GNSS交通-安全與責任關鍵解決方案《GNSS用戶技術報告2018》摘編

交通安全關鍵應用被定義為具有直接或間接對人類造成傷害（死亡或受傷）、毀壞運載工具、損害外部財產(chǎn)或環(huán)境的可能性。

責任關鍵應用被定義為未檢測到的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）誤操作可能導致重大法律或經(jīng)濟后果的應用。

一、GNSS用戶技術的主要特征和關鍵性能參數(shù)

導航性能必須保障交通安全與責任關鍵解決方案。本節(jié)主要介紹GNSS接收機技術的相關內(nèi)容，用于滿足航空、海運、鐵路和公路運輸中日益增長的交通安全與責任關鍵應用需求。這些領域使用成熟的交通安全與責任關鍵技術，該技術按照嚴格的標準建立，并且通常需要經(jīng)過認證。

交通安全關鍵應用的自動化性能的發(fā)展對精度和完好性的需求不斷增加，以至采用高級、強健的GNSS接收機技術作為緊密耦合的傳感器組件的一部分，以提供核心定位能力。這在所有子市場和專業(yè)無人機領域都很普遍。

車載導航設備（PNDs）歸入“大眾市場”部分，不包含在本節(jié)中。授時和同步接收機則歸入“高精度和定時解決方案”部分中。

GNSS交通安全與責任關鍵應用始終需要對導航性能（包括完好性和強健性）充滿信心。最近，“保證導航性能”這一術語的使用越來越多。雖然沒有正式商定的定義，但它通常是指系統(tǒng)最大限度地降低完好性風險并在有意或無意干擾的情況下繼續(xù)發(fā)揮作用的能力。

本節(jié)的具體性能參數(shù)有：

完好性：在交通安全關鍵應用中，特別警告是否超出精度限制對于避免災難性事件（包括生命損失）至關重要。在責任關鍵應用中，完好性至關重要，以避免錯誤的收費或罰款。

連續(xù)性：對應用來說，確保連續(xù)性非常重要。例如，在航空活動中，如果在某個進程中失去導航，會導致這個進程被丟棄。高度依賴可靠性的應用需要連續(xù)性以確保記錄可用。

強健性：干擾（特別是在責任關鍵應用中的自干擾）會導致應用不可用，而欺騙信號（包括自欺騙）可能會帶來嚴重的安全或責任風險。

精度：越來越多的應用，特別是那些具有新興自動化功能的應用，需要高精度性能，并且此參數(shù)成為本節(jié)的較高優(yōu)先級。

可用性：應用需能在任何時間點和大型地理區(qū)域進行，對基礎設施和天氣條件的依賴程度較低。

二、GNSS應用行業(yè)規(guī)劃

自動駕駛汽車和自動無人機交通管理的出現(xiàn)對成熟市場帶來破壞性影響。

1.接收機行業(yè)

雖然核心GNSS技術可以在各行業(yè)中通用，但不同行業(yè)的其他技術要素通常需要量身定制。例如，航空獨有的甚高頻全向信標臺（VOR）和測距儀（DME）技術與GNSS一起集成到飛行管理系統(tǒng)中。在鐵路部門，應答器裝置固定在軌枕上測量列車位置。海事部門使用捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)（INS）。汽車行業(yè)使用雷達和超聲波傳感器實現(xiàn)自適應巡航控制和停車輔助等功能。

不同行業(yè)用戶對GNSS硬件技術的要求趨同（這些行業(yè)越來越需要更高的精度，這實際上需要多頻能力），并可能出現(xiàn)橫向業(yè)務整合。例如，許多正在開發(fā)的用于汽車應用的芯片可能對于專業(yè)無人機應用也具有吸引力。由于采用較短的生命周期，這種整合可能是必要的，以解決固有的高開發(fā)成本、長壽命周期和相應的技術過時問題。解決的關鍵在于不同運輸部門的交通安全關鍵需求如何演進。

例如，在汽車領域，未來的車輛可能會使用經(jīng)過安全標準認證的GNSS芯片支持所有車載應用。這些芯片需要提供高精度和可靠性支持自動化。一旦成本可以承擔，就不用為其他應用添加額外芯片了。如集成導航顯示器，當已有高性能傳感器時就不必添加了。

2.安全關鍵價值鏈的監(jiān)管環(huán)境受有影響力創(chuàng)新公司的影響

本節(jié)被劃分為具有特定監(jiān)管、認證和運營框架的領域。每個領域都有自己的監(jiān)管和標準機構(gòu)，主要參與者傾向于在價值鏈上下垂直整合，而不是橫向整合。在這些領域的專業(yè)技能和聲譽比規(guī)模經(jīng)濟更重要，安全優(yōu)先意味著可以接受專業(yè)產(chǎn)品的成本。

價值鏈頂端有影響力的跨國公司（亞馬遜、特斯拉、谷歌、DHL、空中客車、優(yōu)步等）的進入正在改變用戶需求，并應用“上行”壓力，以比過去更快的速度發(fā)展。

這些有影響力的公司不僅帶來了大量資金和游說力量，而且還帶來了以更快的創(chuàng)新步伐進行開發(fā)和實施的經(jīng)驗。

與此同時，監(jiān)管“下行”壓力限制了現(xiàn)有監(jiān)管框架的發(fā)展，這些監(jiān)管框架無法應對來自該行業(yè)的創(chuàng)新。

創(chuàng)新公司現(xiàn)在有機會幫助制定未來的法規(guī)，使其能夠支持在交通安全關鍵環(huán)境中采用創(chuàng)新技術。重點是從技術本身的細節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢詼y量其性能的方式，以確保安全。法規(guī)不再基于規(guī)則，而是需要以性能為基礎——由創(chuàng)新公司提供證據(jù)支持，以確保對技術的信心。

三、接收機能力

在交通安全領域，雙頻和多星座將變得常見。

1.采用多星座方式

目前接收機在很大程度上已經(jīng)具備了多星座能力。自2016年10月5日發(fā)布第一版《GNSS用戶技術報告》以來，支持伽利略和北斗星座的百分比有所上升。支持所有星座的設備數(shù)量現(xiàn)在已接近30%，可以預見，它將是未來接收機最常見的配置。

然而，由于監(jiān)管的原因，航空仍然受到僅使用（星基增強系統(tǒng)，SBAS） 支持的GPS解決方案的限制，但未來的SBAS升級將納入多星座。由于產(chǎn)品生命周期長和認證要求，這將需要一些時間。例如，作為V3的一部分，歐洲地球靜止軌道導航重疊服務（EGNOS）將增強GPS和伽利略系統(tǒng)，V3計劃于2025年投入使用。

汽車應用，譬如自動呼叫系統(tǒng)（eCall）和高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS），通過法規(guī)的出臺或在受限環(huán)境中具有充足信號來提供性能的需要，正在推動新星座的快速采用。

2.采用多頻段方式

2018年推出了幾組支持多頻段的新芯片。目前，只支持 L1 頻段的車型比例已降至65%以下。

推動多星座進入航空市場的SBAS升級也將推動L5頻段的采用。同時， 對于自動駕駛車輛，經(jīng)認證的汽車安全完整性等級（ASIL）/ISO 26262芯片的前身已支持多個頻段（ L1 頻段和可選擇L2或L5的第二個頻段）（見圖1、2、3、4）。

本節(jié)整體要求高完好性，同時要求提高精度。雖然傳感器和數(shù)據(jù)融合將越來越多地發(fā)揮作用，但多頻GNSS是提供這種性能的起點。例如，雖然商船通常使用單頻、多星座接收機，但深海石油平臺支援船（OSV）已經(jīng)在使用多星座、多頻段接收機進行動態(tài)定位。

圖1 支持每個頻段的接收機的百分比

圖2 能跟蹤每個星座的接收機的百分比

圖3 能跟蹤1、2、3或所有4個頻段的接收機的百分比

圖4 能跟蹤1、2、3或所有4個GNSS星座接收機的百分比

四、接收機影響因素

監(jiān)管和認證關注接收機的完好性。

GNSS航空接收機供應商的數(shù)量相當有限。成熟的制造商包括佳明（Garmin）、泰雷茲——阿萊尼亞航天公司（Thales）、羅克韋爾·柯林斯（Rockwell Collins）、CMC Electronics、Universal 和 Trimble/Ashtech，最近還增加了 Aspen/Accord和美國的Avidyne公司。最新認證的機載接收機除了 SBAS通道外，還能夠跟蹤 100多個 GNSS 衛(wèi)星信號。這些新的接收機支持所需導航性能（RNP）應用，包括依賴增強的應用，并能支持廣播式自動相關監(jiān)視（ADS-B）應用的性能需求。

側(cè)重于海上應用的GNSS接收機通常采取集成船載用戶接收機的形式。主要通信信道是無線電信標、衛(wèi)星 L頻段和船載自動識別系統(tǒng)（AIS）中的甚高頻或甚高頻數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)（VDES）。多星座和多頻設備提高了在阻塞情況下進行導航的可能性。幾乎所有的海事接收機都啟用了 SBAS，SBAS的使用將在特別指南/法規(guī)出臺之后拓展。在國際海運事業(yè)無線電技術委員會（RTCM）框架下，GSA、歐盟委員會（EC）、歐洲航天局（ESA）和地球系統(tǒng)科學聯(lián)盟（ESSP）起草了 “在海事接收機中使用 SBAS 的指南”，以推動采用SBAS。

汽車行業(yè)值得注意的一項創(chuàng)新發(fā)生在2018年2月，意法半導體有限公司推出了全球首款多頻GNSS接收機，稱其符合自動駕駛精度和汽車安全ISO 26262國際標準，可進行精確定位和實時運動學處理，定位精度可達分米。這款新接收機在兩個頻段同時跟蹤GNSS星座的所有衛(wèi)星。使用該GNSS接收機可作為自動系統(tǒng)的基礎，如自適應巡航控制、車道偏離警告、自動駕駛和代客泊車。

目前的趨勢是將穩(wěn)固的完好性概念從航空領域轉(zhuǎn)換到其他市場，例如具有其特殊性和挑戰(zhàn)性的公路。這將需要GNSS與所有機載傳感器緊密集成，因為不僅要實現(xiàn)絕對定位的功能，而且也要實現(xiàn)相對運動的功能。集成還需要深刻的環(huán)保意識和理想的協(xié)同導航。

在 EGNOS V3的研發(fā)中，EGNOS新能力將支持 L1/E1 和L5/E5頻段的增強。這將使未來多頻接收機的使用大大改進民航、海運和鐵路的測量和定位精度。

五、未來發(fā)展趨勢

1.GNSS接收機是高端汽車應用發(fā)展的核心

（1）自動化程度提高將需要多頻接收機

目前針對高端汽車應用的多頻GNSS接收機的開發(fā)是在2018年首次推出用于汽車應用的多頻芯片之后進行的。雖然這些芯片在某種意義上可能被視為消費級，但其代表了將專門設計用于自動駕駛安全標準的下一代的鏈路。

多頻段和多星座接收機可以將定位精度從米級提高到分米級。高度自動化的車輛（4級和5級自動化）需要滿足ASIL/ISO 26262標準的芯片。目前的芯片為未來需要集成關鍵GNSS功能的芯片提供了基準，例如：衛(wèi)星信號的質(zhì)量控制；利用載波相位測量跟蹤多個頻段內(nèi)所有可用的GNSS信號；原始GNSS數(shù)據(jù)適合支持精確定位技術，如PPP和RTK（由針對公共和私人應用的增強服務支持）；與慣性和其他車載傳感器的緊密和超緊密耦合。

（2）智能記錄儀

在歐盟內(nèi)部，約有質(zhì)量超過3.5t（貨物運輸）或載有包括司機在內(nèi)的9人以上（客運）的600萬車輛安裝了記錄儀。2019年6月后注冊的新車需要安裝智能記錄儀，目的是方便與記錄儀有關的管理，減少篡改。

智能記錄儀采用GNSS，可在工作日開始和結(jié)束時自動記錄車輛的位置，并在累計每三個小時行駛時間后進行一次更新。

安全性對于記錄儀至關重要，由于記錄儀記錄了很多事件，如電源中斷、安全漏洞修復和校準數(shù)據(jù)等。智能記錄儀還將輸入智能交通系統(tǒng)，從而輕松地與遠程信息系統(tǒng)集成。

2.當業(yè)界發(fā)布第一臺協(xié)調(diào)兼容車型時，歐洲部署eCall

GSA和歐盟聯(lián)合研究中心（JRC）（根據(jù)歐盟法規(guī)2017/79）公布了實施指南，以促進 eCall 測試的實施。它們還負責為 eCall車載單元（OBU）頒發(fā)EC類型批準證書。

GSA發(fā)起了一項測試活動，讓 eCall 設備制造商有機會對其設備進行預測試，并確保伽利略和EGNOS的兼容性，作為對歐洲委員會發(fā)布的《授權法規(guī)（EU）2017/79 》的回應。該法規(guī)規(guī)定，自2018年3月31日起，所有新車型的乘用車（m1）和輕型車輛（n1）都必須配備eCall車載系統(tǒng)。業(yè)內(nèi)人士對此表示贊賞，并接受了對改進其產(chǎn)品的支持。

同樣，新的《聯(lián)合國車輛法規(guī)》第144條關于事故緊急呼叫系統(tǒng)（AECS）的法規(guī)于2018年7月生效，允許將性能要求和測試程序與其他系統(tǒng)（如俄羅斯的ERA- GLONASS緊急呼叫系統(tǒng)）統(tǒng)一起來。

通過這些測試，可以徹底審查需求和測試程序，評估各種不同的測試實現(xiàn)選項。除其他項目外，這些測試還評估：靜態(tài)和動態(tài)條件下的定位精度；冷啟動首次定位時間；信號中斷后的重新采集性能；接收機靈敏度。

3.GNSS在鐵路和物流中的應用提高運行安全和效率

（1）鐵路網(wǎng)將受益于GNSS

歐洲鐵路部門正努力建立一個架構(gòu)，使基于GNSS 的列車定位概念引入歐洲鐵路交通管理系統(tǒng)（ ERTMS）。在最新的 ERTMS諒解備忘錄框架內(nèi)，基于衛(wèi)星的定位已被鐵路行業(yè)列為ERTMS五大關鍵的改變游戲規(guī)則之一。2017年，在意大利的 Pinerolo-Sangone 鐵路線上啟動了第一條打算使用GNSS的商業(yè)運營線路的籌備工作，通過促進技術發(fā)展，進一步培育了歐洲空間和鐵路行業(yè)的創(chuàng)新重點。作為 GSA地平線2020 STARS 項目（H2020 STARS）的一部分，對選定的 ERTMS參考體系結(jié)構(gòu)進行的功能性風險分析得出了關鍵的目標性能和安全要求。根據(jù)STARS 項目的結(jié)果和GNSS性能測量活動，主要鐵路業(yè)務相關方在“轉(zhuǎn)移至鐵路”（Shift2Rail X2Rail2）項目中最終制定了列車定位系統(tǒng)架構(gòu)，這也將影響未來具有特定要求（多頻段、多星座和 SBAS 特性） 的GNSS接收機的發(fā)展。此外，在與安全無關的應用方面，運營商繼續(xù)為其車隊（在特定情況下包括貨車）配備GNSS接收器，為物流服務提供商及其客戶提供改進的供應鏈可視性，他們在其他陸路運輸模式中習慣了類似的性能水平。在這種情況下，對GNSS的用戶要求可與道路跟蹤和可追溯解決方案相比較，有可能還利用伽利略公開服務導航電文授權（Galileo OS-NMA），進一步增強對鐵路資產(chǎn)位置的信心。

（2）使用經(jīng)認證的GNSS管理危險品運輸

運輸?shù)奈ｋU品包括具有爆炸性、易燃性、毒性、傳染性或腐蝕性的物質(zhì)和物品。充分可靠地了解車輛位置和狀況成為有效預防或解決此類危機的一個基本要素。除了基本的跟蹤能力外，GNSS 還可以通過伽利略系統(tǒng)的身份驗證功能提供增強的安全性，這有助于檢測欺騙攻擊。CEN研討會協(xié)議（CWA）16390是基于 EGNOS/EDAS/多GNSS 和伽利略OSNMA 支持的芯片提供的服務開發(fā)產(chǎn)品和應用的技術規(guī)范。聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會（UNECE）同意采用遠程信息處理，并將 CWA 16390 : 2018危險品國際運輸納入考量中。

（3）持續(xù)優(yōu)化的彈性安全全球供應鏈（CORE）

CORE 項目涵蓋基于EGNOS 提供服務的應用開發(fā)和產(chǎn)品。該項目由“歐盟第七科技框架計劃”（FP7）出資，目的是提高貿(mào)易和協(xié)調(diào)的可靠性、速度和效率，同時提高全球貿(mào)易監(jiān)督的效力。CORE項目的目的是展示如何通過集成互操作性、安全性、實時優(yōu)化和彈性來獲得具有成本效益、快速和可靠的解決方案。

4.展望航空采用多星座、多頻段

GNSS是航空通信、導航和監(jiān)視基礎設施的一項關鍵技術。它不僅可以支持飛行所有階段的導航應用，例如線性參變（ LPV）方法和所要求的導航性能， 還可以支持ADS-B等監(jiān)視應用。產(chǎn)品生命周期長和對標準與認證的安全驅(qū)動需求，意味著航空利用GNSS幾乎完全限制在一個星座和頻段。然而，采用多星座和多頻段的情況就要到來。雖然GNSS在航空中最明顯的用途是導航，但它也可用于監(jiān)視。

（1）廣播式自動相關監(jiān)視（ADS-B）

ADS-B是飛機確定其位置的一項技術，一般通過GNSS來實現(xiàn)，并定期廣播飛機的位置，以便空中管制人員和其他飛機進行跟蹤。在一些地點，ADS-B 是主要的監(jiān)視手段，因為地面雷達基礎設施不足或經(jīng)濟上不可行，但GNSS的普及提供了一項解決方案。

在歐洲，監(jiān)視性能和互操作性實施法規(guī)127/2011（SPI IR）規(guī)定，飛行器（大于5700kg或超過 250海里/小時）在2015年前必須符合S模式和ADS-B模式輸出要求。由于所要求設備的認證和可利用率方面的延誤，以及裝配飛機的工業(yè)能力的限制，運營商遵從SPI IR要求的日期已經(jīng)修訂并推遲到2020年。

雖然 ADS-B是一項最新的技術，但最近天基ADS-B接收機的發(fā)展意味著它很可能會被更多采用。最近，美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）、加拿大導航公司（Nav Canada）以及 Aireon公司使用以125W運行的 ADS-B轉(zhuǎn)發(fā)器完成了基于衛(wèi)星 ADS-B系統(tǒng)的兩次飛行測試。66個天基 ADS-B 接收機中的三分之一不受地基ADS-B和雷達技術視線受阻的限制，在試驗期間成功地接收了數(shù)據(jù)。預計在不久的將來，采用多星座和多頻段將對強健性和完好性產(chǎn)生積極影響。

（2）機載分離輔助系統(tǒng)（ASAS）

ASAS是利用ADS-B將信息從飛機傳輸?shù)降孛婧推渌w機的應用程序的集合。ASAS使機組人員能夠?qū)w機彼此分離開來，并提供周圍交通狀況的飛行信息。ASAS有望提高駕駛艙的安全性，包括態(tài)勢感知、自主操作模式以及直接呈現(xiàn)給機組人員的指導。這些都對能力、飛行效率以及成本和環(huán)境具有積極影響。

（3）ADS-B 中的原始數(shù)據(jù)

預計原始GNSS測量將是監(jiān)視的未來。ADS-B消息在派生位置坐標處廣播原始數(shù)據(jù)（包括偽距和載波相位數(shù)據(jù)），使飛機能夠更準確地估計其他飛機的飛行路線，即使在受損的條件下也可以較安全地運行。原始測量也是實現(xiàn)與距離測量設備（DME）、遠距離無線電導航系統(tǒng)（eLoran）、銥星（Iridium）等系統(tǒng)真正集成以及與無人機和泛在無線信號結(jié)合的一種方法。這些改進只需要ADS-B消息內(nèi)容的軟件更新，國際自動機工程師學會（SAE international）已經(jīng)開始制定標準，將這一方法納入主流趨勢中。

5.GNSS增強推動航空導航的演變

（1）用于定位和導航的混合傳感器解決方案

長期以來，航空在其導航系統(tǒng)中一直將GNSS和慣性技術結(jié)合起來。基于計算機視覺的導航系統(tǒng)的研究已經(jīng)進行了一段時間， 但增強視覺系統(tǒng)（EVS）和合成視覺系統(tǒng)（SVS）的最新發(fā)展或可在儀表飛行規(guī)則（IFR）或邊界條件上提供新的可能性。

（2）先進接收機自主完好性監(jiān)測（ARAIM）開發(fā)

隨著新的GNSS星座和新信號的出現(xiàn)，有很大的潛力擴大接收機自主完好性監(jiān)測（RAIM）在飛機導航中的作用，并開發(fā)一種新的GNSS完好性方法，能夠支持所有飛行階段的飛機運行，包括實現(xiàn)LPV-200的全球覆蓋。

（3）伽利略地基增強系統(tǒng)（GBAS）

為伽利略和GLONASS提供增強信號的GBAS可以實現(xiàn)多星座和多頻段精度，并有可能克服儀表著陸系統(tǒng)（ILS，也成盲降系統(tǒng)）的局限性，不管能見度如何，可用III類（CAT III）盲降系統(tǒng)著陸。

6.專業(yè)無人機應用驅(qū)動技術進步

精準可靠的跟蹤信息、連接性、各種數(shù)據(jù)源的混合以及監(jiān)管統(tǒng)一對讓無人機市場充分發(fā)揮潛力至關重要。

1）預計近期內(nèi)無人機流量增大將需要自動無人機/無人機交通管理系統(tǒng) （UTM）， 該系統(tǒng)將與每架無人機保持聯(lián)系，并根據(jù)不斷變化的空域環(huán)境和任何檢測到的交通危險改變飛行路線。預計無人機交通的很大一部分將包括主要在低空（＜ 500 英尺）的短程飛行，那里存在諸多障礙。空域進入限制（地理圍欄） 將使情況進一步復雜化。由于天氣、事件或緊急情況等因素，預計地理圍欄將發(fā)生動態(tài)變化。因此，可靠的連接解決方案對于實現(xiàn)無人機交通至關重要。所使用的技術可能會根據(jù)環(huán)境而變化，例如在復雜的城市環(huán)境中，精度和高連通性很關鍵，而在農(nóng)村環(huán)境中，會更加重視確保長距離中保持連接。可能需要為復雜的低層環(huán)境中的無人機應用開發(fā)新的經(jīng)航空認證的GNSS接收機， 因為如今載人航空中所使用的接收機的準確性不夠，必須研發(fā)微型化測量接收機（具有多星座多頻段、實時運動學和精確點定位功能）。在這種情況下，自主操作將大大受益于如相機這樣的其他傳感器的數(shù)據(jù)混合。神經(jīng)處理等技術將利用從視覺來源獲得的信息驗證無人機的位置，并識別感興趣的物體。

2）歐洲航空安全局（EASA）即將頒布NPA-2017-05規(guī)章制修訂通知和2018年1月意見稿中概述的歐洲無人機聯(lián)合規(guī)定的最終版。該規(guī)定建議采用基于風險的方法對無人機提出不同的要求。通過提高伽利略系統(tǒng)彈性，對于確保維護適當?shù)陌踩陵P重要。另外，歐盟委員會和單一歐洲天空項目聯(lián)合執(zhí)行體（SESAR）正在謀求開發(fā)使歐洲U-Space空域藍圖成為可能的服務。目標是用U1到U4 四個步驟引入U-Space空域藍圖，在日益復雜的環(huán)境中逐步實現(xiàn)“超視距視線”（BVLOS） 的自主運行。為確保安全，將根據(jù)無人機的工作環(huán)境，對無人機的完好性和安全性提出某些最低要求。由于其固有的安全性，伽利略系統(tǒng)和EGNOS系統(tǒng)可在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中使用。初始運行將作為 IFR交通規(guī)則引入受管制空域。一旦開發(fā)出完全滿足需要的檢測與避讓技術，BVLOS 無人機有望也與目視飛行規(guī)則（VFR）無縫集成。迄今為止，已發(fā)布了一些發(fā)展U-Space 概念的提案。

7.正在進行改進海洋監(jiān)視、跟蹤和監(jiān)測的開發(fā)

（1）用于海事用戶的 SBAS

GNSS是海上定位、導航與授時（PNT）的主要手段，但完好性和精確性的需求意味著單獨將GNSS用于沿海或港口作業(yè)是不夠的。多年來，國際航標協(xié)會（IALA） 差分GNSS（DGNSS）系統(tǒng)一直是解決方案，但如今，海事部門也在考慮使用SBAS， SBAS可與海洋無線電信標DGNSS互補。

（2）改進AIS

AIS是一個海岸跟蹤系統(tǒng)，自動向其他船舶和海事部門廣播船只的信息。AIS通信使用甚高頻應答器（雙頻161.975 MHz和161.975 MHz）進行，帶寬為25 kHz。該應用支持安全導航和碰撞避免。搭載在低地球軌道衛(wèi)星上的AIS接收機增加了覆蓋范圍。船舶現(xiàn)在可以檢測到陸基AIS 接收機發(fā)出的40nm范圍以外的信號，從而有助于AIS作為漁業(yè)監(jiān)測工具的使用。對海上安全和非法捕魚的關切促使?jié)O船強制引入AIS（歐盟對超過15m的船只強制實行）。

伽利略的OS-NMA可以通過提高彈性為AIS應用提供更多好處。OS-NMA能夠通過在E1頻段中對開放服務導航電文進行數(shù)字簽名來保護用戶免受欺騙攻擊。

此外，AIS在緊急無線示位標（EPIRBs）中被用作尋位信號，搜救直升機可用其來尋找遇險船只。

8.GNSS是在太空中提供可靠PNT的關鍵

星載GNSS接收機為飛行任務提供了一系列能力：導航（特別是精確的軌道確定）、姿態(tài)確定、精確計時、地球科學應用（作為遙感工具）和發(fā)射裝置導航。與地面接收機相比，雖然星載接收機需要應對極端的動力、環(huán)境輻射和發(fā)射的機械應力，但總體而言，它們提供的位置、速度和時間（PVT）服務與地面接收機相同。

GNSS在太空中的使用有很長的歷史。第一臺星載GNSS接收機于1982年7月16日在Landsat-4衛(wèi)星上使用，自20世紀90年代初以來普遍使用。自2004年以來，美國航空航天局（NASA）一直致力于在其空間導航服務域（SSV）中具體說明GPS的性能。

對于一些低地球軌道任務（如立方星），采用VHDL描述的COTS FPGA硬件應用于高動態(tài)（包括加寬多普勒窗口）是常見的做法。只有在任務壽命較短、不穿越范艾倫帶的情況下，這種做法才是可行的，因為范艾倫帶的高輻射水平需要抗輻射裝置。

除低地球軌道GNSS在使用外，多星座還提供了更好的可用性。在3000～36000km的高度上，由于地球的暗影對GNSS信號的遮蔽，單一星座GNSS的使用具有挑戰(zhàn)性。使用 “聚合信號” （包括旁瓣） 會從根本上增加可視衛(wèi)星數(shù)量。NASA的磁層多尺度（MMS）任務在2016年創(chuàng)造了紀錄，星載設備有迄今飛行高度最高（超過70000km）的實用GPS接收機，也是運行速度最快的 GPS 接收機，在近地點為每小時 35000km。在本報告發(fā)布之時，聯(lián)合國GNSS國際委員會正準備印發(fā)一份有關SSV的文件，其目的是描述低地球軌道與近地球靜止軌道之間GNSS的使用情況。GNSS之間的互操作性被視為在太空，特別是在地球靜止軌道上，提供可靠PNT的關鍵，這很可能通過使用通用參考時鐘或時間尺度來實現(xiàn)。

正如NASA研究報告中所說的那樣，多星座提供了更多好處：“僅使用來自每個星座的主波束‘溢出’地球覆蓋信號進行的初步幾何分析表明，將GPS和伽利略相結(jié)合可使地球靜止軌道上平均可視3顆衛(wèi)星，30% 的時間可視4顆衛(wèi)星。相比之下，GPS、伽利略、GLONASS、北斗、準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)（QZSS）以及印度的區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)（NavIC）相配合，使用L1頻段信號將近95% 的時間在地球靜止軌道上可視4顆衛(wèi)星。

9.搜救信標將很快受益于伽利略返向鏈路服務

伽利略提供搜索與救援（SAR）初始服務，每天可挽救5條生命，在2019年返向鏈路服務（RLS）投入運行時將帶來更多好處。

全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)（Cospas-Sarsat）是一個國際衛(wèi)星通信系統(tǒng)，可偵測和定位激活緊急信標，并向搜索和救援部門發(fā)送遇險警報。隨著信標技術的不斷改進和多星座能力的不斷提高，GNSS在提供精確定位信息方面的作用日益重要。尤其是，GSA承諾支持引入伽利略增值服務- RLS，這將提高賦能，例如可在15分鐘內(nèi)確認向遇險信標發(fā)出的信息，并遠程激活信標，還可能檢測到假警報。

隨著合成孔徑雷達（SAR）信標的年產(chǎn)量以5% 的速度增長（根據(jù)2017年的數(shù)據(jù)估計），并考慮到70% 接受調(diào)查的SAR 制造商宣布將伽利略定位系統(tǒng)納入其產(chǎn)品路線圖，伽利略RLS將給目前的搜索與救援業(yè)務帶來更多好處。

10.所有交通運輸模式中的關鍵性能參數(shù)受益于伽利略和EGNOS

（1）伽利略系統(tǒng)

交通安全與責任關鍵解決方案需要準確可靠的定位信息，這在大多數(shù)情況下都可以獲得。與其他GNSS一起使用，伽利略系統(tǒng)對此做出了重大貢獻。由于增加了伽利略系統(tǒng)，現(xiàn)有衛(wèi)星數(shù)量增加，大大提高了所提供地點的精確性和可用性。這在像城市峽谷這樣具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中特別重要，主要原因是高樓的密度，建筑對接收機和導航衛(wèi)星形成遮擋。伽利略衛(wèi)星還支持實現(xiàn)更快的首次定位時間。

增加伽利略系統(tǒng)也提高了強健性。一方面，伽利略信號、數(shù)據(jù)和頻段的增加使欺騙和干擾更容易被檢測到。另一方面，伽利略獨特的身份驗證功能，即導航電文身份驗證（NMA）和信號身份驗證服務（SAS），可確保信號沒有被篡改。

因此，伽利略系統(tǒng)將有助于估計一個充分可靠的地點，用于交通安全與責任關鍵應用，譬如車聯(lián)網(wǎng)和自動駕駛汽車等。

（2）EGNOS

與伽利略系統(tǒng)一樣，由于不同的校正廣播，在交通安全與責任關鍵解決方案中使用EGNOS，也在實現(xiàn)精確性方面做出了積極貢獻。然而，EGNOS的真正附加值在于提供完好性和連續(xù)性，使其成為航空和海事解決辦法的重要補充。