2016北斗精準(zhǔn)定位(增強(qiáng)系統(tǒng))產(chǎn)業(yè)報(bào)告

1、【關(guān)注】2016北斗精準(zhǔn)定位（增強(qiáng)系統(tǒng)）產(chǎn)業(yè)報(bào)告2016-03-24 今日北斗引言當(dāng)前，全球衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)正經(jīng)歷三大轉(zhuǎn)變從單一的GPS系統(tǒng)時(shí)代轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘈亲⒋婕嫒莸?GNSS時(shí)代;從以車輛應(yīng)用為主體的市場(chǎng)格局，轉(zhuǎn)變?yōu)榕c通信相融合的以個(gè)人消費(fèi)為主流市場(chǎng)的新格局從經(jīng)銷應(yīng)用產(chǎn)品為主，轉(zhuǎn)變?yōu)槲恢梅?wù)為主的服務(wù)產(chǎn)業(yè)化新時(shí)期。、何為 導(dǎo)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(diǎn)為用戶提供全天候的三維坐標(biāo)和速度以及時(shí)間信息的空基無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)，用戶可以在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)的三名t導(dǎo)航定位和測(cè)速；另外，利用該系統(tǒng)，用戶還能夠進(jìn)行高精度的時(shí)間

2、傳遞和高精度的精密定位。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)目前 已基本取代了地基無(wú)線電導(dǎo)航、傳統(tǒng)大地測(cè)量和天文測(cè)量導(dǎo)航定位技術(shù),并推動(dòng)了大地測(cè)量與導(dǎo)航定位領(lǐng)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(yīng)用的通用性（陸?？仗?、軍民政科）、服務(wù)的全天候（晝夜晨昏、風(fēng)霜雨雪）、性能的卓越性（PNT高性能）、成本低廉（信號(hào)免費(fèi)公開，機(jī)體嵌入集成）等6大優(yōu)點(diǎn)得到各界青睞。二、導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)美國(guó)主要的增強(qiáng)系統(tǒng)GPS提供的民用定位服務(wù)比現(xiàn)有任何類型的陸基導(dǎo)航系統(tǒng)精度都要高。但是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)還存在著一些固有的缺點(diǎn)。導(dǎo)航星座不能完全覆蓋地球。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)屬于無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的一種，系統(tǒng)

3、定位時(shí)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(dǎo)致衛(wèi)星的不可觀測(cè) ，或者是 墻、水面、山的側(cè)面等所造成的多路徑干擾也能導(dǎo)致接收機(jī)對(duì)觀測(cè)衛(wèi)星無(wú)法正確識(shí)別，這些因素都會(huì)導(dǎo)致用戶定位性能的下降。隨著導(dǎo)航應(yīng)用領(lǐng)域的日趨廣泛，各種特殊的導(dǎo)航應(yīng)用需求被提出，導(dǎo)航應(yīng)用環(huán)境也日趨復(fù)雜。在地下室、地鐵、室內(nèi)、隧道、森林、礦區(qū)等等各種復(fù)雜環(huán)境中，導(dǎo)航信號(hào)會(huì)受到嚴(yán)重的衰減甚至不可用。例如，存在著 城市峽谷”效應(yīng)的高樓林立的城市之中，導(dǎo)航信號(hào)被遮擋造成可見衛(wèi)星不足，從而無(wú) 法定位;在車載導(dǎo)航中，由于交叉道路多、路邊的建筑物比較密集，信號(hào)會(huì)產(chǎn)生明顯的多徑效應(yīng)；而在磁懸浮列車、高速運(yùn)動(dòng)的飛

4、行器等情況下導(dǎo)航信號(hào)的信噪比就更差。因此，用戶對(duì)導(dǎo)航接收機(jī)的要求也就越來(lái)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(dǎo)航星座中當(dāng)某顆導(dǎo)航星座發(fā)生了故障而代替衛(wèi)星還沒(méi)有發(fā)射的時(shí)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(dǎo)航信息的完好性可能直接關(guān)系著用戶的生命安全。因此，當(dāng)GPS系統(tǒng)的服務(wù)性能下降時(shí)，尤其是當(dāng)系統(tǒng)的某個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)播出的導(dǎo)航信息往往就是不可靠的信息， 那么導(dǎo)航系統(tǒng)把自身系統(tǒng)運(yùn)行情況及時(shí)通知到用戶就十分關(guān)鍵。單純依靠衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，哪怕是目前定位精度最高的 GPS系統(tǒng)，也無(wú)法滿足一些對(duì)定位精度要求比較 高的應(yīng)用需求，比如航空

5、領(lǐng)域的飛機(jī)精密進(jìn)近等。因此，針對(duì)這一需求，尤其是來(lái)自航空業(yè)的迫切需要， 許多國(guó)家都發(fā)展了自己的衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)。90年代開始,美國(guó)、歐洲、日本等國(guó)家分別建立了 GPS的GBAS（地基增弓S系統(tǒng)）和SBAS（星基增強(qiáng) 系統(tǒng)），這些增強(qiáng)系統(tǒng)的目的就是利用外部獨(dú)立的監(jiān)測(cè)手段實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)的完好性保證。具體的方法就 是在地面設(shè)置監(jiān)測(cè)站，監(jiān)測(cè)GPS衛(wèi)星的狀況，當(dāng)然也包括監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)了 GPS系統(tǒng)的完好性監(jiān) 測(cè)。目前美國(guó)設(shè)計(jì)和建造的 WAAS（廣域增強(qiáng)系統(tǒng)）系統(tǒng)不僅能為美國(guó)本土用戶提供可視區(qū)內(nèi)GPS衛(wèi)星和導(dǎo)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(shí)，歐洲也建立了自己的增強(qiáng)系統(tǒng)（SBAS）,即EGNOS（歐洲靜止地球衛(wèi)星導(dǎo)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(qiáng)系統(tǒng)（MSAS）。這些系統(tǒng)都利用基準(zhǔn)站來(lái)監(jiān)控 GPS衛(wèi)星，并計(jì)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(dòng)廣域地基增強(qiáng)系統(tǒng)向星基增強(qiáng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變主要著眼于提高導(dǎo)航系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和可靠性，但并不說(shuō)明WAAS系統(tǒng)在完好性測(cè)定中的指標(biāo)十分完美。三、星基增強(qiáng)系統(tǒng)各SBAS系統(tǒng)（星基增強(qiáng)系統(tǒng)）全球分部圖世界上正在使用的星基增強(qiáng)系統(tǒng)有：美國(guó)的WAAS（廣域增弓雖系

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

8、研究。美國(guó)的星基增強(qiáng)系統(tǒng)，即廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS）,由地面監(jiān)測(cè)站網(wǎng)絡(luò)和同步通信衛(wèi)星構(gòu)成 ，用來(lái)增強(qiáng)GPS 的服務(wù)性能，由美國(guó)聯(lián)邦航空管理局 （FAA）建設(shè)和管理。WAAS最初設(shè)計(jì)目標(biāo)是利用 GPS/WAAS 來(lái)替代ILS實(shí)現(xiàn)美國(guó)本土機(jī)場(chǎng)的一類精密進(jìn)近,WAAS 系統(tǒng)現(xiàn)由38個(gè)廣域監(jiān)測(cè)站、3個(gè)廣域主控站、3顆地球同步衛(wèi)星、6個(gè)地面上行注入站、2個(gè)操作控制中心以及陸地通信網(wǎng)絡(luò)組成廣域增強(qiáng)系統(tǒng)利用遍布北美和夏威夷的地面參考站采集GPS信號(hào)并傳送給主控站。主控站經(jīng)過(guò)計(jì)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(guò)得到的改正信息精確計(jì)算自己的位置。廣域增強(qiáng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)定位水平精度達(dá)到了3-5米，且垂直精度達(dá)到了 3-7米,最關(guān)鍵的是用戶無(wú)需增加任何額外的導(dǎo)航設(shè)備。廣域增強(qiáng)系統(tǒng)在20世紀(jì)90年代開始被研制開發(fā)，而2003年7月它的信號(hào)可覆蓋美國(guó) 95%的領(lǐng)土，且2007年9月它的服務(wù)區(qū)域由美國(guó)國(guó)內(nèi)擴(kuò)展到。WAAS系統(tǒng)體系構(gòu)架WAAS最大的貢獻(xiàn)是對(duì)傳統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)架構(gòu)的完善，其率先采用的星座增強(qiáng)結(jié)構(gòu)、服務(wù)區(qū)柵格化監(jiān) 管、完好性概念、完好性監(jiān)測(cè)與處理結(jié)構(gòu)、完好性通道、兼容與互操作設(shè)計(jì)等很多理念、結(jié)構(gòu)和關(guān)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(wù)和相應(yīng)的完好性保障，這就使得服務(wù)范圍內(nèi)的所有機(jī)場(chǎng)可以

10、實(shí)現(xiàn)精密進(jìn)近，而且允許設(shè)計(jì)不同的進(jìn)近方式并降低開發(fā)和使用的費(fèi)用。WAAS不但可以為飛行提供很多便利，同時(shí)還大幅度降低了運(yùn)行和維護(hù)成本。在機(jī)場(chǎng)安裝一 套ILS(Instrument Landing System) 設(shè)備價(jià)格昂貴。在全美范圍內(nèi)，有600個(gè)機(jī)場(chǎng)安裝了 ILS設(shè)備， 其每年的維護(hù)費(fèi)用約8千萬(wàn)美元，而WAAS可以為5400個(gè)機(jī)場(chǎng)提供服務(wù)，每年的維護(hù)費(fèi)用僅5000美 元。WAAS地面系統(tǒng)分布四、地基增強(qiáng)系統(tǒng)雖然天基增強(qiáng)系統(tǒng)不像傳統(tǒng)導(dǎo)航設(shè)備那樣受限于覆蓋范圍，但是天基增強(qiáng)系統(tǒng)至多只能支持 APV I精密進(jìn)近的所需導(dǎo)航性能要求，對(duì)于難度更大、導(dǎo)航性能要求嚴(yán)格的 CAT I/II/III精密進(jìn)近

11、，則必須采用 地基增強(qiáng)系統(tǒng)。在地基增強(qiáng)系統(tǒng)中，用戶接收到的增強(qiáng)信息來(lái)自地基發(fā)射機(jī)。增強(qiáng)信息通過(guò)通信數(shù)據(jù)鏈以數(shù)字格式廣播給用戶。地基增強(qiáng)系統(tǒng)由地面站、監(jiān)控設(shè)備和機(jī)載設(shè)備組成。地面基準(zhǔn)站完成差分定位，并將對(duì)應(yīng)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(guò)相關(guān)處理并通過(guò)地面布設(shè)的甚高頻網(wǎng)絡(luò)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(jìn)近要求的導(dǎo)航服務(wù)。近年來(lái)地基增強(qiáng)系統(tǒng)一直是衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域研究熱點(diǎn)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(jì) 的導(dǎo)航服務(wù)?；鶞?zhǔn)站在整個(gè)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?；鶞?zhǔn)站在接收和跟蹤導(dǎo)航系統(tǒng)電文的同時(shí)要能夠有效修正對(duì)流層延遲、電離層延遲偏差，保證基準(zhǔn)站輸出數(shù)據(jù)成為中心站計(jì)算改正數(shù)的基礎(chǔ)。而且基準(zhǔn)站的硬件和軟件設(shè)計(jì)必須能發(fā)現(xiàn)導(dǎo)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(shè)備的能力，并對(duì)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(diǎn)或超差點(diǎn) 。五、行業(yè)新應(yīng)用導(dǎo)航通信融合GPS系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初就沒(méi)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(wù)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(jī)得到的 位置信息進(jìn)行回傳或者廣播的問(wèn)題?；谖恢梅?wù)位置服務(wù)是通過(guò)移動(dòng)獲取的方式確定實(shí)際目標(biāo)的地理位置

13、，從而提供給用戶基于這樣位置的服務(wù)信息，實(shí)際上人類活動(dòng)的信息80%是與空間信息有關(guān)的。精準(zhǔn)定位作為一種全天候?qū)崟r(shí)性定位手段，其優(yōu)勢(shì)在于安全和精準(zhǔn)，但不能單獨(dú)存在，必須依托企業(yè)的GIS平臺(tái)而存在，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是必須和地圖結(jié)合起來(lái)，才能發(fā)揮最大的優(yōu) 勢(shì)。北斗精準(zhǔn)定位服務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)層由CORS系統(tǒng)（連續(xù)運(yùn)行參考站）和用戶數(shù)據(jù)組成。服務(wù)層主要解決的是用戶取得精準(zhǔn)位置的問(wèn)題 ，重點(diǎn)在于用戶所用終端及對(duì)用戶取得定位精 度的分級(jí)管理，另外各個(gè)行業(yè)、公司的基礎(chǔ) GIS業(yè)務(wù)平臺(tái)也屬于服務(wù)層，涉及到大量精準(zhǔn)定位終端和 GIS平臺(tái)軟件。應(yīng)用層則是一個(gè)根據(jù)行業(yè)細(xì)分的軟件開發(fā)領(lǐng)域，精準(zhǔn)位置除了與地圖數(shù)據(jù)結(jié)合可以

14、達(dá)到監(jiān)控、 定位、導(dǎo)航、調(diào)度等的應(yīng)用外，還要和各行各業(yè)的實(shí)際業(yè)務(wù)需求相結(jié)合 ，實(shí)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(tái) GIS平臺(tái)兩個(gè)層面進(jìn)行軟件的二次開發(fā)，如燃?xì)獾墓芫€定位終 端便要和管線探測(cè)儀等專業(yè)設(shè)備連接，并在定位終端和后臺(tái) GIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)管線探測(cè)儀數(shù)據(jù)的識(shí)別、 傳輸和分析，還要結(jié)合巡檢、焊接人員的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)流程開發(fā)終端軟件。智慧導(dǎo)航精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)首先由美國(guó)農(nóng)業(yè)工作者于 20世紀(jì)90年代初倡導(dǎo)并實(shí)施的。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，通俗地講 就是綜合應(yīng)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(shuō)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)就是利用遙感、衛(wèi)星定位系統(tǒng)等技術(shù)實(shí)時(shí)獲取農(nóng)田每一平方米或幾平方米為 一個(gè)小區(qū)的作物生產(chǎn)環(huán)境、生長(zhǎng)狀況和空間變異的大量時(shí)空變化信息，及時(shí)對(duì)農(nóng)業(yè)進(jìn)行管理，并對(duì)作物苗情、病蟲害、埔情的發(fā)生趨勢(shì)，進(jìn)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(chǔ)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(zhǔn)確地進(jìn)行精準(zhǔn)播種!精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)噴灑農(nóng)藥、精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)收獲等精準(zhǔn)作物生產(chǎn)管理。由地學(xué)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(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)，其實(shí)施過(guò)程可描述為：用帶GPS的聯(lián)合收割機(jī)自動(dòng)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