卫星导航差分系统和增强系统（九）
+ 刘天雄
【期刊名称】卫星与网络 【年(卷),期】2024(000)010 【总页数】4
配备双频接收机的测距与完好性监视站（RIMS）测量可见星（仰角大于15°）的电离层延迟数据，获得的电离层延迟再转换为对应电离层穿透点（IPP）的垂直延迟。所有RIMS站得到的垂直延迟送入主控中心（MCC），用于计算某一网格的4个网格点（IGP）的垂直电离层延迟。计算电离层延迟改正数的算法有很多，例如，对于第k个IGP，MCC在计算垂直电离层延迟时，首先以第k个IGP为圆心，以R（一般为1000km）为半径画圆，使用处于圆内的电离层延迟采用距离倒数加权法计算该IGP的垂直电离层延迟。主控站获得这些电离层校正数据经导航注入站注入GEO卫星，由卫星将校正数据播发给服务区内的用户。
SBAS能够测量出对流层的温度、压力和相对湿度等，因为这些量的空间相关距离很短，所以由MCC估算出该延迟发给用户没有太大意义。SBAS电文不含对流层校正值，延迟补偿模型需要设置在接收机内，一般可以消除90%的对流层延迟。
SBAS通过对各类改正数误差的确定及验证来完成对广域差分改正数完好性的监测，广域差分改正数包括卫星星历改正、卫星钟差改正和电离层网格垂直延迟改正。卫星星历改正和卫星星钟改正都是与卫星有关的误差改正，这两种改正数相应的误差综合给出，以用户差分距离误差（User Differential Range
Error，UDRE）表示。电离层网格垂直延迟改正相应的误差以GIVE表示。 用户差分距离误差（UDRE）指由经差分修正后的空间信号误差引起的用户误差。因此它是经星历误差修正和卫星钟差修正后的真实用户级误差。考虑完好性的概率要求，UDRE可以定义为在系统服务区内，可视卫星星历及钟差改正数误差相应的伪距误差的置信限值。设置信度为99.9%，则有： 计算UDRE应考虑：
· 直接计算：UDRE计算应直接基于接收到的轨道及钟差误差影响的伪距观测量，能够使用户得到更加严格的完好性保证，对系统所受到的异常影响会尽快做出反应；
· 置信度限制的完好性：UDRE应对系统服务区内的所有位置，以99.9%的置信度给出卫星轨道及钟差改正误差的置信限值；
· 告警时间：UDRE要能尽快对异常影响做出反应，且要尽快通过同步卫星广播给用户，处理及播发的总时间不应超过系统规定的6s告警时间；
· 定位可用性：UDRE越小，可用性越高。用户对UDRE的可用性有严格规定。 SBAS在广播电离层网格点IGP延迟改正数时，还应广播这些改正数对应的误差信息。这种误差信息定义为格网电离层垂直改正误差(Grid Ionospheric Vertical Error，GIVE)。GIVE是网格点经过电离层改正后的真实用户级误差。根据完好性需求，按99.9%的置信度给定。对于时刻的网格点延迟改正数将要应用的后一个更新间隔内的任意时间，应以99.9%的置信度保证与实际是一致的。
用户电离层垂直改正误差（UIVE）是用户视线穿透点处基于格网点延迟改正值计算得到的垂直延迟值与真实值之间差值的置信限制。已知GIVE值，则可内
插计算格网点包围范围内的用户穿透点的UIVE，UIVE与GIVE有同样的置信度99.9%。GIVE和UIVE的计算必需满足完好性、告警时间及精度要求。 · 完好性是指由GIVE得到的UIVE必须以99.9%的置信度限定用户电离层改正误差；
· 告警时间是指对电离层异常的处理，必须在规定时间内到达用户；
· 精度需求来自全面的系统精度需求，包括垂直及水平定位精度和定位保护限值需求。
GIVE和UIVE既要能确实反映所受的误差影响，以保证为服务区内的所有用户提供安全，并能对电离层异常影响及时作出反应；又要不能估计得太大，以保证连续性、可用性。不同导航用户，定位误差都有最大限值规定，而定位误差基于GIVE和UIVE得到，因此，GIVE和UIVE也必须在规定的门限以下。 国际民航组织ICAO GNSSP SARPs相关文件定义完好性为SBAS系统提供增强信息正确性可信任程度的度量措施，这种完好性度量措施还应具备当系统不可用时能够给用户及时有效提供告警的能力。完好性包括水平保护门限HPL和垂直保护门限VPL以及给用户告警的时间。完好性风险（integrity risk），定义为在给定服务时间期间，信号误差超出规定的容差时而没有给用户告警的概率。
SBAS用户接收机根据发布的完好性参数 和分别剔除“不可用”卫星及“不可用”IGP垂直电离层延迟，然后综合 及用户局部对流层校正残差、多路径误差、接收机观测噪声，并结合当前观测的GDOP值，计算水平保护门限（HPL）与垂直保护门限（VPL）。HPL和VPL分别与水平告警门限（HAL）、垂直告警门限（VAL）相比较，只要有一项超出门限，则说明系统不能保证所需要的完好
卫星导航差分系统和增强系统(九)
