2016北斗精準定位(增強系統(tǒng))產(chǎn)業(yè)報告

1、【關注】2016北斗精準定位（增強系統(tǒng)）產(chǎn)業(yè)報告2016-03-24 今日北斗引言當前，全球衛(wèi)星導航應用產(chǎn)業(yè)正經(jīng)歷三大轉(zhuǎn)變從單一的GPS系統(tǒng)時代轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘈亲⒋婕嫒莸?GNSS時代;從以車輛應用為主體的市場格局，轉(zhuǎn)變?yōu)榕c通信相融合的以個人消費為主流市場的新格局從經(jīng)銷應用產(chǎn)品為主，轉(zhuǎn)變?yōu)槲恢梅諡橹鞯姆债a(chǎn)業(yè)化新時期。、何為 導航”，不僅僅是定位全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）是能在地球表面或近地空間的任何地點為用戶提供全天候的三維坐標和速度以及時間信息的空基無線電導航定位系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)，用戶可以在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)全天候、連續(xù)、實時的三名t導航定位和測速；另外，利用該系統(tǒng)，用戶還能夠進行高精度的時間

2、傳遞和高精度的精密定位。衛(wèi)星導航定位技術(shù)目前 已基本取代了地基無線電導航、傳統(tǒng)大地測量和天文測量導航定位技術(shù),并推動了大地測量與導航定位領域的全新發(fā)展。GNSS以其覆蓋的廣泛性（全千4重以上覆蓋）、信息的全面性（PVTA十參數(shù)）、應用的通用性（陸?？仗?、軍民政科）、服務的全天候（晝夜晨昏、風霜雨雪）、性能的卓越性（PNT高性能）、成本低廉（信號免費公開，機體嵌入集成）等6大優(yōu)點得到各界青睞。二、導航增強系統(tǒng)美國主要的增強系統(tǒng)GPS提供的民用定位服務比現(xiàn)有任何類型的陸基導航系統(tǒng)精度都要高。但是衛(wèi)星導航系統(tǒng)還存在著一些固有的缺點。導航星座不能完全覆蓋地球。衛(wèi)星導航系統(tǒng)屬于無線電導航系統(tǒng)的一種，系統(tǒng)

3、定位時需要在衛(wèi)星可視情況下才能發(fā)揮其正常功能，但是建筑物、高山、森林等都有可能導致衛(wèi)星的不可觀測 ，或者是 墻、水面、山的側(cè)面等所造成的多路徑干擾也能導致接收機對觀測衛(wèi)星無法正確識別，這些因素都會導致用戶定位性能的下降。隨著導航應用領域的日趨廣泛，各種特殊的導航應用需求被提出，導航應用環(huán)境也日趨復雜。在地下室、地鐵、室內(nèi)、隧道、森林、礦區(qū)等等各種復雜環(huán)境中，導航信號會受到嚴重的衰減甚至不可用。例如，存在著 城市峽谷”效應的高樓林立的城市之中，導航信號被遮擋造成可見衛(wèi)星不足，從而無 法定位;在車載導航中，由于交叉道路多、路邊的建筑物比較密集，信號會產(chǎn)生明顯的多徑效應；而在磁懸浮列車、高速運動的飛

4、行器等情況下導航信號的信噪比就更差。因此，用戶對導航接收機的要求也就越來越高了GPS衛(wèi)星更新的基本策略是某一顆衛(wèi)星出現(xiàn)故障就發(fā)射新的衛(wèi)星代替，因此在導航星座中當某顆導航星座發(fā)生了故障而代替衛(wèi)星還沒有發(fā)射的時間段里，用戶定位的性能就很容易下降。在某些特定用戶中，用戶接收到的導航信息的完好性可能直接關系著用戶的生命安全。因此，當GPS系統(tǒng)的服務性能下降時，尤其是當系統(tǒng)的某個模塊出現(xiàn)故障時，發(fā)播出的導航信息往往就是不可靠的信息， 那么導航系統(tǒng)把自身系統(tǒng)運行情況及時通知到用戶就十分關鍵。單純依靠衛(wèi)星導航系統(tǒng)，哪怕是目前定位精度最高的 GPS系統(tǒng)，也無法滿足一些對定位精度要求比較 高的應用需求，比如航空

5、領域的飛機精密進近等。因此，針對這一需求，尤其是來自航空業(yè)的迫切需要， 許多國家都發(fā)展了自己的衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)。90年代開始,美國、歐洲、日本等國家分別建立了 GPS的GBAS（地基增弓S系統(tǒng)）和SBAS（星基增強 系統(tǒng)），這些增強系統(tǒng)的目的就是利用外部獨立的監(jiān)測手段實現(xiàn)導航系統(tǒng)的完好性保證。具體的方法就 是在地面設置監(jiān)測站，監(jiān)測GPS衛(wèi)星的狀況，當然也包括監(jiān)測系統(tǒng)本身的故障因素，然后把綜合的系 統(tǒng)信息發(fā)播給用戶。該方法最早稱為GPS完好性通道（GIC）,并且基本實現(xiàn)了 GPS系統(tǒng)的完好性監(jiān) 測。目前美國設計和建造的 WAAS（廣域增強系統(tǒng)）系統(tǒng)不僅能為美國本土用戶提供可視區(qū)內(nèi)GPS衛(wèi)星和導航

6、系統(tǒng)的完好性狀況，而且能為用戶提供衛(wèi)星鐘差、電離層改正數(shù)和衛(wèi)星星歷改正數(shù)，這些改正數(shù)提高了用戶的定位精度。同時，歐洲也建立了自己的增強系統(tǒng)（SBAS）,即EGNOS（歐洲靜止地球衛(wèi)星導航覆蓋系統(tǒng)）;日本民航局也在開發(fā)擁有主權(quán)的衛(wèi)星增強系統(tǒng)（MSAS）。這些系統(tǒng)都利用基準站來監(jiān)控 GPS衛(wèi)星，并計算出差分改正數(shù)和給出完好性信息。盡管FAA（聯(lián)邦航空局）推動廣域地基增強系統(tǒng)向星基增強系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變主要著眼于提高導航系統(tǒng)的準確度和可靠性，但并不說明WAAS系統(tǒng)在完好性測定中的指標十分完美。三、星基增強系統(tǒng)各SBAS系統(tǒng)（星基增強系統(tǒng)）全球分部圖世界上正在使用的星基增強系統(tǒng)有：美國的WAAS（廣域增弓雖系

7、統(tǒng)），歐洲的EGNOS（歐洲同步衛(wèi)星導 航覆蓋系統(tǒng)），日本的MSAS（多功能衛(wèi)星增強系統(tǒng)，印度的GAGAN（GPS輔助型靜地軌道增強導航 系統(tǒng)），俄羅斯的SDCM（差分校正和監(jiān)測系統(tǒng)）。在美國,FAA領導著WAAS的開發(fā)工作WAAS基本上覆蓋了美國的大陸部分。在與 FAA 的緊密合作中，加拿大正在實施加拿大WAAS（CWASS）,以作為它的衛(wèi)星導航計劃的一部分。在歐洲，歐洲三方小組（由歐盟，歐空局和歐委會組成）正在開發(fā)EGNOS,它將覆蓋歐洲民航會議（ECAC）指定的地區(qū)，該機構(gòu)已經(jīng)完成了 EGNOS設計方案和工程可行性的分析論證，對EGNOS 要實現(xiàn)的功能、將使用的算法和可靠性情況進行了綜合

8、研究。美國的星基增強系統(tǒng)，即廣域增強系統(tǒng)（WAAS）,由地面監(jiān)測站網(wǎng)絡和同步通信衛(wèi)星構(gòu)成 ，用來增強GPS 的服務性能，由美國聯(lián)邦航空管理局 （FAA）建設和管理。WAAS最初設計目標是利用 GPS/WAAS 來替代ILS實現(xiàn)美國本土機場的一類精密進近,WAAS 系統(tǒng)現(xiàn)由38個廣域監(jiān)測站、3個廣域主控站、3顆地球同步衛(wèi)星、6個地面上行注入站、2個操作控制中心以及陸地通信網(wǎng)絡組成廣域增強系統(tǒng)利用遍布北美和夏威夷的地面參考站采集GPS信號并傳送給主控站。主控站經(jīng)過計算得出差分改正，并將改正信息經(jīng)地面上行注入站傳送給WAAS系統(tǒng)的GEO衛(wèi)星。最后由GEO衛(wèi)星將信息播發(fā)給地球上的用戶，這樣用戶就能夠通

9、過得到的改正信息精確計算自己的位置。廣域增強系統(tǒng)的動態(tài)定位水平精度達到了3-5米，且垂直精度達到了 3-7米,最關鍵的是用戶無需增加任何額外的導航設備。廣域增強系統(tǒng)在20世紀90年代開始被研制開發(fā)，而2003年7月它的信號可覆蓋美國 95%的領土，且2007年9月它的服務區(qū)域由美國國內(nèi)擴展到。WAAS系統(tǒng)體系構(gòu)架WAAS最大的貢獻是對傳統(tǒng)衛(wèi)星導航系統(tǒng)架構(gòu)的完善，其率先采用的星座增強結(jié)構(gòu)、服務區(qū)柵格化監(jiān) 管、完好性概念、完好性監(jiān)測與處理結(jié)構(gòu)、完好性通道、兼容與互操作設計等很多理念、結(jié)構(gòu)和關鍵 技術(shù)。WAAS可以向大范圍內(nèi)的用戶提供精確的定位服務和相應的完好性保障，這就使得服務范圍內(nèi)的所有機場可以

10、實現(xiàn)精密進近，而且允許設計不同的進近方式并降低開發(fā)和使用的費用。WAAS不但可以為飛行提供很多便利，同時還大幅度降低了運行和維護成本。在機場安裝一 套ILS(Instrument Landing System) 設備價格昂貴。在全美范圍內(nèi)，有600個機場安裝了 ILS設備， 其每年的維護費用約8千萬美元，而WAAS可以為5400個機場提供服務，每年的維護費用僅5000美 元。WAAS地面系統(tǒng)分布四、地基增強系統(tǒng)雖然天基增強系統(tǒng)不像傳統(tǒng)導航設備那樣受限于覆蓋范圍，但是天基增強系統(tǒng)至多只能支持 APV I精密進近的所需導航性能要求，對于難度更大、導航性能要求嚴格的 CAT I/II/III精密進近

11、，則必須采用 地基增強系統(tǒng)。在地基增強系統(tǒng)中，用戶接收到的增強信息來自地基發(fā)射機。增強信息通過通信數(shù)據(jù)鏈以數(shù)字格式廣播給用戶。地基增強系統(tǒng)由地面站、監(jiān)控設備和機載設備組成。地面基準站完成差分定位，并將對應各顆衛(wèi)星的差分修正量發(fā)送給地面主控站，主控站經(jīng)過相關處理并通過地面布設的甚高頻網(wǎng)絡廣播高精度的差分修正信息和完好性信息，從而為其作用區(qū)域內(nèi)的航空用戶提供全天候、滿足 I類精密進近要求的導航服務。近年來地基增強系統(tǒng)一直是衛(wèi)星導航領域研究熱點之一，其主要原因在于，它能夠取代傳統(tǒng)的微波著陸系統(tǒng)和儀表著陸系統(tǒng)，提供更為經(jīng)濟 的導航服務。基準站在整個廣義完好性保P體系中占有重要的地位，是廣義完好性保障體

12、系的重要組成部分。基準站在接收和跟蹤導航系統(tǒng)電文的同時要能夠有效修正對流層延遲、電離層延遲偏差，保證基準站輸出數(shù)據(jù)成為中心站計算改正數(shù)的基礎。而且基準站的硬件和軟件設計必須能發(fā)現(xiàn)導航星座偽距的變化率、其它故障或超差現(xiàn)象，能具備隔離故障和判斷具體超差設備的能力，并對不同的故障和超差現(xiàn)象具有不同的反映，然后回溯到故障點或超差點 。五、行業(yè)新應用導航通信融合GPS系統(tǒng)在設計之初就沒有考慮通信功能，為了滿足日益興起與迅速發(fā)展的基于位置服務的通信需求，人們不得不在 GPS系統(tǒng)之外解決將 GPS定位接收機得到的 位置信息進行回傳或者廣播的問題?；谖恢梅瘴恢梅帐峭ㄟ^移動獲取的方式確定實際目標的地理位置

13、，從而提供給用戶基于這樣位置的服務信息，實際上人類活動的信息80%是與空間信息有關的。精準定位作為一種全天候?qū)崟r性定位手段，其優(yōu)勢在于安全和精準，但不能單獨存在，必須依托企業(yè)的GIS平臺而存在，簡單地說，就是必須和地圖結(jié)合起來，才能發(fā)揮最大的優(yōu) 勢。北斗精準定位服務的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)層由CORS系統(tǒng)（連續(xù)運行參考站）和用戶數(shù)據(jù)組成。服務層主要解決的是用戶取得精準位置的問題 ，重點在于用戶所用終端及對用戶取得定位精 度的分級管理，另外各個行業(yè)、公司的基礎 GIS業(yè)務平臺也屬于服務層，涉及到大量精準定位終端和 GIS平臺軟件。應用層則是一個根據(jù)行業(yè)細分的軟件開發(fā)領域，精準位置除了與地圖數(shù)據(jù)結(jié)合可以

14、達到監(jiān)控、 定位、導航、調(diào)度等的應用外，還要和各行各業(yè)的實際業(yè)務需求相結(jié)合 ，實現(xiàn)室外工作流程的電子化、 規(guī)范化，這便需要在定位終端和后臺 GIS平臺兩個層面進行軟件的二次開發(fā)，如燃氣的管線定位終 端便要和管線探測儀等專業(yè)設備連接，并在定位終端和后臺 GIS平臺實現(xiàn)對管線探測儀數(shù)據(jù)的識別、 傳輸和分析，還要結(jié)合巡檢、焊接人員的作業(yè)標準流程開發(fā)終端軟件。智慧導航精準農(nóng)業(yè)首先由美國農(nóng)業(yè)工作者于 20世紀90年代初倡導并實施的。精準農(nóng)業(yè)，通俗地講 就是綜合應用現(xiàn)代高新科技，以獲得農(nóng)田高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式和技術(shù)體系。具體說精準農(nóng)業(yè)就是利用遙感、衛(wèi)星定位系統(tǒng)等技術(shù)實時獲取農(nóng)田每一平方米或幾平方米為 一個小區(qū)的作物生產(chǎn)環(huán)境、生長狀況和空間變異的大量時空變化信息，及時對農(nóng)業(yè)進行管理，并對作物苗情、病蟲害、埔情的發(fā)生趨勢，進行分析、模擬，為資源有效利用提供必要的空間信息。在獲取上述 信息的基礎上，利用智能化專家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)，按每一地塊的具體情況做出決策，準確地進行精準播種!精準施肥、精準噴灑農(nóng)藥、精準灌溉、精準收獲等精準作物生產(chǎn)管理。由地學空間信息技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)相結(jié)合組成的精準農(nóng)業(yè)技術(shù)，其實施過程可描述為：用帶GPS的聯(lián)合收割機自動生成的作物產(chǎn)量分布圖 （典型空間分辨率為15m）和田塊的地形、地貌、土壤 參數(shù)空間分布數(shù)據(jù)圖，分析各地塊