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差分GPS系统有什么作用（下）

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刘天雄

四、广域差分GPS

实时差分DGPS只有一个基准站，当用户远离基准站时，用户定位精度将逐渐恶化。为了克服这个问题，美国研发了广域差分GPS系统，简记为WADGPS。WADGPS系统将大量基准站离散分布在不同的位置上，将观测误差按其不同来源划分，主要包括星历误差、卫星钟差以及大气对流层和电离层的延迟误差。基准站接收并预处理GPS信号，同时将计算出来的DGPS信息利用地面光纤传输给中心处理站，中心站分析合成来自各地基准站的DGPS信息，给出中心站视界范围内的每一颗GPS卫星的信号的差分修正参数。这些参数打包上传给地球步静止轨道卫星，卫星把它们广播给地面用户，以确保覆盖范围。这种利用中央集中式系统提供差分修正信息的方式，可以提高差分定位的精度和可靠性。

WADGPS包括多个分布式基准站、一个基准站网络（每个基准站有一台或多台GPS接收机，它们测量所有可见卫星所广播信号的伪距和载波相位）、一个或多个中央处理站（处理基准站提供的伪距和载波相位原始数据，以获得每颗卫星的广播星历和广播时钟误差的估计值），以及一条为用户提供校正值的数据链（差分修正信息按特定方式通过通信卫星或者地面调频广播提供给用户），工作原理如图9所示。

WADGPS系统提供给用户的修正量与DGPS和LADGPS系统不同，WADGPS系统从覆盖感兴趣区域的参考站网络采集测量数据并处理，把伪距误差分解成其各个分量（星历修正量、时钟偏差修正量以及电离层和对流层时延参数），并对整个区域估计各个分量，并对每一个误差源分别加以“模型化”，然后将计算出来的每一个误差源的误差修正值（差分修正值），通过数据通信链传输给用户。

WADGPS系统不只是在基准站位置上估计，而对整个区域估计各个分量，于是精度就与用户到某一基准站的距离无关了。因此WADGPS系统克服了LADGPS系统中基准站和用户之间时空相关性的限制，提高了差分GPS的定位精度及定位可靠性。目前WADGPS系统的水平定位精度可达1m，垂直定位精度可达1.5m。

国际民航组织（ICAO）将利用地球同步卫星作为通信媒介，使用在GPSL1频段上直接广播的信号来提供DGPS数据。提供差分GPS校正值和完好性数据的WADGPS称为星基GPS增强系统（SBAS）。

SBAS的目标是满足民航从航路飞行阶段到垂向引导精密进近阶段的导航系统需求，包括2003年美国建设的广域增强系统（WAAS），2005年欧洲建设的地球静止轨道卫星导航中继服务系统（EGNOS），2007年日本建设的基于准天顶导航系统（QZSS）和多功能卫星增强系统（MSAS）技术基础上的多功能运输卫星系统（MTSAT），以及2009年印度建设的GPS和GEO地球静止轨道卫星增强导航系统（GAGAN）。SBAS分布如图10所示。

下面重点介绍美国的WAAS系统。

美国联邦航空管理局（FAA）在WADGPS的基础上，研发了广域增强系统—WAAS。WAAS系统是天基GPS增强系统，在提高GPS[来自www.lW5U.coM]定位精度、完好性以及可用性基础上，WAAS系统支持北美飞机在整个航线从航路导航，包括精密进近和进场着陆。WAAS系统的组成如图11所示，包括：①广域基准站WRS；②广域主监测站WMS和上行注入站的地面地球站GES；③站间通信网络；④提供差分信息链路地球静止轨道GEO卫星（导航信号转发器）。

WAAS系统利用位于北美和夏威夷的地基参考站对GPS进行连续观测，测量西半球上空GPS卫星信号的微小变化，包括卫星轨道修正数、卫星钟差修正数和电离层修正数，将测量数据发送到WAAS系统主控站，主控站计算偏差修正量（DC），然后将差分修正电文实时发送给WAAS系统的地球同步轨道通信卫星（至少每5秒发送一次），最后地球同步轨道通信卫星再将差分修正电文广播给地球用户，用户利用差分信息提高定位解算精度。

WAAS导航电文不是简单的伪距或距离校正信息，而是由主控站分离空间的相关性，分别计算出星历误差以及大气对流层、电离层时延误差的校正值以及导航卫星完好性信息。另外，WAAS导航电文调制在GPS卫星的L1载波频率上，使得该广播卫星也可用于测距，显然这样增加了GPS星座中的卫星数目，使得系统服务的连续性和可用性都获得增强。

WAAS系统工作原理如图12所示，首先地面基准站监测GPS卫星信号，并将监测数据发送到主控站，主控站计算修正数据及其有效性，然后将数据通过GEO通信卫星发送给飞机用户。机载用户GPS接收机不需要另设数据链的射频接收部分，只要将GPS接收机留出一个通道，内置WAAS导航电文的解调和处理程序即可。尽管在设计上WAAS系统主要用于航空导航，但是WAAS系统