衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)討論

施滸立 李 林

(1.中國科學院國家天文臺，北京100012；2.北京日月九天科技有限公司，北京100102；3.杭州電子科技大學，杭州 310018)

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衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)討論

施滸立1,2李 林1，3

(1.中國科學院國家天文臺，北京100012；2.北京日月九天科技有限公司，北京100102；3.杭州電子科技大學，杭州 310018)

回顧了衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)的由來和發(fā)展，討論了衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)的使命及組成，介紹了衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)的演進及部分亮點，探討了衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)的實質(zhì)及關(guān)鍵技術(shù)，最后對衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)作了討論、展望與評論。

衛(wèi)星導航；增強系統(tǒng)；差分系統(tǒng)；廣域；局域

0 引言

回眸衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展歷程，研究差分系統(tǒng)和增強系統(tǒng)的由來[1-2]和發(fā)展[3-4]，認為由于兩大事件的影響，促進了它的降臨和發(fā)展。

第一件事件是政策刺激事件，海灣戰(zhàn)爭后，美國國防部為了防止非授權(quán)用戶使用P碼和與C/A碼碼相位測量值，發(fā)布了選擇可用性(SA，Selective，Availability)和防電子欺騙(AS，AntiSpoofing)政策，1991年7月在BookⅡ衛(wèi)星上實施了使用P碼的限制性措施，即在衛(wèi)星時頻基準上施加了δ技術(shù)和在導航電文里增加了ε技術(shù)。所謂δ技術(shù)就是對衛(wèi)星時頻基準施加了高頻抖動噪聲；所謂ε技術(shù)，就是人為將衛(wèi)星星歷中軌道參數(shù)的精度降低到200m左右。使非授權(quán)用戶不能正常使用GPS信號，精度下降到百米量級。

有矛便會出現(xiàn)盾，科技工作者開展了針鋒相對的抗差技術(shù)研發(fā)，發(fā)現(xiàn)SA誤差的時間變化周期大約是120s，而衛(wèi)星鐘差變化相當緩慢，故可以分離SA所施加的干擾噪聲，使定位精度重新獲得恢復。這些反SA的措施成為SA的克星，也激發(fā)了科技工作者研發(fā)抗噪聲、消誤差的激情及智慧。由于差分技術(shù)已能消除SA干擾對GPS測量的影響。而且美國已經(jīng)具備新的控制使用導航信號的能力，于是在2000年5月1日，美國政府宣布取消SA政策，定位精度又回歸到正常的10m量級。SA政策被取消了，但出現(xiàn)的抗差技術(shù)，繼續(xù)促進消誤差的研究工作，以及差分和增強系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展。

第二個事件是需求牽引事件，隨著衛(wèi)星導航終端用于飛機航路、終端區(qū)和非精密進場三個飛行階段后，衛(wèi)星導航技術(shù)是否還能夠提升，滿足精密進近和著陸階段的需求呢？聯(lián)邦航空局(FAA)提出了這一變革性的需求，并資助多所大學和研究單位，開展多類試驗，包括做了成百上千次的飛行試驗，發(fā)展了局域增強系統(tǒng)(LAAS)，在50km左右的覆蓋區(qū)域內(nèi)，定位精度達到1m量級，使GPS的完善性、可用性、精度和連續(xù)性等導航性能需求(RNP)滿足精密進近和著陸的要求，為飛機的各個飛行階段提供了可靠的無縫導航服務(wù)，促進了增強系統(tǒng)的升級和發(fā)展。

上述兩個事件確實促進了差分和增強系統(tǒng)的發(fā)展，但我更相信GPS作為一種精密測量系統(tǒng)，在子午儀(Transit)和Geostar等衛(wèi)星導航工程的基礎(chǔ)上，在精度、可靠性和可用性方面早已做了較全面的考量與設(shè)計。但不否認，政策刺激和需求的牽引，特別是上述兩件典型事件所產(chǎn)生的影響力，加速了差分和增強系統(tǒng)的發(fā)展和成功。

衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)從差分技術(shù)發(fā)展而來，根據(jù)國際民航組織ICAO國際民航公約附件十中GNSS SARPs的規(guī)定，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS的增強系統(tǒng)分為三類：陸基增強系統(tǒng)GBAS(Ground Based Augmentation System)、星基增強系統(tǒng)SBAS(Satellite Based Augmentation System)、機載增強系統(tǒng)ABAS(Aircraft Based Augmentation System)。其中，GBAS包括廣域增強系統(tǒng)(Wide Area Augmentation System，WAAS)、局域增強技術(shù)(Local Area Augmentation System，LAAS)。SBAS利用衛(wèi)星向用戶廣播GNSS的完好性和修正信息，并提供測距信號來增強GNSS。ABAS將GNSS組件信息和機載設(shè)備信息進行增強及綜合，確?？臻g信號的需求。至今，已出現(xiàn)了各種衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)。除美國的WAAS和LAAS外，其他國家或地區(qū)如歐盟、日本、印度、加拿大和澳大利亞等也紛紛建設(shè)了各自的衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)，包括歐洲靜止軌道衛(wèi)星導航重疊服務(wù)(European Geostationary Navigation Overlay Service，EGNOS)系統(tǒng)、日本的多功能傳輸衛(wèi)星(MTSAT，Multi-functional Transport Satellite)增強系統(tǒng)(MSAS，Multi-functional Satellite Augmentation System)和準天頂衛(wèi)星導航系統(tǒng)(QZSS，Quasi-Zenith Satellite System)，以及印度的GPS輔助地球同步軌道衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)(GAGAN，GPS Aided GEO Augmented Navigation)。

我國也較早地利用GPS系統(tǒng)開展了局域差分系統(tǒng)的建設(shè)和應用，北斗區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)建成以后，差分和增強系統(tǒng)的研發(fā)與應用加速開展，在城市規(guī)劃、國土測繪、地籍管理、城鄉(xiāng)建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測、防災減災、交通監(jiān)控等方面開展了較廣泛的應用。

1 衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)的使命及組成

1.1 使命[5-6]

衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)的使命是提升衛(wèi)星導航主系統(tǒng)的性能，擴大主系統(tǒng)的功能，保證導航、定位、授時和測姿的完好實施，內(nèi)容有以下三方面。

1.1.1 精度增強

精度指在給定時間內(nèi)，終端位置和速度的估計值或測量值與真實位置或速度的一致性的度量。精度增強指提高測量值和計算結(jié)果的精確程度，或指減少誤差量的能力。精度增強依靠差分技術(shù)，典型做法是將一臺接收機作為參考基準用，稱為基準站接收機，其位置經(jīng)預先精確測量得到，這樣就有了衛(wèi)星到基準接收機的真實幾何距離。如果將基準接收機對衛(wèi)星的距離測量值與其真實幾何距離相比較，差值就是基準接收機對衛(wèi)星距離的測量誤差。由于在同一時刻、同一地域內(nèi)的其他接收機對同一顆衛(wèi)星的距離測量值有相關(guān)或相近的誤差，因而基準站將其測量誤差通過電波發(fā)播給用戶接收機的話，流動用戶就可以利用接收到的誤差修正值來校正流動站接收機對同一顆衛(wèi)星的距離測量值 。精度增強使導航定位精度從幾十米、十幾米提高到水平方向約2～3m、高程約5～7m，特別是隨著載波相位測量技術(shù)的應用，使精度提高到厘米、甚至毫米量級。

1.1.2 完好性增強

完好性是指當衛(wèi)星導航系統(tǒng)出現(xiàn)異常、故障或精度不能滿足要求時，實時向用戶發(fā)出“可用”、“不可用”告警的能力，用系統(tǒng)不能提供完善性服務(wù)的概率表示。從20世紀80年代末開始，學者們一直關(guān)注這一問題，積極開展完好性監(jiān)測研究。衛(wèi)星導航系統(tǒng)本身原來也有一定的完好性監(jiān)測能力，但告警時間太長，需要花幾個小時，且信息很單一。所以開展完好性增強十分必要，它直接影響衛(wèi)星導航的系統(tǒng)精度、連續(xù)性和可用性等指標，并關(guān)系到大量最終用戶的生命財產(chǎn)安全。完好性監(jiān)測貫穿在系統(tǒng)整個生命周期內(nèi)，特別到系統(tǒng)運行后期，隨著星地設(shè)備的老化衰退，完好性就越發(fā)重要。

1.1.3 可用性增強

可用性是指整個系統(tǒng)的導航功能和異常檢測功能都能滿足規(guī)定使用要求正常工作的概率，一般用滿足要求時能連續(xù)工作的時間長短來度量?？捎眯栽鰪姲ㄍ晟菩浴⒖煽啃?、時間可用性及精度能力的增強。需要注意的是，系統(tǒng)硬件失效或?qū)е鹿ぷ髦袛嗟母婢畔⒍紩е逻@一服務(wù)質(zhì)量考核指標下降。

1.2 組成[7-8]

增強系統(tǒng)一般由基準監(jiān)測站或基準監(jiān)測站網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理中心或主控站、數(shù)據(jù)傳輸和播發(fā)數(shù)據(jù)通信鏈路三大部分組成。

1.2.1 基準監(jiān)測站

基準監(jiān)測站分為兩類：基準監(jiān)測站和完善性監(jiān)測站，一般配置高性能的原子鐘及接收視野內(nèi)衛(wèi)星信號的高質(zhì)量的接收機，接收機接收導航信號獲得原始觀測數(shù)據(jù)，檢出測量參數(shù)的誤差值。完善性監(jiān)測站專用于完善性檢驗，獲得的觀測值不用來計算精度修正值，而只產(chǎn)生“不能使用”電文向用戶終端告警。兩類監(jiān)測站也可以合起來，這時監(jiān)測站數(shù)據(jù)除了產(chǎn)生修正信息以外，還要得出完善性結(jié)論，發(fā)布告警信息。

監(jiān)測站數(shù)量多、分布廣，可以獲得更多不同空間和不同地域分布的測量數(shù)據(jù)，有利于分析、處理誤差數(shù)據(jù)，提高精度。如美國的廣域增強系統(tǒng)(WASS)建設(shè)了25個監(jiān)測站，后增加到38個；歐洲EGNOS計劃設(shè)置33～35個基準站；而印度的GAGAN有8個基準站。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理中心或主控站

增強系統(tǒng)，特別是廣域增強系統(tǒng)必須要有一個處理能力強的數(shù)據(jù)處理中心，有時亦稱為廣域主控站(WMS)。主要任務(wù)是根據(jù)已知監(jiān)測站的位置和采集到的參數(shù)計算分離出衛(wèi)星軌位、時鐘、電離層及對流層時延等誤差。數(shù)據(jù)處理中心對數(shù)據(jù)進行處理后生成星歷、鐘差等差分改正數(shù)，電離層時延柵格分布參數(shù)，以及完好性等級及告警數(shù)據(jù)等增強數(shù)據(jù)，確定被觀測衛(wèi)星信號的完整性、精度，殘差等信息，最后把經(jīng)分析加工后的信息，編制成增強電文，廣播給用戶終端。

數(shù)據(jù)處理中心決定著增強系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。系統(tǒng)一般設(shè)置1～2個主控站就能滿足需求。如WAAS系統(tǒng)設(shè)置了2個主控站；MSAS系統(tǒng)設(shè)置了2個主控站；而GAGAN系統(tǒng)只在班加羅爾設(shè)置了1個主控站。

1.2.3 通信鏈路和發(fā)布平臺

數(shù)據(jù)處理中心編制增強電文，傳送給發(fā)布平臺播發(fā)增強信息或“類GPS”測距信號，供用戶終端使用。有兩類播發(fā)情況，一類是僅廣播增強信息，如單站RTK，通過VHF、UHF向流動用戶終端廣播增強信息；另一類不但傳輸增強信息，而且還提供“類GPS”的測距碼信號，增加測距冗余度，特別當衛(wèi)星導航系統(tǒng)星座分布不理想時，增強平臺將能改善星座的幾何分布因子DOP，提高定位精度。衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)的增強平臺分為陸基、星基、機載三類。各增強系統(tǒng)中平臺的設(shè)置情況如下：美國WAAS由4顆海事衛(wèi)星(Inmarsat)組成，后又增加了2顆同步軌道衛(wèi)星；日本的QZSS，考慮到日本地處北半球多山地區(qū)域，用了3顆大橢圓軌道的IGSO衛(wèi)星；印度的GAGAN，用了3顆GEO衛(wèi)星。歐洲EGNOS將用3～4顆地球同步軌道衛(wèi)星。

2 衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)的演進及亮點

2.1 演進[9-10]

在需求的牽引下，衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)逐漸發(fā)展，現(xiàn)在已成為衛(wèi)星導航中不可或缺的組成部分，有些還成為能獨立運行的系統(tǒng)。其演進歷程大致有以下四個方面。

2.1.1 從低精度向高精度演進

增強系統(tǒng)是從差分發(fā)展起來的，差分主要是修正誤差。最初的差分是位置差分，位置差分解的精度與用戶接收機離參考站的距離有關(guān)，一般要求不超過300～500km范圍。位置差分解的精度還與接收的衛(wèi)星數(shù)量及其分布有關(guān)。而偽距差分則不一樣，其“修正偏差”只與觀測衛(wèi)星有關(guān)。偽距測量值有通過碼相關(guān)測量獲得，也有通過載波相位測量獲得，后者的偽距精度高達厘米級，甚至毫米量級。

2.1.2 從靜態(tài)修正向動態(tài)修正演進

衛(wèi)星導航差分應用從靜態(tài)應用開始，但靜態(tài)差分只能解決定位。導航是動態(tài)的，不但與位置精度有關(guān)，而且還與速度及加速度等動態(tài)要求有關(guān)。為此，發(fā)明了RTK(Real Time Kinematic)實時動態(tài)定位技術(shù)。它由一個參考站與若干個流動站組成，通信頻段采用VHF、UHF頻段，通信體制采用擴頻或跳頻體制，能在1～2s的時間里獲得高精度位置信息。20世紀90年代初，這項技術(shù)一經(jīng)問世，極大地拓展了GPS的使用空間。直到今天，如果沒有CORS和PPP的出現(xiàn)，RTK技術(shù)仍代表著高精度GPS的最高水平。RTK可以應用于快速測量、精密測圖、工程放樣和工程監(jiān)控方面的動態(tài)精密定位。但適用范圍小于10km。導航定位精度在水平方向1～3cm，在垂直方向2～5cm。

2.1.3 從單站監(jiān)測向網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測演進

RTK技術(shù)也有一定局限性：用戶需要架設(shè)本地的參考站；誤差隨距離增長；可靠性和可行性隨距離降低；需要多次設(shè)站等。為了克服這些短擺，20世紀90年代中期，開始開發(fā)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)RTK的基本思想是：在一定區(qū)域內(nèi)，根據(jù)多個基準站的已知誤差，利用誤差的強相關(guān)性，可以推算并消除該區(qū)域內(nèi)任何一處流動站的已知誤差。目前代表性的方法有虛擬參考站技術(shù)(VRS，Virtual Reference Station)、FTK技術(shù)和綜合誤差內(nèi)插技術(shù)(CBI，Combined Bias Interpolation，)三類。 VRS分別采用電離層與對流層估計模型，可以生成虛擬參考站，對觀測值進行修正。FKP技術(shù)采用整體的網(wǎng)絡(luò)解，并用卡爾曼濾波進行非差數(shù)據(jù)處理。

總之，增強系統(tǒng)依靠通信網(wǎng)絡(luò)將多個基準站數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)接嬎阒行?，并用移動通信網(wǎng)把解算得到的誤差修正值告知用戶，網(wǎng)絡(luò)化助力增強系統(tǒng)。CORS就是一個網(wǎng)絡(luò)化增強的典型實例。

2.1.4 從精度增強向可用性增強演進。

增強系統(tǒng)在精度增強方面取得顯著成效后，便開始注意信號的完好性、連續(xù)性、完善性及時間可用性等，這些要求統(tǒng)稱為可用性要求，實現(xiàn)這一增強叫做可用性增強。如WAAS選擇采用同步衛(wèi)星的彎管轉(zhuǎn)發(fā)器作為完好性通道。在6s之內(nèi)發(fā)布修正錯誤信息，確保修正后位置精度在保護門限以內(nèi)，或接到“不可用”告警，指令用戶機不再使用相關(guān)的衛(wèi)星導航數(shù)據(jù)。

2.2 亮點[11-12]

在衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)的演化和前進的歷程中出現(xiàn)不少技術(shù)亮點，現(xiàn)介紹我國有關(guān)部門和專家在增強系統(tǒng)發(fā)展中的兩件亮點技術(shù)。

2.2.1 提出覆蓋范圍增強的新概念

衛(wèi)星導航增強已經(jīng)解決了精度增強、可用性增強及可靠性增強，那么今后衛(wèi)星導航還需要增強什么呢？衛(wèi)星導航信號和增強信號在城市高樓街道間、高山峽谷里、密林隧道中，特別在室內(nèi)傳播時，會嚴重受阻，為了解決導航定位的覆蓋范圍問題，科技部國家遙感中心和武漢大學提出了羲和計劃，構(gòu)建廣域室內(nèi)外高精度定位導航系統(tǒng)，希望充分利用各種可用于導航定位的空間信號，有效解決衛(wèi)星導航信號到達個人移動終端“最后一公里”問題，“十二五”期間在863計劃支持下，取得了重大突破，實現(xiàn)了全國范圍室外優(yōu)于1m，室內(nèi)優(yōu)于3m定位精度的應用示范。

2.2.2 發(fā)展了區(qū)域連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)——CORS

武漢大學利用衛(wèi)星定位誤差的相關(guān)性計算基準站上的綜合誤差，并內(nèi)差出用戶站的綜合誤差，發(fā)展了區(qū)域連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)-CORS。CORS是利用GNSS技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信和移動通信技術(shù)組成的基準站網(wǎng)絡(luò)，提供移動定位、動態(tài)框架等空間位置信息的服務(wù)系統(tǒng)。區(qū)域性CORS不僅是動態(tài)的空間數(shù)據(jù)參考框架，同時也是快速、高精度獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征的信息基礎(chǔ)設(shè)施之一?？蓾M足國土測繪、城市管理、交通物流、氣象預報以及突發(fā)事件應急決策等多種現(xiàn)代化信息化管理的要求。已在湖北等地建成示范項目，經(jīng)測試，采用北斗三頻實時精密定位，其平面和高程精度分別達到2cm和5cm。

3 衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)的實質(zhì)及關(guān)鍵

3.1 實質(zhì)[13-14]

衛(wèi)星導航系統(tǒng)原來是一個以高空導航衛(wèi)星為基準的廣域廣播定位系統(tǒng)，是一個不閉合的開放系統(tǒng)，采用的鏈路是開口鏈路。增強系統(tǒng)的使命是進一步提高衛(wèi)星導航系統(tǒng)的精度，采用誤差修正方法是最有效提高精度的方法。其中誤差閉環(huán)修正的效果又是最佳的。采用了天地閉合修正誤差的辦法實現(xiàn)大系統(tǒng)反饋閉環(huán)控制是衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)的實質(zhì)性理念。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)[15-16]

3.2.1 誤差數(shù)據(jù)監(jiān)測、分析及剝離技術(shù)

衛(wèi)星導航誤差源分為三類：1)用戶接收機共同面臨的誤差，即衛(wèi)星鐘差、星歷誤差、電離層和對流層誤差；2)不能由用戶測量或由校正模型來計算的其他傳播延遲誤差；3)接收機電子線路中的內(nèi)部噪聲、通道延遲及無確定性的多路徑傳輸誤差。利用差分技術(shù)，可以完全消除第一類誤差，第二類誤差的大部分也可消除，但取決于基準接收機和用戶接收機之間的距離；第三類誤差依靠差分技術(shù)無法消除，如空間相關(guān)性較弱的多路徑誤差，是變化很快的隨機噪聲。為了消除前兩類誤差源，在基準參考站上設(shè)置銣鐘提供穩(wěn)定頻率標準。中心站獲得原始測量值，對測量誤差進行分析處理時，若采用誤差分項分析及剝離方法，則必須建立分項誤差模型。如欲提高星歷誤差的估計精度，就要建立衛(wèi)星動力學模型，這種動力學方法用載波相位作為測量值，因此必須解決整周模糊度問題。誤差改正分標量改正和矢量改正兩種。矢量改正數(shù)包括星鐘誤差、星歷誤差和電離層時延等，改正效果好；另一種方法是在服務(wù)區(qū)內(nèi)分別采集各自站點對衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、電離層延遲數(shù)據(jù)，上報主控站處理后，形成柵格結(jié)點上的服務(wù)能力，如把復雜的電離層誤差曲面化分割，用戶可以利用內(nèi)插方式選擇電離層延遲修正值。

3.2.2 載波相位測量和載波相位平滑偽距技術(shù)

衛(wèi)星導航接收機可以用衛(wèi)星信號的載波和Gold碼來測量延遲。單周載波長約19cm。接收機的測量分辨率可以到單周載波相位的幾百分之一，約1mm，再求解出整周模糊度，移動接收機就可以計算出其相對固定接收機的距離或位置，精度可達厘米級。

3.2.3 各種增強系統(tǒng)的兼容和互操作技術(shù)

兼容與互操作特性是實現(xiàn)各衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵，全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)國際委員會(ICG)的定義[]是。

1)兼容性定義：全球或區(qū)域衛(wèi)星導航及其增強系統(tǒng)的工作能力，不管是獨立使用或綜合使用，對任意一個獨立系統(tǒng)本來的服務(wù)和能力都不會導致不可接受的干擾或其他損害；

2)互操作定義：用戶綜合使用多個系統(tǒng)得到的服務(wù)水平(定位、導航、授時)等效或超過其中任意一個系統(tǒng)單獨提供的服務(wù)水準。

兼容和互操作包括程序、標準、功能規(guī)范和技術(shù)性能。要實現(xiàn)天-地增強系統(tǒng)閉環(huán)實時兼容和互操作測量與控制方式，必須解決導航信號的時間、空間基準統(tǒng)一的問題和擴頻碼與載波相位的相干性問題。

3.2.4 偽衛(wèi)星增強技術(shù)。

偽衛(wèi)星可以播發(fā)與導航衛(wèi)星測距信號一樣的復制信號。如果偽衛(wèi)星的發(fā)射信號同步到接收到的導航衛(wèi)星的信號，將稱其為同步偽衛(wèi)星。同步偽衛(wèi)星可以精確初始化CDGPS導航，可以作為CDGPS導航系統(tǒng)的參考站。通過一組偽衛(wèi)星為衛(wèi)星導航提供增強或備份，這樣即使衛(wèi)星星座失效也可以導航。

4 展望與建議

4.1 展望[17-18]

衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)作為對衛(wèi)星導航系統(tǒng)的補充和增強，越來越顯示出它的生命力與重要性，發(fā)展極其迅速。

4.1.1 高精度的增強定位技術(shù)和系統(tǒng)正在促進形成精準測量產(chǎn)業(yè)

1993年，精準農(nóng)業(yè)技術(shù)首先在美國明尼蘇達州的2個農(nóng)場進行試驗，結(jié)果當年用GPS指導施肥的作物產(chǎn)量比傳統(tǒng)平均施肥的作物產(chǎn)量提高30%左右，同時還減少了化肥施用量，經(jīng)濟效益大大提高。此后，精準農(nóng)業(yè)開始興起，目前已成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的一種普遍趨勢。近年來，我國也積極開展北斗系統(tǒng)精準農(nóng)業(yè)應用示范工程建設(shè)，如新疆石河子市和農(nóng)八師正在部署用5萬套北斗農(nóng)用終端。在北京打造了 “基于北斗系統(tǒng)的精準農(nóng)業(yè)”新型應用，每臺農(nóng)機的定位誤差控制在5cm范圍內(nèi)，保證播種、撒藥、灌溉、收割等農(nóng)機作業(yè)精準有效利用。

提供厘米級、毫米級的實時三維空間定位服務(wù)，應用遠不止精準農(nóng)業(yè)方面，在地形測量、燃氣管網(wǎng)精準服務(wù)、大橋或大壩的變形監(jiān)測、高鐵路基監(jiān)測、大型工程的施工等方面也開始發(fā)揮更多作用，正在形成一種精準測量應用產(chǎn)業(yè)。相信在今后若干年內(nèi)，精準測量產(chǎn)業(yè)將一定會興旺發(fā)達起來。

4.1.2 增強系統(tǒng)有望促進室內(nèi)外無縫導航定位的實現(xiàn)

差分技術(shù)可消除大部分系統(tǒng)誤差，但多徑誤差卻無法消除，如在城市、森林或室內(nèi)等復雜環(huán)境下，多徑效應嚴重，定位精度會大幅度下降。在嚴重情況下還會使導航信號失鎖，接收機無法正常工作，降低了衛(wèi)星導航系統(tǒng)的可用度。所以增強系統(tǒng)演進的下一個目標是解決擴大覆蓋范圍的問題。要能夠覆蓋城市、森林或室內(nèi)等復雜環(huán)境，特別是室內(nèi)公用場所，但解決的難度極大。所以突破覆蓋受限藩籬，實現(xiàn)室內(nèi)外無縫導航定位將是國內(nèi)外導航工作者的新使命。

4.1.3 增強系統(tǒng)有可能發(fā)展成為多信息廣義導航定位系統(tǒng)

增強系統(tǒng)產(chǎn)生和發(fā)展的動力在于需求牽引，在于解決實際需求問題，所以說需求牽引著增強系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展。當室內(nèi)導航增強系統(tǒng)發(fā)展以后，導航定位系統(tǒng)的整體面貌會有新的變化，那時增強系統(tǒng)可能發(fā)展成為多信息廣義導航定位服務(wù)系統(tǒng)，其中多種導航技術(shù)，包括衛(wèi)星導航系統(tǒng)，都將成為廣義導航定位服務(wù)系統(tǒng)中的信息源，衛(wèi)星導航終端將成為一種傳感器。

4.2 建議[19-20]

1)如何提高精度是增強系統(tǒng)追求的永恒的目標。提高精度就是與誤差作斗爭，首先要能監(jiān)測出誤差，接著處理誤差，最后消除誤差。消除誤差分整體修正、分項修正、整體修正后再分項修正，以及大分項修正后整體修正多種。增強系統(tǒng)中大多采用分項修正方法，是否能在分項修正后再作一次整體修正。要作整體修正就要作覆蓋空域誤差分布的整體表述，這時基函數(shù)的選擇變得很重要，這是值得探索的。

2)增強系統(tǒng)的建設(shè)應有序開展，標準和規(guī)范要先行，合理的建設(shè)流程應該是先廣域后局域，這樣容易實現(xiàn)系統(tǒng)間的兼容和互操作，也能減少重復投入，提高建設(shè)效益。其中星基增強系統(tǒng)是投入產(chǎn)出比最佳的增強系統(tǒng)，應該首先發(fā)展和建設(shè)，接著再針對各種需求發(fā)展局域增強系統(tǒng)。我國的局域增強系統(tǒng)發(fā)展得很火，而廣域增強系統(tǒng)的建設(shè)相對遲緩，這種局面應該改觀。

3)應該充分利用世界上已有的衛(wèi)星導航系統(tǒng)和衛(wèi)星增強系統(tǒng)，為此，必須提供互操作能力，以便利用多系統(tǒng)實現(xiàn)無縫兼容導航。兼容與互操作既是實現(xiàn)增強系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)一致工作的關(guān)鍵，也是實現(xiàn)全球同類衛(wèi)星導航系統(tǒng)和增強系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)工作的關(guān)鍵。

為了提高我國衛(wèi)星導航的實用性，提高北斗的應用水平，我們應該加快我國衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)與國際同類GPS類廣域增強系統(tǒng)的交流及合作，建立起統(tǒng)一、兼容的系統(tǒng)接口與服務(wù)標準，從而使我國的增強系統(tǒng)發(fā)揮出更大的效能。

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Discussion on Satellite Navigation Augmentation System

SHI Hu-li1，2，LI Lin1，3

(1.National Astronomical Observatories，Chinese Academy of Science，Beijing 100012，China；2.Beijing RiYue JiuTian Technology Co.Ltd，Beijing 100102，China；3.Hangzhou Dianzi University，Hangzhou 310018，China)

This paper reviewed the satellite navigation augmentation system by looking back at its origin and development，discussed its mission and composition，explored its essence and key technology and finally forecasted the future of the system.

Satellite navigation；Augmentation system；Differential system；Wide area；Local area

2015 - 08 - 18；

2015 - 08 - 27。基金項目：國家自然科學基金項目(No.271284F010203)

施滸立(1944 - )，男，理學博士、工學博士，研究員，主要從事天文、導航、通信方面的研究。

E-mail：shl@bao.ac.cn

TN967.1

A

2095-8110(2015)05-0030-07