星基增強電文處理方法分析

早在1997年，斯坦福大學(xué) Parkinson 就提出了將通過5個或5個以上基準(zhǔn)站采集原始數(shù)據(jù)，并將星歷、星鐘和站鐘在大的估計器里進行聯(lián)合解算。隨后，Enge P采用共視時間傳遞法將站鐘偏差分離出來，進而將解算減少至四維（星歷和星鐘）。1999年，斯坦福大學(xué)和JPL研究小組共同對上述算法進一步改進，采用站間單差消去殘余的電離層和對流層等共同誤差，再利用星際雙差消除基準(zhǔn)站間的誤差，先求解星歷，再利用修正的星歷解算星鐘，SBAS系統(tǒng)普遍采用這種算法。德國的 GFZ 地學(xué)中心通過對幾種算法的綜合分析于2004年指出，以上幾種算法實質(zhì)上還是星歷和星鐘的統(tǒng)一解算，適用于中軌衛(wèi)星星座，不大適用于中高軌結(jié)合的混合星座。蔡成林等人結(jié)合 BDS 混合星座特點，提出了一種將星鐘和星歷誤差解算過程分離的新方法，從而將四維時空解算變?yōu)槿S空間解算，有效提高了定位精度。

電離層延遲是影響衛(wèi)星導(dǎo)航測距和定位精度最重要誤差源之一。SBAS 可通過多個連續(xù)運行的參考站觀測數(shù)據(jù)對衛(wèi)星導(dǎo)航信號的電離層延遲進行實時監(jiān)測，并生成電離層差分修正數(shù)，從而修正用戶的電離層延遲。SBAS 通常采用格網(wǎng)修正法來修正電離層延遲，其提供的電離層差分修正數(shù)是電離層格網(wǎng)點處的垂直電離層延遲估計。傳統(tǒng)的電離層修正的格網(wǎng)修正方法，更多地借助電離層的經(jīng)驗?zāi)Ｐ停ㄈ?Klobuchar 模型、Bent 模型、IRI 模型），其計算精度不可避免地受到這一類模型本身精度的影響和制約。運行的SBAS系統(tǒng)主要采用三種方式針對每個電離層格網(wǎng)點進行垂直電離層延遲評估：一種是三角格網(wǎng)插入的卡爾曼濾波方法（Solar-TRIN）。假設(shè)電子容量是固定的，通過電離層穿刺點測量的傾斜總電子容量（TEC）值，計算球型網(wǎng)格點上的TEC 值 ；第二種是廣泛應(yīng)用于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的基于 Kriging 插入方法，該方法利用已知的樣本值和設(shè)定的協(xié)方差函數(shù)（變差函數(shù)）來確定不同時間點和位置的未知值，充分利用TEC的空間相關(guān)性，并進行不確定性評估測量 ；第三種方法則考慮綜合了以上兩種方法的優(yōu)勢，使用變差函數(shù)考慮空間相關(guān)性。

完好性監(jiān)測是實現(xiàn)系統(tǒng)故障監(jiān)測和排除的有效手段，能夠檢驗衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)品質(zhì)。當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)三大完好性監(jiān)測方法為：一是外部增強方法，如廣域增強系統(tǒng)、局域增強系統(tǒng)等在向用戶播發(fā)誤差改正數(shù)的同時也給出改正數(shù)的完好性信息；二是接收機自主完好性監(jiān)測 RAIM 方法，利用導(dǎo)航衛(wèi)星的冗余信息，實現(xiàn)多個導(dǎo)航解的一致性檢驗，以達(dá)到完好性監(jiān)測的目的；三是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)自身基本完好性監(jiān)測和衛(wèi)星自主完好性監(jiān)測。衛(wèi)星鐘是實現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)精確定位的基礎(chǔ)，其完好性監(jiān)測主要是監(jiān)測衛(wèi)星鐘差異常。因此，SBAS 需對衛(wèi)星鐘的狀態(tài)進行密切監(jiān)測，適時作出故障鐘排除、星載鐘切換等操作。通常，衛(wèi)星鐘差異?？梢酝ㄟ^星載原子鐘的高精度頻率或相位比對測量、動態(tài) Allan方差和基于滑動窗口的最小二乘擬合算法，并結(jié)合來二階多項式模型、灰色模型、Kalman濾波器模型等多種衛(wèi)星鐘差模型實現(xiàn)，但實時性上大多難以滿足系統(tǒng)需求。SBAS 完好性監(jiān)測以 EGNOS 和基于GPS 的SBAS的完好性概念最具有代表性。EGNOS 結(jié)合自身系統(tǒng)完好性，可提供空間信號和完好性標(biāo)志等完好性信息 ；基于 GPS 的 SBAS 結(jié)果廣域增強技術(shù)和地面完好性監(jiān)測技術(shù)，提出 UDRE、GIVE 等完好性概念。雖然二者概念不同，但均以觀測方程的形式將誤差通過空間幾何關(guān)系到定位域的誤差之上，使多星座間完好性信息等效利用成為可能。對于 DFMC SBAS 系統(tǒng)完好性來說，因其包含綜合信息完好性和用戶端完好性監(jiān)測兩部分，故可考慮將上述三種方法相結(jié)合，在系統(tǒng)內(nèi)部進行信息的完好性參數(shù)計算，同時在用戶接收端輔助以接收機完好性監(jiān)測算法。SBAS 互操作的實現(xiàn)將能更好的支持民用航空各個飛行階段的精度和完好性性能需求