衛星導航系統在進近著陸中的應用研究

韓永樂 唐文君

摘 要：近些年來衛星導航定位系統應用已經普及，例如美國的GPS，俄羅斯的GLONASS，以及我國的北斗，這些導航定位系統應用于陸路、航空、航海各個領域，但在飛機進場著陸方面，衛星導航定位系統卻并沒有廣泛應用。本文通過對衛星導航系統存在的問題進行分析，提出解決辦法，并對可行性及關鍵點進行研究。

關鍵詞：進場著陸；GPS；衛星導航定位系統

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

1 引言

衛星導航定位系統，以GPS系統為例，具有全天候、覆蓋范圍廣、精度高等優點，將其應用在飛機進場著陸完全具有達到二三類著陸、實現完美盲降、提高試飛安全的能力。本文通過分析差分定位技術和偽衛星增強技術的結合，對將衛星導航定位技術應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，最后通過偽衛星站的建立提高垂直定位精度，優化解算圖形，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 衛星導航系統與進場著陸

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

3 差分定位技術

差分GPS定位技術，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星，同時采集GPS衛星導航數據。相比較單點觀測得到的絕對坐標，差分觀測技術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。

尤其是在機場環境相對固定，在空域內的導航特別適用。在機場設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，將這些基線數字化，并轉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、速度參數。

4 偽衛星增強衛星導航技術

所謂偽衛星增強技術，是指在地表一定高度上建立一個衛星信號發射站，所發射的衛星信號符合GPS系統的信號編碼規則，采用的導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信號編碼規則已經公開，因此通過信號的調制技術，完全可以實現在地面建立一個“衛星”，將此顆“衛星”加入到衛星群中，不但增加了衛星解算數量，也改善了衛星圖形，減少了衛星信號丟失率，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。提升整個著陸系統的可用性、穩定性、可靠性以及測量精度。

5 差分GPS技術與偽衛星增強技術的結合

5.1 衛星著陸系統結構

利用偽衛星和差分定位技術結合后，形成了星間站間雙差系統，通過相同站觀測不同衛星和不同站觀測相同衛星，得到數組參數方程，偽衛星時鐘誤差、大氣層折射誤差被明顯的消弱了，這是構建偽衛星增強系統的一個關鍵因素，因為如果需要采取與空間衛星同樣的銫原子鐘，造價成本高，這樣的差分方式對于偽衛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鍵，為進場著陸系統的連續性和高精度提供保障。

5.2 偽衛星增強GPS系統關鍵技術研究

偽衛星技術想要融入GPS定位系統還需要解決一些關鍵技術，本文選擇最關鍵的兩點進行討論，分別是遠近效應和多路徑效應。

5.2.1 遠近效應

遠近效應是指GPS衛星信號到達地面時已經相當微弱，非常容易受到同頻點的干擾。而偽衛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GPS衛星信號；另一方面，如果把偽衛星放置在距離接收機較遠的位置，偽衛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取：碼分多址、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

由于偽衛星的位置布設、信號強度、工作環境等均與GPS系統有所差別，它比GPS信號的多路徑誤差更強、更為復雜也更加難以消除，這是偽衛星技術數據處理階段要考慮的重要因素，在動態環境中，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；但是對于偽衛星應用于形變監測類的靜態定位中，由于偽衛星和接收機處于相對靜止狀態，其多路徑誤差會具有常量的特性，因而相對容易地在數據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 結束語

隨著星基導航系統的不斷發展，精度的不斷提升，將衛星導航系統應用于進場著陸是切實可行的，其突出的優點是精度高、范圍廣、服務量大，我國也開發了自主研發的“北斗”導航系統，將來必然成為國防事業的重點應用，通過本文的研究討論，也是對北斗導航系統將來應用在國內飛機進場、擺脫GPS外國壟斷的一種嘗試。

參考文獻：

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[2]陳高平，鄧勇.《航空無線電導航原理》下冊[M].國防工業出版社.

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