GNSS高仰角选星组合差分精度分析

胡耀坤中电科现代导航（西安）科技有限公司，陕西西安　710068

GNSS高仰角选星组合差分精度分析

胡耀坤
中电科现代导航（西安）科技有限公司，陕西西安710068

摘要地基增强系统（Ground-based Augmentation Systems，GBAS），是在伪距差分定位提高精度的基础上，增加了一系列完整的监测算法，为配置相应机载设备的飞机提供I类精密进近（CAT-I）甚至更高标准的精密进近、着陆引导服务。本文运用了多系统GNSS组合差分的方法，在保证足够的测距源数据的前提下，提高观测仰角门限进行选星组合差分定位。

关键词GNSS；GPS；高仰角；组合差分格式

1　GBAS地面站处理过程

GBAS地面系统处理包括差分校正和完好性监测。

1.1 差分处理

对GNSS卫星信号进行解码，载波平滑伪距，产生伪距校正信息，广播差分信息报文等，同时为后续完好性监测算法提供数据。

1.2 完好性监测算法

包括：测量质量监测（Measurement Quality Monitoring，MQM），数据质量监测（Data Quality Monitoring，DQM），信号质量监测（Signal Qualit y Monitoring，SQM），多接收机一致性校验（Multiple Reference Consistency Check，MRCC）检查每颗卫星校正值在多接收机间的一致性，报文监测（Message Field Range Test，MFRT）验证平均伪距校正值和校正值率符合电文有效格式。

1.3 执行监测

包含一系列复杂的故障处理逻辑，处理各种完好性监测算法的结果并采取适当的方法（如：隔离）来避免完好性风险。每个完好性监测算法都针对每个信道或者卫星产生一个flag，而EXM则协调这些监控器的工作，同时综合这些flags。EXM在系统级上隔离单个监控器检测出的失效的测量值，同时在确定该失效已经排除的情况下重新引入该观测值。

2　GBAS组合选星

在双系统卫星接收机中，过度的冗余信息并不能提高太多的定位精度，反而会带来巨大的计算量，增加GBAS地面站处理的计算负担。为此，在满足GBAS机载定位精度要求的前提下，实时地选择尽量少的卫星用于地面站差分修正量的计算，减少过多的冗余信息，降低导航运算量至关重要[4-6]。

在满足用户定位精度要求的前提下实时地选择尽量小数目的卫星，以用户可接受的GDOP值的损失换取导航运算量的大幅降低，适当提高卫星仰角门限，以提高机载用户的定位精度，并对该方法进行了仿真验证。

卫星导航系统的定位精度，可以表示为几何精度因子和用户等效距离误差的乘积，即：

其中，sp表示定位精度的标准偏差，sGDOP表示几何精度因子的值，sUERE表示用户等效距离误差的标准差。GDOP值反映了定位卫星星座的拓扑结构对用户等效距离误差的放大程度。

假设组合导航系统中各系统的等效测距误差近似一致，则GDOP值可以表征定位精度的大小，也即用户对定位精度的要求可以通过GDOP阈值（GDOP Threshold，简称GDOPT）来体现。

组合导航系统的几何精度因子可以表示为：

其中，H表示组合导航系统的测量矩阵。

双星座组合导航系统的测量矩阵可以表示为：

其中，ai、ayi和azi（i=1,L,ns 1 ,ns 1 +1,Ln ）表示第 i 颗x卫星的方向余弦，ns1表示GPS卫星导航系统的可见卫星数，n-ns1表示BD2卫星导航系统的可见卫星数。

下面以GPS/BEIDOU组合GBAS差分导航系统为例，对提高仰角门限组合选星差分定位进行分析证验。

3　GPS/BD2高仰角选星GBAS验证

GPS/BD多系统GBAS基准站采用的是多系统GBAS地面站，机载用户设备采用的是北京航空航天大学研制的GNSS多模导航接收机。高仰角组合选星地面验证试验于2014年11月19日9时至16时进行，采用的是地面静态试验验证的方式，测试基线距离约20KM，经过测试处理分析，试验结果如下。

不同仰角情况下，高度方向的定位误差如图1所示。

不同仰角情况下，水平X方向的定位误差如图2所示。

不同仰角情况下，水平Y方向的定位误差如图3所示。

4　结论

经试验验证结果表明，组合差分精度在仰角门限设为20度的时候最优，继续增大门限，会导致测距源的减少使得结果变差，因此，GPS/BD2组合差分，在测距源数量增大的前提下，适当提高卫星仰角门限，进行组合选星，能够为GBAS系统提供更好的定位精度，同时，减少了地面站及机载用户的处理运算量。

参考文献

[1]谢钢.GPS原理与接收机设计[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]Elliott D. Kaplan， Christopher J. Hegarty，寇艳红，译.GPS原理与应用[M]，北京：电子工业出版社，2007.

中图分类号TP39

文献标识码A

文章编号1674-6708（2015）139-0147-01