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Ubuntu330 | 深挖衛星導航



衛星導航潛力有多大?達到米級?分米級?厘米級?能否代替I、II、III類盲降?有哪些增強技術?讓我們一起來學習:



上圖縱坐標表示精度,從厘米到10米以上,注意坐標軸不是線性變化,而是刻度的跨度越來越大;橫坐標表示范圍,注意也是 刻度的跨度越來越大。


從圖中可以看到,衛星導航(GNSS)自身導航范圍可以通達全球任何角落,GPS和GLONASS精度10米級,伽利略和GPS III可以達到5米左右。


其余的色塊,均用來增強導航精度,有些是局地增強,有些是廣域增強,特點是顯著提高衛星定位精度,直至厘米級。


增強的主要原理,就是差分:


假設某個系統測出我的位置坐標是x,y,同時也測出我的桌子的坐標a,b,而桌子的位置固定且事先是知道,因此坐標a,b和桌子實際位置有位置差,這個位置差用來修正x,y,可以得到我的更精確位置,這就是所謂差分。




SBAS是星基增強系統,其原理就是在地面放好桌子,然后測出位置差,交給天上的通信衛星廣播,飛機收到后修正出自己的精確位置。因為有效范圍遼闊,因此要放好幾個桌子才行。


現在可以用的SBAS系統包括北美的WAAS、歐洲的EGNOS、日本的MSAS,建設中的包括俄羅斯的SDCM、印度的GAGAN。


有了SBAS,就可以在RNP APCH使用LPV標準,使衛星導航達到ILS I類標準。







這是巴黎戴高樂機場08R跑道的RNP APCH進近圖。上面有一個EGNOS代碼:Ch57500 E08B,說明帶有LPV功能。注意下滑道的表達方式和ILS有所不同


。





注意進進圖底部的著陸標準:


LNAV CDFA:這是沒有垂直引導的進近,著陸要求比較高;


LNAV/VNAV:這是帶垂直引導的進近,著陸條件有所降低;


LPV:這是SBAS增強的進近,和ILS I類標準一樣,DH200英尺,RVR550m.


這些都屬于RNP APCH,不需要單獨的進進圖。


空客A-350的LPV在PFD上這樣顯示:





SBAS帶來的最大好處,就是有效范圍內可以到處建立等同于ILS I類盲降的著陸程序,而不需要任何設備、基建和費用,備降場的選擇變得更加靈活,對通航更是極大利好。



DGNSS 和 GBAS


DGNSS和GBAS是地基增強系統,其原理是在地面的桌子翻過來,不但測量桌子的位置差,也測每條腿(至少兩條腿)到衛星的無線電距離(波長乘以時間,即偽距),


根據真實距離算出腿長的差, 再通過甚高頻設備進行廣播( VDB ), 飛機收到后修正出自己的精確位置,這個位置已經消除了大長腿和小短腿的誤差,所以精度更高,達到半米級別。






由于可以對每個單個衛星的測量校正,因此精度很高,可以實施ILS II、III類標準的進近。但因為VDB距離有限,有效范圍半徑20公里左右,對于多跑道樞紐機場很有用,


對于單跑道機場成本相對高,對通航更是沒有必要。


GBAS和傳統DGNSS的差別就是完整性(什么是完整性,請查閱上一篇)的保證,所以GBAS更適合航空器導航。這里是圣彼得堡10R跑道的GLS進進圖:






可以看到,現在的GLS著陸標準基本和ILS I相當。注意,GLS有專門的進近圖,下滑道的表達和傳統ILS的不一樣。


按照FAA的計劃,最早在2019年,就會出現第一個II、III類的GLS進近程序。





GBAS用衛星測距,用無線電廣播差分信號;SBAS用額外的通信衛星廣播差分信號。這是二者的區分。



RTK 和 WARTK


剛才說到,傳統的DGNSS不如GBAS,被無情淘汰,然而,它又派生出新的技術,那就是RTK,Real Time Kinematic,實時動態載波相位差分。