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第八章 GPS应用技术 GPS是一种高精度、全天候和全球性的连续定位、导航和定时的多功能系统； 定位速度快、费用低、方法灵活及操作简便等特点； 多领域（陆地、海洋、航空航天）、多模式（GPS、DGPS、RGPS、LADGPS、WADGAP、WWDGPS）、多用途（导航制导、工程测量、大地测量、地球动力学、卫星定轨及相关学科）、多机型（机载式、船载式、星载式、弹载式、测地型、定时弄、全站型、手持型、集成型）等 GPS导航技术的出现，是陆地、航海、航空和航天领域导航技术的重大突破。 §8.1 GPS在飞机精密进场着陆中的应用 飞机的进场着陆阶段是飞机航行的最后阶段，也是整个飞行过程中事关安全的最关键阶段，对着陆系统不仅有精度上的要求，而且在完善性、连续性和可用性方面也有严格的要求。 当前精密进场着陆的国际标准系统是仪表着陆系统（ILS）和微波着陆系统（MLS）； 20世纪90年代初FAA决定放弃MLS，转而支持发展GPS。 飞机进场着陆的轨迹剖面 分为三个阶段： 过渡阶段，即飞机由巡航高度到达固定高度（高度保持不变）阶段； 下滑段，由固定高度开始，沿倾斜角约为30°的下滑道降速飞行，一直稳定飞行到决断高度； 拉平阶段，由判断高度开始直到飞机着地点的下滑平飞阶段。 进场着陆标准 Ⅰ级（CAT Ⅰ ）、Ⅱ级（ CAT Ⅱ ）、Ⅲ级（CAT Ⅲ ） 对精度、完善性、可用性、连续性指标： 完善性：当导航系统发生故障或性能变坏，使误差超过可接受的限定值时，系统发出的告警的能力。 告警时间； 警戒时间； 漏检测概率； 不可用概率。 总的系统误差（TSE）来规定着陆系统的精度，包含了传感器误差和飞行方式误差； DGPS可适用于CAT Ⅰ 、 CAT Ⅱ和CAT Ⅲ 8.1.1 C/A码DGPS着陆系统 系统组成：地面基准站设备和机载导航设备组成； 地面基准站：一台GPS接收机、实时控制计算机和VHF远距离发射机构成； 机载导航设备：机载GPS接收机、远距离接收装置和机载实时控制计算机和着陆指引接口装置； 工作原理 地面基站计算出DGPS校正量，并通过VHF数据链向外广播； 机载导航自动着陆系统经过差分校正计算的GPS信息与惯性测量参数由卡尔曼滤波器组合，得到飞机的着陆以参数的最优估计，利用其与储存于计算机内的理想着陆航迹相比较，获得飞机进场着陆的航向与下滑信息，输送给自动着陆系统的横向控制和纵向控制系统，引导飞机精确地自动着陆。 8.1.2 载波相位DGPS着陆系统 常规动态载波相位DGPS着陆系统 系统组成：地面基准站设备和机载导航设备两部分组成； 地面基准站：一台多通道载波相位GPS接收机、实时控制计算机和VHF发射机； 机载导航设备：实时动态载波相位差分GPS接收机、机载实时控制计算机和数据链接收装置。 关键问题：动态载波相位模糊度解算和周跳检测与修复； 精确度高，可达厘米级。 GPS完善信标 增加GPS伪卫星指点信标发射机，成对设置在进场着陆跑道中心延长线的两侧； GPS完善性信标是小功率伪卫星，发射像真的GPS卫星一样的信号，参与差分GPS进场着陆计算； 用于机载GPS接收机的完善性监测（RAIM）以及用惯性测量装置的三轴位置偏关初始化，使飞机即使在GPS完全失效时仍以继续进场着陆。 GPS全向指点信标 在GPS完善性信标的地面设备中，增加一台多通道GPS接收机和信号相关处理器，使GPS全向指点信标不仅具有伪卫星的功能，还具有GPS差分基准台的功能。 8.1.3 采用广域增强系统（WAAS） 组成：WAAS系统和机载用户接机 WAAS：广域基准站（WRS）、广域主控站、上行注入站（地面站注入站）、静止卫星（GEO）上的导航转发器 机载用户接收机 改善了GPS的完善性、可用性、连续服务性和提高了精度。 §8.2 GPS在空中交能管制（ATC）中的应用 世界空中交通越来越拥挤； 空中交通管理系统（ATC）：采用高度自动化的指挥和管制系统，保证飞机安全、有序地飞行，进而增强民航营运能力、提高民航效益； ATC涉及导航（navigation）、监视（surveillance）、数据通信（ date communication）简称（CNS），还涉及空域划分、空中交通流量优化等技术； 当前ATC的缺点：缺乏广大的覆盖域（基于陆基CNS）、缺乏先进的空-地信息交换、缺乏航路的优选性、缺乏可靠的高度自动化、缺乏协调的系统发展。 国际民航组织（ICAO）和美国联邦航空局FAA的未来航行系统（FANS）研究明确GPS在ATC中具有极重要的地位。 GPS辅助ATC系统 CNS：导航（navigation）、监视（surveillance）、数据通信（ date communication） 组成：空间系统、地面系统和机载系统 空间卫星分为GPS导航