衛(wèi)星導(dǎo)航差分系統(tǒng)和增強(qiáng)系統(tǒng)（十四）

+ 劉天雄

3.4.2.3 性能指標(biāo)

EGNOS系統(tǒng)要求連續(xù)穩(wěn)定工作，目的是改善GPS系統(tǒng)的性能和穩(wěn)健性。根據(jù)EGNOS系統(tǒng)任務(wù)要求文件，EGNOS系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求如表18所示，主要包括精度、完好性、可用性和連續(xù)性，服務(wù)類型包括開放服務(wù)、航路非精密進(jìn)近NPA、I類垂直引導(dǎo)進(jìn)近APV-1三種。

表18所示的EGNOS系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求中，航路和非精密進(jìn)近服務(wù)的范圍是指歐洲民用航空委員會(huì)ECAC 96規(guī)定的飛行信息區(qū)域（Flight Information Regions，F(xiàn)IRs)，如圖44所示，I類垂直引導(dǎo)進(jìn)近APV-1的范圍是指歐洲民用航空委員會(huì)ECAC 96規(guī)定的陸地區(qū)域（Land Masses)，如圖45所示，

EGNOS系統(tǒng)的性能相關(guān)信息可以在EGNOS信息服務(wù)器（EGNOS Message Server）查詢，服務(wù)器地址為ftp://ems.estec.esa.int/, 例如2011年2月7日EGNOS系統(tǒng)的典型性能如圖46～49所示，圖像由“eclayr tool”軟件生成（http://eclayr.gmv.com）。EGNOS系統(tǒng)滿足I類垂直引導(dǎo)進(jìn)近APV-1指標(biāo)要求的可用性云圖如圖46所示，即可用性要求水平保護(hù)門限HPL<40m，垂直保護(hù)門限VPL<50m，分析的時(shí)間跨度為2011年2月7日的24小時(shí)，用戶根據(jù)用戶云圖中的網(wǎng)格線可查詢可用性大于99%的區(qū)域。

圖44 ECAC 96規(guī)定的飛行信息區(qū)域

圖45 ECAC 96規(guī)定的陸地區(qū)域

表18 EGNOS的性能指標(biāo)要求

圖46 EGNOS系統(tǒng)可用性云圖（HPL-HAL、VPL-VAL）

圖47 EGNOS系統(tǒng)連續(xù)性風(fēng)險(xiǎn)云圖（continuity risk）

圖48 EGNOS系統(tǒng)的垂直定位精度云圖

圖49 EGNOS系統(tǒng)的最大垂直安全指數(shù)地圖（VPE/VPL）

EGNOS系統(tǒng)連續(xù)性風(fēng)險(xiǎn)也是系統(tǒng)滿足I類垂直引導(dǎo)進(jìn)近APV-1指標(biāo)要求下計(jì)算的，假設(shè)在指定過程初期系統(tǒng)是可用的（保護(hù)門限小于告警門限），在連續(xù)15秒期間，發(fā)生連續(xù)性事件（保護(hù)門限大于告警門限）的概率。例如，2011年2月7日的24小時(shí)內(nèi)EGNOS系統(tǒng)的連續(xù)性風(fēng)險(xiǎn)云圖如圖47所示，用戶根據(jù)用戶云圖中的網(wǎng)格線可查詢連續(xù)性指標(biāo)小于1E-4的區(qū)域。

EGNOS系統(tǒng)的垂直定位精度云圖（垂直保護(hù)誤差VPE 95%）如圖48所示，單位是m，分析的時(shí)間跨度為2011年2月7日的24小時(shí)，用戶根據(jù)用戶云圖中的網(wǎng)格線查詢垂直定位精度小于2 m (95%)的區(qū)域。

EGNOS系統(tǒng)的垂直完好性裕度（vertical integrity margin）用最大垂直安全指數(shù)地圖（maximum Vertical Safety index map）來表征，是用戶垂直定位誤差和用戶垂直保護(hù)門限之間的最大比值，指數(shù)小于1的區(qū)域意味著用戶的垂直定位結(jié)果沒有完好性失效風(fēng)險(xiǎn)， 2011年2月7日的24小時(shí)內(nèi)EGNOS系統(tǒng)的最大垂直安全指數(shù)地圖如圖49所示。

歐洲衛(wèi)星服務(wù)提供商ESSP和歐空局ESA連續(xù)監(jiān)測(cè)EGNOS系統(tǒng)性能，ESSP除了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可用性、連續(xù)性以及完好性，依據(jù)可用性和完好性數(shù)據(jù)還進(jìn)一步預(yù)測(cè)EGNOS系統(tǒng)未來性能，ESSP監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)詳見http://egnos-user-support.essp-sas.eu/egnos_ops。ESA的監(jiān)測(cè)工作包括兩個(gè)方面，一方面，ESA分析EGNOS系統(tǒng)衛(wèi)星播發(fā)的導(dǎo)航電文，以確定一些重要參數(shù)的狀態(tài)，例如，GPS衛(wèi)星的狀態(tài)、歐洲大陸上空大氣電離層等級(jí)等參數(shù)；另一方面，ESA監(jiān)測(cè)不同參考站的環(huán)境狀態(tài)，給出這些參考站的精度和完好性信息。ESA監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)詳見http://www.egnos-pro.esa.int/IMAGEtech/imagetech_realtime.html。

圖50 EGNOS系統(tǒng)空間信號(hào)SIS可用性統(tǒng)計(jì)（2007年3月～2008年8月期間）

EGNOS系統(tǒng)能夠?yàn)闅W洲用戶提供GPS的導(dǎo)航增強(qiáng)服務(wù)，向歐洲及周邊地區(qū)的用戶發(fā)送GPS系統(tǒng)的廣域差分改正數(shù)和完好性信息。使用EGNOS增強(qiáng)系統(tǒng)后，用戶的單點(diǎn)定位精度提高3倍（95%），水平的誤差小于2.5m，高程誤差小于4.5m。2011年，EGNOS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了APV-I服務(wù)，目前正在開展LPV-200性能測(cè)試，已經(jīng)公布了261個(gè)LPV飛行程序。ICAO對(duì)NPA和APV的性能需求如表19所示，其中APV-I是由于EGNOS不能達(dá)到一類精密進(jìn)近而定義的。

根據(jù)歐洲衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)項(xiàng)目經(jīng)理Paul Verhoef公開發(fā)表的文章“European GNSS Programmes EGNOS and Galileo”，EGNOS系統(tǒng)空間段衛(wèi)星自2008年1月開始播發(fā)導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)，信號(hào)質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，Paul Verhoef給出2007年3月～2008年8月期間，EGNOS系統(tǒng)空間信號(hào)SIS（signal in space）可用性統(tǒng)計(jì)如圖50所示。SATNET

表19 ICAO對(duì)NPA和APV的性能需求