韓永樂 唐文君

摘 要：近些年來衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)應(yīng)用已經(jīng)普及，例如美國的GPS，俄羅斯的GLONASS，以及我國的北斗，這些導(dǎo)航定位系統(tǒng)應(yīng)用于陸路、航空、航海各個領(lǐng)域，但在飛機進場著陸方面，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)卻并沒有廣泛應(yīng)用。本文通過對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)存在的問題進行分析，提出解決辦法，并對可行性及關(guān)鍵點進行研究。

關(guān)鍵詞：進場著陸；GPS；衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.158

1 引言

衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，以GPS系統(tǒng)為例，具有全天候、覆蓋范圍廣、精度高等優(yōu)點，將其應(yīng)用在飛機進場著陸完全具有達到二三類著陸、實現(xiàn)完美盲降、提高試飛安全的能力。本文通過分析差分定位技術(shù)和偽衛(wèi)星增強技術(shù)的結(jié)合，對將衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)應(yīng)用于進場著陸進行可行性研究。采取差分GPS定位算法，載波相位觀測量可以有效的提高定位精度，完全或大部分消除公共誤差，也可以消除大氣層的干擾進一步提高精度，最后通過偽衛(wèi)星站的建立提高垂直定位精度，優(yōu)化解算圖形，提高精確定位能力，確保飛機著陸時接收到完整、精確的信號。

2 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與進場著陸

由于以GPS定位系統(tǒng)為代表的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以實現(xiàn)動態(tài)定位，在連續(xù)性和可用性上具有極大的開發(fā)應(yīng)用價值，但其精度距離進場著陸精度要求還有差距，制約著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在進場著陸中應(yīng)用的主要原因就是精度無法滿足需求。國內(nèi)外專家通過采取各種技術(shù)提高GPS等衛(wèi)星導(dǎo)航定位的精度，例如差分GPS技術(shù)、偽衛(wèi)星增強技術(shù)等。本文通過分析可行性方案來構(gòu)建一個完整的進場著陸系統(tǒng)模型。為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在著陸上的應(yīng)用和為我國“北斗二號”將來的應(yīng)用提供設(shè)想。

3 差分定位技術(shù)

差分GPS定位技術(shù)，通常而言是指將兩臺GPS接收機安置在同一條基線上，用兩臺接收機同時觀測同一組衛(wèi)星，同時采集GPS衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)。相比較單點觀測得到的絕對坐標，差分觀測技術(shù)得到的是兩端點在基線上的相對位置，在一個接收機位置已知的條件下，可以較為精確的得到另一個接收機的位置。

尤其是在機場環(huán)境相對固定，在空域內(nèi)的導(dǎo)航特別適用。在機場設(shè)定一個或多個固定的GPS接收機，這些接收機所處位置信息精度極高、位置精確，進場飛機的GPS接收機與其構(gòu)成了多條基線上的兩個端點，通過空間建模的形式，將這些基線數(shù)字化，并轉(zhuǎn)換成平面圖上的坐標系，利用機場已知GPS接收機坐標可以求解空中飛機的實時坐標信息得到飛機的位置參數(shù)、速度參數(shù)。

4 偽衛(wèi)星增強衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)

所謂偽衛(wèi)星增強技術(shù)，是指在地表一定高度上建立一個衛(wèi)星信號發(fā)射站，所發(fā)射的衛(wèi)星信號符合GPS系統(tǒng)的信號編碼規(guī)則，采用的導(dǎo)航電文格式也基本一致，可以被GPS接收機識別并讀取信息。由于GPS信號編碼規(guī)則已經(jīng)公開，因此通過信號的調(diào)制技術(shù)，完全可以實現(xiàn)在地面建立一個“衛(wèi)星”，將此顆“衛(wèi)星”加入到衛(wèi)星群中，不但增加了衛(wèi)星解算數(shù)量，也改善了衛(wèi)星圖形，減少了衛(wèi)星信號丟失率，在垂直精度方面增強效果顯著，理論上可以達到二三類著陸的精度標準。提升整個著陸系統(tǒng)的可用性、穩(wěn)定性、可靠性以及測量精度。

5 差分GPS技術(shù)與偽衛(wèi)星增強技術(shù)的結(jié)合

5.1 衛(wèi)星著陸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

利用偽衛(wèi)星和差分定位技術(shù)結(jié)合后，形成了星間站間雙差系統(tǒng)，通過相同站觀測不同衛(wèi)星和不同站觀測相同衛(wèi)星，得到數(shù)組參數(shù)方程，偽衛(wèi)星時鐘誤差、大氣層折射誤差被明顯的消弱了，這是構(gòu)建偽衛(wèi)星增強系統(tǒng)的一個關(guān)鍵因素，因為如果需要采取與空間衛(wèi)星同樣的銫原子鐘，造價成本高，這樣的差分方式對于偽衛(wèi)星的晶振要求降低了，也就是降低了成本。消弱了大氣層折射誤差，是提高垂直定位精度的關(guān)鍵，為進場著陸系統(tǒng)的連續(xù)性和高精度提供保障。

5.2 偽衛(wèi)星增強GPS系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

偽衛(wèi)星技術(shù)想要融入GPS定位系統(tǒng)還需要解決一些關(guān)鍵技術(shù)，本文選擇最關(guān)鍵的兩點進行討論，分別是遠近效應(yīng)和多路徑效應(yīng)。

5.2.1 遠近效應(yīng)

遠近效應(yīng)是指GPS衛(wèi)星信號到達地面時已經(jīng)相當(dāng)微弱，非常容易受到同頻點的干擾。而偽衛(wèi)星則是放置在地面上的，距離接收機比較近，其信號如果太強將會致使無法正常接收、解調(diào)GPS衛(wèi)星信號；另一方面，如果把偽衛(wèi)星放置在距離接收機較遠的位置，偽衛(wèi)星的信號會變得太弱而無法被接收機所接收到。

目前最可靠的辦法可以采?。捍a分多址、頻分多址和時分多址。原理大致相同，就是將信號的常規(guī)屬性如頻率、周期等進行變換，在滿足定時和同步的條件下，基站可以分別在各時隙中接收到各移動終端的信號而不混淆。

5.2.2 多路徑效應(yīng)

由于偽衛(wèi)星的位置布設(shè)、信號強度、工作環(huán)境等均與GPS系統(tǒng)有所差別，它比GPS信號的多路徑誤差更強、更為復(fù)雜也更加難以消除，這是偽衛(wèi)星技術(shù)數(shù)據(jù)處理階段要考慮的重要因素，在動態(tài)環(huán)境中，由于接收機位置的不確定，多路徑引起的誤差很難加以估計或消除；但是對于偽衛(wèi)星應(yīng)用于形變監(jiān)測類的靜態(tài)定位中，由于偽衛(wèi)星和接收機處于相對靜止狀態(tài)，其多路徑誤差會具有常量的特性，因而相對容易地在數(shù)據(jù)解算中通過一定的算法估計來削弱、甚至消除多路徑誤差。

6 結(jié)束語

隨著星基導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷發(fā)展，精度的不斷提升，將衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于進場著陸是切實可行的，其突出的優(yōu)點是精度高、范圍廣、服務(wù)量大，我國也開發(fā)了自主研發(fā)的“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)，將來必然成為國防事業(yè)的重點應(yīng)用，通過本文的研究討論，也是對北斗導(dǎo)航系統(tǒng)將來應(yīng)用在國內(nèi)飛機進場、擺脫GPS外國壟斷的一種嘗試。

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