GPS与GLONASS新发展

的组合定位进行了介绍，重点论述了卫星定位技术的现代化计划和精度提高情况。

21世纪人类将进入空间发展时代，空间技术将会深刻影响社会生活的各个方面。人造地球卫星是进行空间探索和空间科学研宄的重要手段，利用卫星技术，可以大大扩展地球信息的获取与利用。目前的卫星定位技术正在迅速发展，比如美国国防部的GPS己经对各种运载器的导航、大地测量、地表的地物与地形信息获取、交通管理、灾害监测、大气监测、地球板块运动等许多方面产生了重要影响；俄罗斯的GLONASS也己投入运行，1998年的国际性试验IGEX取得但由于在GNSS-1系统中起决定作用的GPS受美国军方控制，其可利用性得不到保证为了摆脱这一不利局面，欧洲提出了GALILEO计划，拟建立一个全球性的政府与民间协作发展与利用管理的新一代全球导航卫星系统GNSS-2我国也加大了卫星导航系统的发展投入，2000年10月31日在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭将我国自行研制的**颗“北斗导航试验卫星”送入预定轨道，12月21曰发射升空了我国第二颗“北斗导航试验卫星’它与10月31曰发射的**颗”北斗导航试验卫星“一起，构成了”北斗导航系统’这标志着我国拥有了自主研制的**代卫星导航定位系统建立一个数十颗卫星构成的完善的导航卫星系统投资巨大，而充分利用其他国家和组织的卫星系统，加强我国的卫星定位体系，同时在紧急状态时，也能完成重要的基本功能，是一条切合实际的发展思路，因而研宄利用不同卫星系统进行组合测量及其他服务对我国具有重要意义在未来10年中，美国的GPS系统将实施现代化改进计划，一是将在轨卫星增至30颗，并发射新型卫星GPSBlockliF，二是增加第三个载波L5，三是在“上增加C/A码，四是民码和军码分离，将于2010年更新为第二代全球导航卫星系统，这与欧洲的GALILEO计划极为接近第二代全球导航卫星系统的单点定位精度将达到卜2m，可以实现整周模糊度的实时求解，采用特殊算法进行数据处理，其精密测量的基线精度将能够达到亚毫米级。GLONASS在1995年达到了完全运作能力，工作卫星数达到了25颗，但由于俄罗斯经济状况的限制，其后发射的卫星太少，加上卫星寿命较短（约3年），目前仅有6颗卫星正常工作，*近一次卫星发射时间是2000年10月13日GLONASS为全球用户提供位置和时间信息的免费服务，1999年2月18日，俄罗斯总统宣布了关于GLONASS的国际合作意向，意味着把其单独建立的GLONASS推向国际合作的大舞台，这极大地增强了世界各国对GLONASS的信心，保持了国际上的稳定性，拓展了科技协作关系。因此，GPS与GLONASS及其他卫星系统的组合系统具有很好的发展前景。

连续性（continuity）是卫星定位系统成功应用于变形监测、国防、飞机精密进场、火车系统调度与管理等的*重要的4个因素，测量和导航的区别将进一步减小，可以把测量看作为高精度导航而数据处理的作用将进一步增强，为了满足超高精度的变形监测要求，必须从原始数据采集、基线解算、各项系统误差特性、特殊约束条件等各方面进行分析，选取*优的数学模型，采用高效的算法来实现快速高精度的求解。

随着GPS定位理论和技术的不断发展，出现了多种定位作业模式，主要有绝对定位（absolutepositioning），静态相对定位（staticpositioning），差分相对定位（differentialpositioning），伪动态相对定位（poseudokinematicpositioning），快速静态相对定位（rapidstaticpositioning），实时动态相对定位（RTK），网络RTK其中，网络RTK是现在和将来一段时期的发展热点。对于高精度测量，主要采用静态相对定位、快速静态相对定位、实时动态相对定位，这三种定位方式均采用载波相位观测值。周跳既是影响载波相位观测值质量的主要因素，又是不可避免的。因此，研宄周跳的探测和修复算法对净化观测值有重要意义，也是卫星测量观测值预处理的难点。另一个与高精度卫星测量密切相关的是整周模糊度的快速正确求解对于实时动态相对定位，要求快速获得基线固定解，必须采用整周模糊度的快速解法对于GPS与GLONASS的组合测量，由于两卫星系统的载波频率不同，而且GLONASS各卫星采用变化的载波频率，使整周模糊度的求解更加困难，这是多星系统联合数据处理的重点GPS服务依不同用户有两种标准标准服务（SPS），只能获得C/A码服务，一般用户均可获得；精密服务（PPS），只限于特许用户。导航定位通常用伪距进行，SA启用时单点定位的精度为100m2000年5月2曰405（UTC时间），人项目来源武汉大学科技发展基金资助。

为引入到GPS系统中的SA干扰终止了，使得GPS单点定PDD的要点是在作战区内保证军事服务，防止对GPS位精度大为提高。有关试验表明，单点定位精度提高了约10倍，取消SA前后的标准定位精度如表1所示（MichaelShawetal-，2000）表1取消SA前后误差项对照表误差项典型的标准定位距离误差/m含SA影响取消SA后电离层延迟对流层延迟时钟与星历误差接收机噪声多路径总的用户等效测距误差典型的HDOP95%置信度的水平精度1996年发表的美国全球定位系统政策（总统决定动议PDD-PresideritialDecisioriDirective），强调GPS系统将更广泛地用于美国及世界范围内的民用、商用、科学研宄，建立了国防部和交通部联合管理的GPS事务局（IGEB），为GPS的进一步发展规划了蓝图。IGEB于1997年召开了**次会议，其中心议题是增加GPS民用信号，从而改进民用和商用目的的GPS状况，会议结果是IGEB同意在1年内选定第二个民用频率，并与空军己经开始的计划相结合，形成了更新GPS运行要求的（）RD（OperationalRequirementsDocument），为目前的GPS现代化计划奠定了基础1998年，戈尔副总统宣布将在L2上增加第二个民用码信号，目前L2上只调制了P（Y）码，只能由美国军方和其他特许用户才能使用。戈尔副总统还声明特别为生命攸关的民用目的而设计的第三个信号将于2005年开始在卫星播出。

经过IGEB的大量工作，称为L5的第三个民用信号于1999年1月确定为1176.45MHz改进后的信号结构如改进后的信号结构图对标准定位的实时GPS用户，增加第二、第三民用信号后，将产生多余观测数据，从而能提高精确性，改善信号可利用性和完整性，增强服务连续性，对于高精度的变形监测、飞机精密进场、精细农业、机械控制、测量与地学研宄等民用目的都带来益处1996年的GPSPDD及后续会议也向美国政府和国防部承诺提供高精度定位服务，并建议研宄防止恶意利用GPS的对策，从而保证美国及其盟国在不干扰民用GPS使用的的恶意利用；在作战区外保证民用服务。

为此，军用服务必须具有按地区选择或取消GPS信号的能力。这将通过把及和。的频段进行细分，中心带用于C/A码，边缘带用于军码称为M码），其结构参见新的军码将有更好的保密性，并采用局域性播发，信号强度可根据需要进行增强，可比己有的P（Y）码增强20dB，美国军用GPS服务因而得到进一步加强从表1可知，取消SA后，电离层延迟成为*大的误差现对于特许用户的PPS定位，由于能够直接接收L的P码，利用L，和L2的组合可采用一定的数学方法求得电离层的影响，从而消除观测值中的电离层影响但是对于民用用户，不能直接接收P码，就需要采取其他措施来减弱电离层的影响。一种方法是采用电离层模型，另一种方法是采用特殊的信号接收技术，获取加密的Y码中的部分信息，达到计算电离层延迟的目的。**种方法，由于大气结构的复杂性和不稳定性，仅能消除电离层的60%的影响；第二种方法，则需要比特许用户的双频接收机更高的L2信噪比（SNR）对于静态测量，可以获得高信噪比，但对于高速运动状态，信噪比会降低，会造成卫星失锁，需要几分钟时间进行重新锁定，这影响了许多方面的应用。在L2上增加C/A码后，民用用户就可以直接采用与特许用户的PPS定位类似的方法来消除电离层的影响，将7.0m的典型的电离层误差减小到0.1m，SPS标准定位的精度将提高到8.5m（95%置信度）对于生命攸关的民用航空来讲，由于存在许多导航设备和雷达使用与L相近的频带，将对GPS产生干扰，若取消所有使用接近这一频带的系统，需要大量的费用，更好的方法是增加新的具有较宽频带的GPS载波信号用于民用导航目的，*终IGEB选择了别设计用来改进目前的民用状态的，它的能量比现有的L，增加6dB，这增强了抵抗其他干扰信号的能力在改进卫星及信号的同时，系统的地面控制部分（OCS）也将升级，主要有用新型的数字接收机和计算机升级专用的GPS监测站，更换监测站的天线；更换现在的GPS地面主控站的计算机工作站为分布式结构；实现精度提高计划、空军卫星控制网的集成、完全的R能力；完成万敦堡空军基地备用主控站的全部运作能力；增加F指令和控制功能地面监控网起着监测卫星健康状态、日常维护、确定卫星星历及时钟参数、上载卫星数据等功能。在目前的配置中，各主控站使用称为分区（partition）的各自的小卡尔曼滤波器估计GPS卫星的轨道、钟差以及监测站接收机的钟差，至少每天一次将轨道参数和钟差改正参数上载到各颗卫星。采用双频观测值消除大气延迟误差后，星历和时钟误差成为主要项，对于目前的GPS星座，星历和时钟误差的影响分别为8m，其对应的用户等效测距误差（UERE）是2.3m采用精度改进计划A后，GPS星历和时钟误差的用户UERE将减小到1.25m这是通过将6~14个国家图像与测图局操作的监测站加入到系统中，并在GPS主控站采用单区卡尔曼滤波来实现的，使GPS标准定位的精度提高情况