國內外連續運行衛星定位服務系統介紹及應用情況

2021-01-12 較瘦劉觀能源

國內外連續運行衛星定位服務系統介紹及應用情況

連續運行衛星定位服務系統(Continuously Operating Reference Stations,CORS)是當代GNSS技術發展熱點之一。為了推進我國北鬥導航事業的發展,深圳市將兼容GPS/GLONASS衛星導航系統的深圳CORS(Shenzhen Continuously Operating Reference Stations,SZCORS)進行升級改造為兼容北鬥衛星導航系統、GPS 和 GLONASS 衛星導航系統的多模的連續運行衛星定位服務系統,即深圳北鬥地基 增 強系 統 (Shenzhen Beidou Continuously Operating Reference Stations,SZBDCORS)。為了確保SZBDCORS能夠快速高效地向用戶提供各種服務,必須對其完備性進行檢驗,而定位精度是衡量系統可靠性的最重要指標。

連續運行衛星定位服務系統是建立於GNSS技術及網絡化實時定位服務技術、通信網絡技術及移動通信技術基礎之上的定位綜合服務系統。深圳市作為我國建立的第一個得以工程應用的市級CORS系統,在建設完成後在深圳的城市建設、交通、水利、港口建設等方面得到了廣泛的應用。按照用戶對定位精度的需求劃分,衛星導航服務用戶可以分為精密定位用戶和導航用戶。目前測繪、水利、城建規劃等行業及一些如高鐵、大橋等大型工程的建設,需要釐米級甚至毫米級的定位服務,而目前在我國能提供高精度定位服務的手段百分之九十以上都是以GPS為主的基準站差分定位技術。一旦GPS停止服務,對於我國各行各業都是一個重大的打擊。

定位精度是決定CORS系統是否能夠提供動態、不間斷、高精度的空間定位與導航服務,是否滿足系統用戶實時定位以及高精度事後靜態定位應用需求的重要因素。

美國於20世紀90年代開始建設CORS系統網絡,是CORS技術應用最成熟的國家,也擁有著最先進的全球衛星導航定位技術。美國的CORS包括國家大地測量CORS系統(美國連續運行參考站)、合作CORS系統、區域CORS系統。國家大地測量系統由美國國家大地測量局(NGS)牽頭建立的,系統通過NGS官網發布國家基準站的的坐標和觀測站的觀測數據,而且提供事後數據處理服務,該系統是國家空間參考系統,為各行各業提供cm級高精度定位服務。合作CORS系統由NOAA負責組建、更新和維護,由政府、高校、企業等參與構建,各基準站都已經與美國國家大地測量CORS系統聯網,其各成員組織可以得到該系統數據服務。區域CORS系統是由地區部門級組建的CORS系統,向成員提供參考站的觀測數據。目前美國CORS已廣泛用於導航和定位、地球形變監測、氣象、GIS等領域。

加拿大主動控制網系統(CACS)是加拿大的國家大地動態控制網。

CORS網由12個變形監測站、14個連續運行參考站和20個區域主動控制站構成。

該系統通過分析各個基準站觀測數據進行精確建模計算出衛星鐘差和精密星軌改正,並發播差分改正數據,由於系統的高覆蓋率和數據的高精度在全國範圍內使用GNSS接收機都能力獲得cm級到m級的結果。

CACS系統主要提供國家參考基準,並在其基礎上實現網絡RTK,其網絡RTK業務覆蓋加拿大全國。

國際 GNSS 服務系統是一個包括衛星跟蹤站、數據處理與分析中心的全球性系統,旨在共享各跟蹤站觀測數據和國際 GNSS 服務系統的各種衍生產品,為全球用戶提供可靠的數據資源,為科學研究服務。目前用戶可以從國際 GNSS 服務系統官網下載國際 GNSS 服務系統跟蹤站的坐標天頂方向的對流層延遲;全球總電子含量VTEC圖;地球自轉參數;衛星星曆等數據產品。

國際 GNSS 服務系統目前有不同國家、部門及機構等聯合組建的200多個永久性連續運行參考站,分布在我國的主要站點有武漢站、韶關站、拉薩站、烏魯木齊站、北京房山站等等。

國際 GNSS 服務系統是現代關於地球科學研究的重要基礎設施。

德國 CORS(SAPOS)是能夠覆蓋德國全境連續運行衛星導航定位服務系統,構成了德國動態大地測量參考基準框架網。該系統各基準站平均間距為40km,基準站也有較高的密度,能提供HEPS、EPS、GHPS和GPPS四種不同級別和精度的定位服務。德國CORS基準站差分定位技術為區域改正數(FKP)技術,為用戶提供高精度實時定位服務。

日本的CORS系統由日本國家地理院(GSI)組建,是日本重要的基礎性設施。

由超過1200個的永久參考站組成GPS永久跟蹤站,其密度極高,平均站間間距為30km,且在東京、京都等地區只有10-15km,可以覆蓋日本全國,為用戶提供24小時全天候定位服務。日本CORS起初主要用於高精度監測地殼運動,組成了日本全國範圍內的大地控制網點。測量用戶可以通過獲取系統各基準站的觀測數據進行高精度的事後定位。該系統同時還提供網絡RTK服務及差分GPS服務,其中VRS-RTK服務已完全實現了商業化。日本CORS目前已廣泛用於地震監測、工程測量、變形監測、天氣預報和氣象監測等眾多領域。

陸態網是由國家地震局、國家氣象局、國家測繪局和教育部等部門聯合組建的,是我國目前最大的CORS系統網絡,由基準站網絡系統、區域網絡系統和數據系統三部分構成,基準站網絡系統是其主幹框架,由260個連續運行衛星觀測參考站組成,區域網是主要由陸態網起初原本有的地面站及非連續運行衛星參考站組成,國家數據共享系統和控制中心聯合組成了陸態網的數據系統。陸態網主要以全球定位衛星導航系統觀測為主,結合VLBI及SLR等空間技術和精密水準及重力等多種測量技術手段,構建了覆蓋我國大陸的高精度的觀測網絡,目前主要用於監測我國大陸的地殼運動及時空變化、電離層離子濃度和對流層水汽含量變化等等。

湖北省北鬥地基增強系統是由湖北省測繪局牽頭,聯合湖北省氣象局和武漢大學共同構建的,是我國建立的第一個省級北鬥地基增強系統網絡,是基於北鬥的連續運行衛星導航定位服務系統。北鬥地基增強系統現已有30個北鬥衛星系統連續運行基準站,該系統網絡由基準框架網網絡系統和區域網網絡系統構成,基準框架網均勻分布在湖北省全省境內,向全省用戶提供米級導航服務,區域網主要分布在湖北省中部,向用戶提供高精度釐米級實時定位服務和導航服務。

深圳CORS是我國建立的第一個城市定位和導航綜合服務的CORS系統,是深圳市獲取空間數據的最為重要基礎設施。深圳區域的SZCORS已有基準站共5個,分別是大鵬站、石巖站、建藝站、龍崗站、南山站,均基於政府專網、利用硬體防火牆VPN技術構建了SZCORS控制中心的穩定的通訊網絡。

SZCORS是接受GPS和GLONASS衛星信號的雙系統模式,採用的網絡RTK計算軟體為美國天寶公司的GPSNET軟體,目前仍然在運行,SZCORS可綜合應用於大地及工程測量、氣象、地震及地面沉降監測、高精度導航等領域。

2015年1月,馬斯克宣布了SpaceX的衛星網際網路服務計劃。SpaceX計劃將約1.2萬顆通信衛星發射到軌道,這一項目被命名為「星鏈」。我們為什麼想不到發展這個呢?

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