差分法的原理_差分法是什么

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衛(wèi)星導(dǎo)航潛力有多大差分法的原理？達(dá)到米級(jí)？分米級(jí)？厘米級(jí)？能否代替I、II、III類盲降？有哪些增強(qiáng)技術(shù)？讓我們一起來(lái)學(xué)習(xí)：

上圖縱坐標(biāo)表示精度差分法的原理，從厘米到10米以上，注意坐標(biāo)軸不是線性變化，而是刻度差分法的原理的跨度越來(lái)越大差分法的原理；橫坐標(biāo)表示范圍，注意也是刻度的跨度越來(lái)越大。

從圖中可以看到，衛(wèi)星導(dǎo)航（GNSS）自身導(dǎo)航范圍可以通達(dá)全球任何角落，GPS和GLONASS精度10米級(jí)，伽利略和GPS III可以達(dá)到5米左右。

其余的色塊，均用來(lái)增強(qiáng)導(dǎo)航精度，有些是局地增強(qiáng)，有些是廣域增強(qiáng)，特點(diǎn)是顯著提高衛(wèi)星定位精度，直至厘米級(jí)。

增強(qiáng)的主要原理，就是差分：

假設(shè)某個(gè)系統(tǒng)測(cè)出我的位置坐標(biāo)是x,y，同時(shí)也測(cè)出我的桌子的坐標(biāo)a,b，而桌子的位置固定且事先是知道，因此坐標(biāo)a,b和桌子實(shí)際位置有位置差，這個(gè)位置差用來(lái)修正x,y，可以得到我的更精確位置，這就是所謂差分。

　　SBAS

SBAS是星基增強(qiáng)系統(tǒng)，其原理就是在地面放好桌子，然后測(cè)出位置差，交給天上的通信衛(wèi)星廣播，飛機(jī)收到后修正出自己的精確位置。因?yàn)橛行Х秶|闊，因此要放好幾個(gè)桌子才行。

現(xiàn)在可以用的SBAS系統(tǒng)包括北美的WAAS、歐洲的EGNOS、日本的MSAS，建設(shè)中的包括俄羅斯的SDCM、印度的GAGAN。

有了SBAS，就可以在RNP APCH使用LPV標(biāo)準(zhǔn)，使衛(wèi)星導(dǎo)航達(dá)到ILS I類標(biāo)準(zhǔn)。

這是巴黎戴高樂(lè)機(jī)場(chǎng)08R跑道的RNP APCH進(jìn)近圖。上面有一個(gè)EGNOS代碼：Ch57500 E08B，說(shuō)明帶有LPV功能。注意下滑道的表達(dá)方式和ILS有所不同。

注意進(jìn)進(jìn)圖底部的著陸標(biāo)準(zhǔn)：

LNAV CDFA：這是沒(méi)有垂直引導(dǎo)的進(jìn)近，著陸要求比較高；

LNAV/VNAV：這是帶垂直引導(dǎo)的進(jìn)近，著陸條件有所降低；

LPV：這是SBAS增強(qiáng)的進(jìn)近，和ILS I類標(biāo)準(zhǔn)一樣，DH200英尺，RVR550m.

這些都屬于RNP APCH，不需要單獨(dú)的進(jìn)進(jìn)圖。

空客A-350的LPV在PFD上這樣顯示：

SBAS帶來(lái)的最大好處，就是有效范圍內(nèi)可以到處建立等同于ILS I類盲降的著陸程序，而不需要任何設(shè)備、基建和費(fèi)用，備降場(chǎng)的選擇變得更加靈活，對(duì)通航更是極大利好。

　　DGNSS 和 GBAS

DGNSS和GBAS是地基增強(qiáng)系統(tǒng)，其原理是在地面的桌子翻過(guò)來(lái)，不但測(cè)量桌子的位置差，也測(cè)每條腿（至少兩條腿）到衛(wèi)星的無(wú)線電距離（波長(zhǎng)乘以時(shí)間，即偽距），根據(jù)真實(shí)距離算出腿長(zhǎng)的差，再通過(guò)甚高頻設(shè)備進(jìn)行廣播（VDB），飛機(jī)收到后修正出自己的精確位置，這個(gè)位置已經(jīng)消除了大長(zhǎng)腿和小短腿的誤差，所以精度更高，達(dá)到半米級(jí)別。

由于可以對(duì)每個(gè)單個(gè)衛(wèi)星的測(cè)量校正，因此精度很高，可以實(shí)施ILS II、III類標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)近。但因?yàn)閂DB距離有限，有效范圍半徑20公里左右，對(duì)于多跑道樞紐機(jī)場(chǎng)很有用，對(duì)于單跑道機(jī)場(chǎng)成本相對(duì)高，對(duì)通航更是沒(méi)有必要。

GBAS和傳統(tǒng)DGNSS的差別就是完整性（什么是完整性，請(qǐng)查閱上一篇）的保證，所以GBAS更適合航空器導(dǎo)航。這里是圣彼得堡10R跑道的GLS進(jìn)進(jìn)圖：

可以看到，現(xiàn)在的GLS著陸標(biāo)準(zhǔn)基本和ILS I相當(dāng)。注意，GLS有專門的進(jìn)近圖，下滑道的表達(dá)和傳統(tǒng)ILS的不一樣。

按照FAA的計(jì)劃，最早在2019年，就會(huì)出現(xiàn)第一個(gè)II、III類的GLS進(jìn)近程序。

GBAS用衛(wèi)星測(cè)距，用無(wú)線電廣播差分信號(hào)；SBAS用額外的通信衛(wèi)星廣播差分信號(hào)。這是二者的區(qū)分。

　　RTK 和 WARTK

剛才說(shuō)到，傳統(tǒng)的DGNSS不如GBAS，被無(wú)情淘汰，然而，它又派生出新的技術(shù)，那就是RTK，Real Time Kinematic，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分。

腿長(zhǎng)不一定個(gè)子高，因?yàn)橥刃陀胁煌?。RTK，就是在DGNSS的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用衛(wèi)星信號(hào)的載波相位，對(duì)這種情況進(jìn)行了修正，因此定位精度進(jìn)一步達(dá)到厘米級(jí)。

下面是拓攻的RTK飛行展示，直觀的表現(xiàn)出RTK的精準(zhǔn)程度。

RTK利用的載波相位，距離參考站（那個(gè)桌子）遠(yuǎn)了就失去參考意義，一般也就10KM-30KM，解決距離問(wèn)題的方法，就是網(wǎng)絡(luò)化，即用多個(gè)參考站組成的GPS網(wǎng)絡(luò)來(lái)估計(jì)一個(gè)地區(qū)的GPS誤差模型，并為網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)的用戶提供校正數(shù)據(jù)。而用戶收到的也不是某個(gè)實(shí)際參考站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，而是一個(gè)虛擬參考站的數(shù)據(jù)，和距離自己位置較近的某個(gè)參考網(wǎng)格的校正數(shù)據(jù)。這就是廣域RTK，簡(jiǎn)稱WARTK。

提供校正數(shù)據(jù)的最佳方式，就是利用移動(dòng)通信的鐵塔，而國(guó)內(nèi)的中國(guó)移動(dòng)、華為公司等已經(jīng)把WARTK變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

　　PPP展望

PPP，Precise Point Positioning，精密單點(diǎn)定位，指的是利用全球若干地面跟蹤站的GPS 觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出的精密衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差, 對(duì)單臺(tái)GPS 接收機(jī)所采集的相位和偽距觀測(cè)值進(jìn)行定位解算。

利用這種預(yù)報(bào)的GPS 衛(wèi)星的精密星歷或事后的精密星歷作為已知坐標(biāo)起算數(shù)據(jù)；同時(shí)利用某種方式得到的精密衛(wèi)星鐘差來(lái)替代用戶GPS 定位觀測(cè)值方程中的衛(wèi)星鐘差參數(shù)；用戶利用單臺(tái)GPS 雙頻雙碼接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)在數(shù)千萬(wàn)平方公里乃至全球范圍內(nèi)的任意位置都可以2- 4mm級(jí)的精度，進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位或2- 4cm級(jí)的精度進(jìn)行較快速的靜態(tài)定位。

這里需要提到IGS，這是一個(gè)國(guó)際合作組織，是實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的重要組織，網(wǎng)址：

https://www.igs.org/

精密單點(diǎn)定位技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)全球精密實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位與導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)，也是GPS 定位方面的前沿研究方向。希望這個(gè)國(guó)際合作有個(gè)成功的未來(lái)。

　　本文轉(zhuǎn)載自“新絲路金融（www.nsrwm.com）”，原標(biāo)題《中國(guó)軍工產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析》

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