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Ubuntu330 | 深挖卫星导航



卫星导航潜力有多大?达到米级?分米级?厘米级?能否代替I、II、III类盲降?有哪些增强技术?让我们一起来学习:



上图纵坐标表示精度,从厘米到10米以上,注意坐标轴不是线性变化,而是刻度的跨度越来越大;横坐标表示范围,注意也是 刻度的跨度越来越大。


从图中可以看到,卫星导航(GNSS)自身导航范围可以通达全球任何角落,GPS和GLONASS精度10米级,伽利略和GPS III可以达到5米左右。


其余的色块,均用来增强导航精度,有些是局地增强,有些是广域增强,特点是显著提高卫星定位精度,直至厘米级。


增强的主要原理,就是差分:


假设某个系统测出我的位置坐标是x,y,同时也测出我的桌子的坐标a,b,而桌子的位置固定且事先是知道,因此坐标a,b和桌子实际位置有位置差,这个位置差用来修正x,y,可以得到我的更精确位置,这就是所谓差分。




SBAS是星基增强系统,其原理就是在地面放好桌子,然后测出位置差,交给天上的通信卫星广播,飞机收到后修正出自己的精确位置。因为有效范围辽阔,因此要放好几个桌子才行。


现在可以用的SBAS系统包括北美的WAAS、欧洲的EGNOS、日本的MSAS,建设中的包括俄罗斯的SDCM、印度的GAGAN。


有了SBAS,就可以在RNP APCH使用LPV标准,使卫星导航达到ILS I类标准。







这是巴黎戴高乐机场08R跑道的RNP APCH进近图。上面有一个EGNOS代码:Ch57500 E08B,说明带有LPV功能。注意下滑道的表达方式和ILS有所不同






注意进进图底部的着陆标准:


LNAV CDFA:这是没有垂直引导的进近,着陆要求比较高;


LNAV/VNAV:这是带垂直引导的进近,着陆条件有所降低;


LPV:这是SBAS增强的进近,和ILS I类标准一样,DH200英尺,RVR550m.


这些都属于RNP APCH,不需要单独的进进图。


空客A-350的LPV在PFD上这样显示:





SBAS带来的最大好处,就是有效范围内可以到处建立等同于ILS I类盲降的着陆程序,而不需要任何设备、基建和费用,备降场的选择变得更加灵活,对通航更是极大利好。



DGNSS 和 GBAS


DGNSS和GBAS是地基增强系统,其原理是在地面的桌子翻过来,不但测量桌子的位置差,也测每条腿(至少两条腿)到卫星的无线电距离(波长乘以时间,即伪距),


根据真实距离算出腿长的差, 再通过甚高频设备进行广播( VDB ), 飞机收到后修正出自己的精确位置,这个位置已经消除了大长腿和小短腿的误差,所以精度更高,达到半米级别。






由于可以对每个单个卫星的测量校正,因此精度很高,可以实施ILS II、III类标准的进近。但因为VDB距离有限,有效范围半径20公里左右,对于多跑道枢纽机场很有用,


对于单跑道机场成本相对高,对通航更是没有必要。


GBAS和传统DGNSS的差别就是完整性(什么是完整性,请查阅上一篇)的保证,所以GBAS更适合航空器导航。这里是圣彼得堡10R跑道的GLS进进图:






可以看到,现在的GLS着陆标准基本和ILS I相当。注意,GLS有专门的进近图,下滑道的表达和传统ILS的不一样。


按照FAA的计划,最早在2019年,就会出现第一个II、III类的GLS进近程序。





GBAS用卫星测距,用无线电广播差分信号;SBAS用额外的通信卫星广播差分信号。这是二者的区分。



RTK 和 WARTK


刚才说到,传统的DGNSS不如GBAS,被无情淘汰,然而,它又派生出新的技术,那就是RTK,Real Time Kinematic,实时动态载波相位差分。