GPS現代化與全球衛星導航系統——GNSS將來

2020-12-05 測繪科學與環境生態

93.GNSS將來

GNSS接下來會發生什麼呢?有一天,在空中可能會有多達130顆導航衛星飛行。其可能來自GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou、QZSS、IRNSS以及還有其他系統。如果這樣,系統將為用戶提供各種各樣的信號和測距碼。更多可用衛星,將使由於障礙遮擋而衛星稀少的地區成為新的應用領域。對民用用戶來說,新的信號將提升更多的抗幹擾能力、補償電離層延遲能力以及偽距、寬巷甚至三頻能力。對於軍事用戶而言,將會有更強的抗幹擾和安全性能力。對大家來說,在準確性、可用性、完整性和可靠性方面都會改進。因此,從商業的角度來看,人們對其如此期待也就不足為奇了,但從用戶的角度來看,這種情況與幾年前GPS的出現並無差別。承諾多,保證少。新功能將會出現,但是什麼時候可用,什麼時候出現,這些都是不確定的。

觀測者地平線以上將會有更多衛星。GPS和GLONASS聯合將為用戶提供的衛星是單一GPS的2倍。如果將GPS、GLONASS和Galileo聯合,將會有3倍多。如果再將北鬥組合進來,用戶將可用大約5倍多的衛星。從某種意義上說,衛星越多,性能越好。這種優勢在多路徑易發的樹木之間、城市峽谷尤為突出,這些地方信號易發生反射和分散。例如,GPS接收機收到6顆衛星,見圖1所示,用戶可以增加衛星高度解直角以便減少多路徑誤差的影響,同時仍有4顆衛星可用觀測。設想一下,如果圖中有12顆,18顆,甚至24顆衛星,你收到更多衛星,意味著受限環境中具有更好的可達性。

更多的衛星表明,更短的時間內獲得更多的觀測值,意味著觀測時間可以縮短,而精度不會降低,幹擾環境更易得到改善只是部分原因。隨著可用衛星增多,載波相位接收機的首次固定時間,即接收機求解整周模糊度、下載曆書等等的時間,也就是初始化時間,將會大大縮短。此外,更快地達到固定解的精度。現在雙頻載波相位解是準確的,但其中含有噪聲,但隨著L2C、L5和其他GNSS信號等新信號的出現,雙頻解將直接得到增強。雖然GNSS接收機有能力為用戶提供更好的可用性和可靠性,但它不一定能夠提供比GPS更高的精度。然而,利用GNSS可以更方便、更廣泛地實現高精度。這也意味著更好的電離層延遲改正。一定要記住,電離層延遲與頻率有關。

因為許多新的GNSS信號將攜帶民用碼,當前實現載波相位高精度測量所必需的算法可能會被簡化。一般來說,碼相關比載波差分是更直接的問題,可能使接收機變得更簡單。這顯示它們可能會更便宜。

此外,維護GNSS組成部分越來越多樣化,系統整體故障的概率就越小。美國、俄羅斯、歐盟和中國都有相應的基礎設施來支持它們對GNSS的貢獻。在這種情況下,整個GNSS星群同時停機的可能性非常小。

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