿(mǎn)足高安全用戶(hù)的需求[3]。

SBAS系統(tǒng)通過(guò)地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星搭載衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器,向用戶(hù)播發(fā)星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、電離層延遲等多種差分與完好性等增強(qiáng)信息,以提高用戶(hù)定位精度,保障服務(wù)的安全性[4]。增強(qiáng)信息需要按照一定的播發(fā)協(xié)議進(jìn)行傳輸,美國(guó)航空無(wú)線(xiàn)電委員會(huì)(RTCA)制定的RTCA DO-229D標(biāo)準(zhǔn)[5],起初是為GPS和WAAS航空設(shè)備提供的最低運(yùn)行性能標(biāo)準(zhǔn),由于GPS在全球范圍內(nèi)的廣泛使用,此標(biāo)準(zhǔn)也就被全世界普遍采用,具備了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的性質(zhì),包括EGNOS和WAAS在內(nèi)的SBAS系統(tǒng)都遵循此標(biāo)準(zhǔn)。RTCA DO-229D標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了SBAS系統(tǒng)地球同步衛(wèi)星傳輸?shù)男盘?hào)規(guī)格、完好性信息及差分改正信息的傳輸格式[6]。

本文以廣播星歷和鐘差慢變改正信息為例,介紹RTCA DO-229D標(biāo)準(zhǔn)差分完好性信息電文編碼格式,以及電文解析方法。針對(duì)美國(guó)WAAS系統(tǒng)和歐洲EGNOS系統(tǒng),解碼并分析比較兩個(gè)星基增強(qiáng)系統(tǒng)中廣播星歷差分與完好性信息變化特征。利用解析的WAAS和EGNOS廣播星歷差分完好性信息,基于IGS網(wǎng)GPS實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行偽距單點(diǎn)定位處理,并與GPS基本導(dǎo)航定位服務(wù)精度進(jìn)行對(duì)比,分析兩個(gè)星基增強(qiáng)系統(tǒng)差分服務(wù)精度?；谕旰眯噪娢男畔?通過(guò)計(jì)算用戶(hù)定位保護(hù)門(mén)限,完好性風(fēng)險(xiǎn)概率,對(duì)兩個(gè)增強(qiáng)系統(tǒng)的完好性服務(wù)性能也進(jìn)行了比較分析。本文針對(duì)廣播星歷差分進(jìn)行研究,暫不分析格網(wǎng)電離層信息。后文提到的差分信息均指廣播星歷差分改正信息。

1 SBAS電文格式及解碼

1.1電文格式及參數(shù)說(shuō)明

RTCA DO-229D標(biāo)準(zhǔn)中,定義了64種SBAS導(dǎo)航電文類(lèi)型及格式,其中差分完好性信息通過(guò)Message Type 2-5(快變改正信息)、Message Type 25(慢變改正信息)等SBAS電文播發(fā)。以Message Type 25(慢變改正信息)為例,介紹SBAS電文編碼格式。

Message Type 25為每一顆GPS衛(wèi)星提供基于WGS-84 坐標(biāo)系的慢變改正信息,包括衛(wèi)星軌道改正值和鐘差改正值。慢變改正信息的電文播發(fā)有兩種速度模式(velocity=0、velocity=1),當(dāng)velocity=0時(shí),表示沒(méi)有速度改正值,只有衛(wèi)星軌道和鐘差的常數(shù)改正值,且每條信息播發(fā)4顆衛(wèi)星的慢變改正信息,其電文格式如圖1所示。當(dāng)velocity=1時(shí),表示此信息中不僅有衛(wèi)星的軌道和鐘差的常數(shù)項(xiàng)改正,還有軌道速度改正和鐘差漂移改正項(xiàng),每條信息播發(fā)2顆衛(wèi)星的慢變改正信息,其電文格式如圖2所示[5]。

圖2 Message Type 25的電文格式(velocity code=1)

EGNOS系統(tǒng)采用的是第一種速度模式,而WAAS系統(tǒng)采用的是第二種速度模式的電文來(lái)播發(fā)慢變改正信息。Message Type 25中各電文參數(shù)定義如表1所示。

表1 Message Type 25電文參數(shù)定義(Velocity Code=1)

1.2解碼方法

EGNOS電文可以從EGNOS信息服務(wù)器(EGNOS Message Server)下載,服務(wù)器地址為ftp://ems.estec.eas.int/。下載的EGNOS電文每一個(gè)小時(shí)記錄為一個(gè)ems文件,格式為衛(wèi)星號(hào)、年、月、日、時(shí)、分、秒、電文類(lèi)型及250比特的十六進(jìn)制電文碼。在解碼時(shí),根據(jù)不同電文類(lèi)型,將其按照RTCA D0-229D標(biāo)準(zhǔn)中的電文格式逐條解碼。在解碼過(guò)程中,需注意的是,不能直接將十六進(jìn)制的電文轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制信息,要先轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制,再將每位十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)為4位的二進(jìn)制,然后再按照相應(yīng)電文類(lèi)型的電文格式,逐比特讀取,并將其轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù),即可得到可用的電文信息。

WAAS電文可以從ftp://nstb.tc.faa.gov下載。下載的WAAS電文與EGNOS電文略有不同,WAAS電文是一天存儲(chǔ)為一個(gè)文件,且需要通過(guò)使用EAS網(wǎng)站上的WAASCONV工具,將其轉(zhuǎn)成十六進(jìn)制,格式為天內(nèi)秒、衛(wèi)星號(hào)及250比特的十六進(jìn)制電文碼。與EGNOS電文不同的是,電文類(lèi)型并沒(méi)有直接給出,而是包含在250比特的信息中。

1.3慢變改正值和快變改正值的時(shí)間序列

解析WAAS系統(tǒng)和EGNOS系統(tǒng)的差分完好性電文信息,比較二者在相同時(shí)刻、對(duì)相同衛(wèi)星變化特征。圖3中示出了WAAS系統(tǒng)和EGNOS系統(tǒng)PRN1,PRN15,PRN28三顆衛(wèi)星在2017年1月26日24小時(shí)中的快、慢變改正數(shù)變化特征,其中,深藍(lán)色表示衛(wèi)星X坐標(biāo)改正值、紅色表示衛(wèi)星Y坐標(biāo)改正值、綠色表示衛(wèi)星Z坐標(biāo)改正值、黑色表示鐘差改正值、粉色表示UDREI、淺藍(lán)色表示偽距改正值(PRC)。

經(jīng)過(guò)對(duì)比,在衛(wèi)星出入境時(shí),WAAS系統(tǒng)的完好性信息(UDREI)是逐漸變化的,同時(shí)軌道和鐘差的慢變改正數(shù)較大,當(dāng)衛(wèi)星入境后,UDREI穩(wěn)定不再變化,改正數(shù)數(shù)值較小,變化平穩(wěn);而EGNOS的UDREI變化并不連續(xù),會(huì)出現(xiàn)突然跳變的情況,無(wú)論是UDREI還是改正數(shù)都沒(méi)有較明顯的衛(wèi)星出入境的變化。這可能與EGNOS系統(tǒng)在信息處理時(shí)選擇的衛(wèi)星截止高度角較大有關(guān)。

圖3 WAAS系統(tǒng)和EGNOS系統(tǒng)差分完好性信息時(shí)間序列

2 數(shù)學(xué)模型

2.1偽距單點(diǎn)定位

drel+dmul+εp，

(1)

ρi=

(2)

采用高度角定權(quán)P:

(3)

(4)

式中,Elei為高度角。

為提高定位精度,采用雙頻組合,消除電離層誤差;采用EGNOS模型及Neil映射函數(shù),對(duì)對(duì)流層延遲進(jìn)行改正[7];利用 Hatch 濾波進(jìn)行偽距相位平滑[8],此外,還對(duì)地球自轉(zhuǎn)及接收機(jī)天線(xiàn)相位中心等進(jìn)行改正[9]。

2.2差分改正信息用戶(hù)算法

2.2.1 快變改正值的應(yīng)用

根據(jù)RTCA D0-229D標(biāo)準(zhǔn),偽距變化率(RRC)并沒(méi)有通過(guò)電文直接給出,而是需要通過(guò)偽距改正值(PRC)內(nèi)插得到:

(5)

Δt=tof-tof,previous,

(6)

式中：PRCcurrent為當(dāng)前電文偽距改正值,即PRC(tof);PRCprevious為前一電文的偽距改正值;tof為最近快變改正值的時(shí)間;tof,previous為PRCprevious對(duì)應(yīng)的時(shí)間;

則改正后的偽距應(yīng)為

PRCcorrection(t)=PRmeasured(t)+PRC(tof)+

RRC(tof)×(t-tof) ,

(7)

(8)

2.2.2 慢變改正值的應(yīng)用

根據(jù)電文信息,衛(wèi)星軌道改正值為:

(9)

衛(wèi)星鐘差改正值為

δΔtSV(t)=δaf0+δaf1(t-t0)+δafG0,

(10)

則改正后的衛(wèi)星鐘差應(yīng)為

(11)

改正后的衛(wèi)星坐標(biāo):

(12)

2.3完好性監(jiān)測(cè)保護(hù)門(mén)限計(jì)算模型

完好性反映的是根據(jù)觀測(cè)量解算出來(lái)的位置結(jié)果的可靠性,以PL(保護(hù)門(mén)限,以一定的置信概率限定的誤差范圍)表示,對(duì)定位誤差具有包絡(luò)作用,若定位誤差超越PL,則認(rèn)為是一個(gè)危險(xiǎn)誤導(dǎo)信息(HMI),對(duì)于SBAS系統(tǒng),HMI的概率為10-7.如圖4所示,當(dāng)計(jì)算位置誤差超過(guò)水平保護(hù)門(mén)限(HPL)或垂直保護(hù)門(mén)限(VPL)時(shí),系統(tǒng)需在告警時(shí)間(TTA)內(nèi)向用戶(hù)發(fā)出告警,否則認(rèn)為存在完好性風(fēng)險(xiǎn)[10]。HAL(VAL)為HPL(VPL)的極限值,HAL(VAL)是由某一特定的飛行階段決定的,如CAT-1的VAL為10 m,若HPL(VPL)超過(guò)HAL(VAL),則認(rèn)為此時(shí)系統(tǒng)不支持該階段的完好性性能需求[11]。本文將通過(guò)計(jì)算HPL、VPL、HMI概率、完好性風(fēng)險(xiǎn),分析WAAS系統(tǒng)和EGNOS系統(tǒng)的完好性性能。

圖4 完好性關(guān)系示意圖

VPL=KV×dU

(13)

(14)

(15)

其中：dU為垂直誤差的方差；dmajor為平面誤差橢圓的長(zhǎng)半軸

dmajor=

(16)

(17)

觀測(cè)設(shè)計(jì)矩陣G第i行:

Gi=[-cos(ele(i))×sin(az(i))-

cos(ele(i))×cos(az(i))-

sin(ele(i)) 1],

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

σTVE=0.12 m .

(26)

3 數(shù)據(jù)計(jì)算分析及結(jié)果

為分析WAAS和EGNOS兩個(gè)星基增強(qiáng)系統(tǒng)的差分服務(wù)精度,本文分別選擇了EGNOS、WAAS覆蓋范圍內(nèi)的多個(gè)IGS測(cè)站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行偽距單點(diǎn)定位計(jì)算,分別采用兩種模式進(jìn)行定位處理:1)只利用觀測(cè)偽距和廣播星歷進(jìn)行偽距單點(diǎn)定位、2)利用EGNOS/WAAS差分信息對(duì)偽距單點(diǎn)定位進(jìn)行差分改正,比較兩種模式的定位精度。

為比較WAAS和EGNOS兩個(gè)星基增強(qiáng)系統(tǒng)的完好性服務(wù)性能,分別選擇3個(gè)IGS測(cè)站5天數(shù)據(jù),計(jì)算完好性保護(hù)門(mén)限,統(tǒng)計(jì)完好性風(fēng)險(xiǎn)概率,又從中選取1個(gè)IGS測(cè)站1天數(shù)據(jù),分析保護(hù)門(mén)限與定位誤差的包絡(luò)情況。

3.1SBAS系統(tǒng)差分服務(wù)精度分析

WAAS系統(tǒng)和EGNOS系統(tǒng)的服務(wù)區(qū)域不同。利用美國(guó)境內(nèi)widc站、whc1站、amc2站驗(yàn)證WAAS系統(tǒng)服務(wù)性能。利用歐洲境內(nèi)hueg站、sofi站、gras站驗(yàn)證EGNOS系統(tǒng)服務(wù)性能。采用2017年1月22日至26日5天GPS觀測(cè)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采用間隔為30s,進(jìn)行偽距單點(diǎn)定位分析。GPS基本導(dǎo)航定位精度與兩個(gè)SBAS增強(qiáng)系統(tǒng)的差分定位精度比較如表2和圖5所示。

表2WAAS和EGNOS定位結(jié)果RMS統(tǒng)計(jì)表

WAAS站widcwhc1amc2平均定位誤差/mGPS2 1701 2031 2671 547GPS/WAAS1 5361 0011 0011 179提高29 22%16 79%21 00%22 34%EGNOS站huegsofiGras平均定位誤差/mGPS2 2202 1471 9072 091GPS/EGNOS2 1261 7511 4371 771提高4 23%18 44%24 65%15 77%

圖5 WAAS和EGNOS定位精度統(tǒng)計(jì)圖

圖5中,紅色表示GPS基本導(dǎo)航定位精度,藍(lán)色表示W(wǎng)AAS差分定位精度,綠色表示EGNOS差分定位精度。

通過(guò)表2和圖5的分析結(jié)果可以看出,使用WAAS差分改正信息后,美國(guó)境內(nèi)觀測(cè)站偽距單點(diǎn)定位精度平均提高了約22%,三維定位精度約為1.2 m.歐洲境內(nèi)觀測(cè)站使用EGNOS系統(tǒng)差分改正信息后,偽距單點(diǎn)定位精度約為1.8 m,與GPS基本導(dǎo)航定位精度相比,定位精度提高了約16%.

為了進(jìn)一步分析細(xì)節(jié),WAAS系統(tǒng)中選擇widc站為例,如圖6所示,EGNOS系統(tǒng)中選擇gras站為例如圖7所示。圖中給出兩站東西、南北和高程方向的定位誤差。其中,紅色曲線(xiàn)表示GPS基本導(dǎo)航定位誤差,藍(lán)色曲線(xiàn)表示W(wǎng)AAS或EGNOS差分定位誤差。在圖6中,南北方向定位精度提高了約34%,東西方向提高了約25%,高程方向提高了約29%,WAAS系統(tǒng)對(duì)三個(gè)方向的定位精度提高大致相當(dāng)。在圖7中,南北方向定位精度提高了約28%,東西方向提高了約6%,高程方向提高了約17%,EGNOS系統(tǒng)對(duì)三個(gè)方向定位精度的提高程度存在差異,其中對(duì)南北方向定位精度的提高最顯著,約提高到0.8 m.

3.2SBAS系統(tǒng)完好性服務(wù)分析

以美國(guó)境內(nèi)widc站 如圖8所示,歐洲境內(nèi)gras站如圖9所示為例,分析WAAS系統(tǒng)保護(hù)門(mén)限對(duì)定位誤差的包絡(luò)情況。其中,紅色表示GPS基本導(dǎo)航定位三維誤差,藍(lán)色表示W(wǎng)AAS或EGNOS差分定位三維誤差,圖8和圖9中粉色表示水平保護(hù)門(mén)限,下圖中粉色表示垂直保護(hù)門(mén)限。WAAS系統(tǒng)的垂直保護(hù)門(mén)限小于16 m,水平保護(hù)門(mén)限小于15 m.EGNOS系統(tǒng)的垂直保護(hù)門(mén)限小于14 m,水平保護(hù)門(mén)限小于12 m.可以看出二者的保護(hù)門(mén)限值大致相當(dāng),均能有效的對(duì)定位誤差進(jìn)行包絡(luò)。

圖6 widc站5天定位精度對(duì)比 圖7 gras站5天定位精度對(duì)比

圖10、圖11分別示出了WAAS系統(tǒng)和EGNOS系統(tǒng)水平和垂直完好性風(fēng)險(xiǎn),其中色塊表示三維定位誤差等于其橫坐標(biāo),且保護(hù)限值等于其縱坐標(biāo)值的歷元個(gè)數(shù)。紅色區(qū)域表示三維定位誤差大于保護(hù)門(mén)限,即發(fā)出危險(xiǎn)誤導(dǎo)信息,黃色區(qū)域?yàn)槿S定位誤差小于保護(hù)門(mén)限,即不滿(mǎn)足CAT-1完好性性能需求,但保護(hù)門(mén)限大于水平告警限值,白色的區(qū)域表示,水平保護(hù)門(mén)限大于三維定位誤差且小于水平告警限值,即滿(mǎn)足CAT-1完好性性能需求。

圖10左圖中,落入紅色區(qū)域,發(fā)出危險(xiǎn)誤導(dǎo)信息的歷元個(gè)數(shù)為0.落入黃色區(qū)域的歷元個(gè)數(shù)為40,占所有歷元個(gè)數(shù)的0.0926%。落入白色區(qū)域的滿(mǎn)足CAT-1的完好性性能需求的歷元個(gè)數(shù)占所有歷元個(gè)數(shù)的99.9074%.圖10右圖中,落入紅色區(qū)域的危險(xiǎn)誤導(dǎo)信息歷元個(gè)數(shù)為0,落入黃色區(qū)域不滿(mǎn)足CAT-1的完好性性能需求的歷元個(gè)數(shù)為561,占所有歷元個(gè)數(shù)的1.2986%,落入白色區(qū)域的滿(mǎn)足CAT-1完好性性能要求的歷元個(gè)數(shù)占所有歷元個(gè)數(shù)的98.7014%.

圖10 WAAS系統(tǒng)水平和垂直完好性風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)

圖11 EGNOS系統(tǒng)水平和垂直完好性風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)

圖11示出了EGNOS系統(tǒng)水平和垂直完好性風(fēng)險(xiǎn)。在圖11左圖中,落入紅色區(qū)域的危險(xiǎn)誤導(dǎo)信息歷元個(gè)數(shù)為1,占所有歷元個(gè)數(shù)的0.002418%,落入黃色區(qū)域不滿(mǎn)足CAT-1的完好性性能需求的歷元個(gè)數(shù)為3,占所有歷元個(gè)數(shù)的0.007254%,落入白色區(qū)域的滿(mǎn)足CAT-1完好性性能要求的歷元個(gè)數(shù)占所有歷元個(gè)數(shù)的99.9903%.圖11右圖中,落入紅色區(qū)域的危險(xiǎn)誤導(dǎo)信息歷元個(gè)數(shù)為5,占所有歷元個(gè)數(shù)的0.01209%,落入黃色區(qū)域不滿(mǎn)足CAT-1的完好性性能需求的歷元個(gè)數(shù)為51,占所有歷元個(gè)數(shù)的0.1233%落入白色區(qū)域的滿(mǎn)足CAT-1完好性性能要求的歷元個(gè)數(shù)占所有歷元個(gè)數(shù)的99.8646%。

4 結(jié)束語(yǔ)

WAAS系統(tǒng)和EGNOS系統(tǒng)都遵循RTCA DO-229標(biāo)準(zhǔn),但兩者在電文編碼和解碼方式上還是存在一些細(xì)微差別。在播發(fā)的慢變改正信息電文中,WAAS系統(tǒng)通常采用的是(velocitycode=1)模式,而EGNOS通常采用的是(velocitycode=0)模式。WAAS系統(tǒng)和EGNOS系統(tǒng)的差分改正信息時(shí)間序列變化特征也不相同, WAAS系統(tǒng)的差分改正信息在衛(wèi)星出入境時(shí),是連續(xù)逐漸變化的過(guò)程,而EGNOS系統(tǒng)的差分改正信息在衛(wèi)星出入境時(shí),會(huì)出現(xiàn)階躍現(xiàn)象,可能與兩個(gè)系統(tǒng)信息處理的高度截止角相關(guān)。WAAS系統(tǒng)和EGNOS系統(tǒng)的差分信息均可以有效地提高用戶(hù)偽距單點(diǎn)定位精度,WAAS系統(tǒng)偽距單點(diǎn)定位精度約為1.2 m,與GPS基本導(dǎo)航服務(wù)相比,可以提高約22%,EGNOS系統(tǒng)偽距單點(diǎn)定位精度約為1.8 m,與GPS基本導(dǎo)航服務(wù)相比,可以提高約16%.兩個(gè)星基增強(qiáng)系統(tǒng)的完好性監(jiān)測(cè)保護(hù)門(mén)限均值均在16 m以?xún)?nèi),對(duì)定位誤差可以進(jìn)行有效地包絡(luò)。WAAS系統(tǒng)的水平和垂直HMI概率為0,EGNOS系統(tǒng)的HMI概率則較大,這與統(tǒng)計(jì)數(shù)量較少有關(guān)。通過(guò)分析對(duì)比WAAS和EGNOS兩個(gè)星基增強(qiáng)系統(tǒng)在電文編碼、解碼方式、差分改正信息變化、差分服務(wù)精度、完好性性能上的不同特征,可以為我國(guó)的星基增強(qiáng)系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化道路提供有價(jià)值的參考信息。

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TheServicePerformanceResearchofWAASandEGNOSBroadcastEphemerisDifferentialIntegrityBasedonRTCA

MENGXin1,2,CAOYueling2,LOULizhi1,MAOPengyu1

(1.CollegeofSurveyingandGEO-Informatics,TongjiUniversity,Shanghai200092,China; 2.ShanghaiAstronomicalObservation,ChineseAcademyofSciences,Shanghai200030,China)

To improve the service performance of GPS, many countries and regions have established independent GPS Satellite-Based Augment System(SBAS), providing the broadcast ephemeris differential integrity message to satisfy the high precision and the high integrity users’ needs. This paper introduced the message format of the broadcast ephemeris differential integrity message of SBAS such as WAAS and EGNOS, and analyzed the real broadcast ephemeris differential integrity message of SBAS. The long-time corrections and the fast corrections’change characteristic of the broadcast ephemeris are analyzed in different regions which have the different SBAS and different message processing modes. Based on the GPS data provided by the International GNSS Service (IGS), the algorithm of using the broadcast ephemeris differential integrity message of SBAS are studied, and the positioning accuracy and integrity service of WAAS and EGNOS are compared and analyzed. The result shows that the positioning accuracy of WAAS is about 1.2 m, and the positioning accuracy of EGNOS is about 1.8 m. Compared with GPS basic navigation service, the positioning accuracy of WAAS and EGNOS could be increased by about 22% and 16%. The integrity protection limits calculated by WAAS and EGNOS are roughly equal, within 16 m, and the positioning error can be enveloped.

WAAS; EGNOS; differential; integrity

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.05.001

P228.4

A

1008-9268(2017)05-0001-09

2017-07-07

國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):41674041,11203059)

聯(lián)系人: 孟鑫E-mail: 1219752734@qq.com

孟鑫(1992-),女,碩士研究生,主要從事廣域增強(qiáng)與完好性。

曹月玲(1983-),女,博士,主要從事廣域差分及完好性研究。

樓立志(1972-),男,副教授,主要從事大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理。

毛鵬宇(1992-),男,碩士研究生,主要從事GPS氣象學(xué)。