BDS/GPS双系统组合GBAS性能评估

随着BDS、GPS、GLONASS和Galileo四大系统的逐步部署完善，多频多模组合导航将会在一定程度上优化卫星的空间几何分布，从而进一步提高导航定位精度[1-3]。同时随着国际民航组织(International Civil Aviation Organization，ICAO)提出地基增强系统(ground-based augmentation systems，GBAS)以来，增强技术正在逐步走向成熟。虽然单系统及单纯的组合导航能够在一定程度上增加导航定位精度，但是在民航应用中，对于飞机的安全性能不能提供有效保障。为保障系统安全性，ICAO提出精度、完好性、连续性和可用性四项指标为系统的安全性能提供指导[2]。其中完好性作为GBAS系统中保障飞机实时安全性的重要标准，当飞机飞行过程中出现故障时，能够提供实时的预警和告警。魏二虎等在北斗+GPS组合单点定位精度评价与分析中得出了组合系统单点定位稳定度和精度好于单系统的研究成果[1]。为了研究分析分别采用BDS、GPS、BDS/GPS三种组合方式的GBAS性能，本文采用莱特公司BDS/GPS/GLONASS三系统高精度导航接收机作为参考接收机进行数据采集，采用自主研发的GBAS上位机系统进行完好性解算。地面系统首先采用载波相位动态实时差分(real-time kinematic，RTK)技术对伪距误差校正量进行精确修正，能够提高定位效率和精度[4-6]。

本文针对BDS/GPS组合导航对GBAS完好性改善状况进行研究，通过对精度因子(dilution of precision，DOP)、无故障情况下的垂直保护级VPLH0和有一个接收机存在故障情况下的垂直保护级VPLH1进行对比分析，以期能够发现提高GBAS性能的最佳方法，并为今后的研究应用提供参考。

1 BDS/GPS组合RTK解算

在组合定位中，时间和坐标系的统一是试验的前提。在BDS和GPS设计中采用了不同的坐标系，GPS采用WGS-84坐标系；BDS采用的是CGC2000坐标系。文献[3]的基于时空系统统一的北斗与GPS融合定位研究中指出，两种坐标系对纬度和高程的差异仅为0.105 mm，经度方面则没有差异。由于这两种坐标系尺度、原点、定向及其定义完全一致，且二者定位误差仅为厘米级，因此对于组合定位解算没有明显的影响，故在研究中将两者视为同一坐标系计算[3-7]。

每到夏季，尤其是高温持续时节，南部高山冰雪消融，流水顺冲洪积扇裙而下，扇地下游则满滩为水，无处不有，水深≥50cm，积水成灾，水流夹杂淤泥，覆田淹草，淤泥厚度有时达到15cm，作物难以安全生产。

GNSS载波相位定位方程式为

(1)

作者简介：王营，女，汉族，江苏徐州人，南京机电职业技术学院，讲师，硕士研究生，研究方向：思想政治教育。

随着BDS全球布局的完善，在GNSS精密导航领域，BDS与世界其他多个导航卫星系统的组合应用将会为用户提供更好的体验，同时将成为未来研究应用的重点方向。

(2)

式中，C表示周；S表示周内秒。

式中，θ和α分别为卫星i的方位角和仰角；σi为GBAS系统中卫星i的误差测量值。

通过TestFunc_AD()函数将采集的数据存储于缓冲区static double* m_pAIVal[32]中。信号的实时监控采用异步定时器timer=NewAsyncTimer(0.1,-1,1,Signal_Test,NULL)实现，刷新周期为100ms。

(3)

式中，α为λ的对角矩阵；dX为三维坐标改正向量；β为与dX对应的系数矩阵；ΔN为载波相位模糊度向量；ΔL为常数向量。

本文介绍了BDS/GPS组合RTK方法与GBAS完好性监测方法，并采用实测数据对BDS、GPS、BDS/GPS组合三种方式分别作为GBAS导航源情况下的系统性能进行了仿真对比分析，得出如下结论：

(4)

式中，ΔΦ(t)为t时刻参考接收机A、B、C对卫星i的RTK校正值。此值主要用于GBAS保护级计算中完好性B值的计算和飞机位置的差分校正。

2 GBAS保护级计算

GBAS保护级能够为飞机进近和着陆提供良好的安全预警方案。其中保护级的求解包括两部分：垂直保护级(VPL)和水平保护级(LPL)。由于在垂直方向具有更高的安全系数要求，因此VPL的研究显得更为关键。VPL是根据系统的剩余误差创建的一个可接受的误差边界。VPL的计算参数包括来自地面子系统的SIS完好性数据，机载系统通过将VPL与GBAS着陆水平(GBAS landing level，GLS)规定的垂直告警极限(vertical alarm limit，VAL)作比较，当VPL超过VAL时，系统给予及时告警[8-14]，防止导航定位瞬时误差过大对飞机的飞行造成安全隐患。

《20世纪中国文学大师·诗歌卷》中评论北岛的诗歌艺术是这样说的：“北岛坚持了诗的独立品格，以现代诗学意识改造被腐化的中国诗学，将西方现代艺术的蒙太奇、变形等手法纳入诗学范畴，推进了中国现代诗在沉睡30年后的复活与繁荣，丰富了现代诗的表现手法，为中国现代诗重返世界文学格局提供了积极的努力，北岛是20世纪中国现代诗承上启下，走向未来的有力的一环，一座不可忽略的里程碑”（张同道等：《独自航行的岛》，载《20世纪中国文学大师·诗歌卷》）。

VPL由无故障假设H0和有一个接收机故障假设H1的最大值决定。其中H0情况下的VPL为

(5)

式中，Kffmd为无故障漏检概率系数；VFOMH0为垂直误差残差的标准差，其由以下GBAS误差模型求得

(6)

图2为BDS、GPS及BDS/GPS组合三种情况下不同的DOP值。由于在试验区域BDS卫星数目多于GPS卫星数目，使得卫星空间几何构型较好。因此BDS的HDOP、PDOP、GDOP值在一定程度上优于GPS，但BDS的VDOP、TDOP与GPS相当。在五项DOP参数上，BDS/GPS组合系统性能均优于BDS和GPS单系统性能，这是因为组合后的卫星数目加倍，从而在一定程度上增强了卫星星座的空间几何构型，降低了DOP值。但三种情况下均满足PDOP<3的情况，即对于定位需求不苛刻的情况下，均能满足日常要求。

(4)外商投资企业人均产值高。2017年河北省持证矿山企业人均产值首位是外商投资企业157.5万元，其次是有限责任公司36.05万元，第三是股份有限公司32.04万元，第四是国有企业26.74万元，其他企业类型人均产值均未超过18万元。

S=

(7)

Svert,i=Sv,i+Sx,i·tan(GPA)

(8)

式(7)中，矩阵S可以通过最小二乘法计算得到；G为几何矩阵；W为权重矩阵。式(8)中，GPA为飞机进近着陆时的下滑角，在民航中，通常GPA=3°[8]。

(9)

(10)

对载波相位观测方程进行简化后可得如下方程

式中，下标BDS与GPS分别表示此值为北斗或GPS的相关参数；Φ为载波相位观测值；λ为波长；R为伪距观测值；c为光速；T为对流层误差值；I为电离层误差值；N为载波相位的整周模糊度；ε为系统随机误差。

VPLH1=MAX{VPLH1[j]}

(11)

式中，VPLH1[j]为第j个接收机故障时的垂直保护级

(12)

式中，B[i,j]为第i卫星与第j个接收机对应的B值；Kmd为有一个参考接收机故障时的概率系数为第i颗卫星的总定位误差。

其中式(12)中的B值为多参考一致性监测(multiple reference consistency check，MRCC)的参数，它表征了GBAS地面端多个参考接收机之间误差的一致性水平，其能够有效识别由系统故障引起的较大的校正量误差，保证系统伪距校正量的真实性，其计算公式为

(13)

式中，Mi为参考接收机个数，试验中Mi=3。

脑卒中是临床上较为常见的一种疾病，这种疾病会导致患者出现残疾，有研究认为大约存在有3/4的患者存在不同程度的丧失劳动能力和生活自理能力的情况[1-2]。所以对于脑卒中患者进行介入系统规范的作业治疗是一种十分重要的治疗方法，现如今国内开展作业治疗普遍局限于对于患者的肢体功能的恢复，并没有针对患者所处的环境和患者个人能力因素等进行干预，而且也不具备有针对性的个性化治疗方案和相关的指导[3]。本研究基于此分析将ICF理念和患者结为一体，从患者的个人因素等角度出发，为患者设计针对性的作业治疗方案，以便于对患者的日常生活能力进行改善，现将主要研究情况报告如下。

3 数据处理与分析

仿真数据采集采用常州莱特公司定制的GPS/BDS/GLONAS三系统八频载波相位接收机。单点定位精度(RMS)为1.5 m，差分定位精度为0.4 m。数据采集地点为教学楼天台，无遮挡情况。观测时间为2017-06-28下午17：00:00至18：00:00，采样时间间隔为1 s，采样方式为多通道同时采样同时处理。

图1所示为BDS、GPS及BDS/GPS/GLONASS卫星在采样时间内所能观测到的卫星数目变化曲线。近年来，随着BDS发射步伐的加快，在观测过程中BDS卫星的数据最多时为12颗，最少时为10颗。GPS卫星数目最多时为10颗，最少时为9颗。能够接收到的导航卫星总数位于24～28颗之间。试验采集区域BDS卫星数目多于GPS卫星数目。

式中，Svert,i为垂直方向投影矩阵中的变量由GBAS中第i颗卫星的误差求得。

图1 可见卫星数

图2 DOP值随历元变化

垂直保护级影响因素包括两个部分：无故障情况下的保护级VPLH0和有一个接收机故障情况下的保护级VPLH1。其中VPLH0与相关定位误差紧密相关，VPLH1同时受B值和定位误差参数影响。由图3与图4可以看出GPS单系统VPL性能与BDS单系统VPL性能接近，甚至在一定程度上略优于BDS单系统VPL性能。BDS/GPS组合GBAS系统的VPL优于BDS单系统或GPS单系统。同时，BDS、GPS、BDS/GPS三种方式解算的结果均小于RTCA定义的GLS CAT Ⅱ/Ⅲ类的VAL(VAL=5.3 m)值，故均能满足民航CAT Ⅱ/Ⅲ精密进近对完好性的要求。

4 结 语

参考接收机的载波相位测量值与真实距离作差得到的RTK校正值为

(1) 由于所测区域BDS卫星数目及空间分布较好，BDS的DOP值接近甚至优于GPS；BDS/GPS组合的DOP明显优于单系统DOP。

图3 无故障情况下的垂直保护级VPLH0

图4 一个接收机故障情况下的垂直保护级VPLH1

(2) BDS的完好性VPL性能接近GPS,但在一定程度上略差于GPS；BDS/GPS组合VPL性能优于单系统性能；且测试全程中，BDS、GPS、BDS/GPS组合3种方式解算出的VPL均能满足CAT Ⅱ/Ⅲ类精密进近对完好性的要求。

(3) 通过上述分析说明BDS/GPS双系统组合在GBAS局域增强方面具有比单系统更强的优势。

由于BDS采用BDS时(BDT)，GPS系统采用GPS时(GPST)。根据2种时间系统之间的差异，2种系统的时间误差存在以下关系[1,3]

观察并比较绩效考核对护士工作积极性的影响。在自我管理、护理质量以及考核评分方面采用百分制对各护士进行评分。而护理满意度由各个病房的患者对其评分,总分5分,评分越高,说明满意度越高。

云南省曲靖市麒麟区某水库位于南盘江右岸一级支流白石江上，控制流域面积18.3km2，水库总库容401万m3，兴利库容357万m3，是一座以灌溉、防洪为主，兼有城市供水等综合效益的小（1）型水库。工程等别为Ⅳ等，主要水工建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级。除险加固防洪设计标准为：挡泄水建筑物按30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。正常水位1941.23m，死水位1921.73m，设计洪水位1 941.77 m，校核洪水位1 942.57 m，汛限水位1 939.23 m。

参考文献：

时下，许多年轻人都喜欢在办公桌上或床头陈列玩偶。表情包公仔作为他们日常熟悉常用的形象，尤其受到欢迎。今年4月，一家表情包出品公司与淘宝上的家居卖家合作，授权家居卖家生产表情包衍生品，成交额接近100万元。一个月以后，他们又与一家乳业公司合作，授权使用其创作的表情包印刷牛奶包装盒上，授权收益超80万元。此外，表情包玩偶的淘宝店也实现了30万元的营业额。

[1] 魏二虎,刘学习,刘经南.北斗+GPS组合单点定位精度评价与分析[J].测绘通报,2017(5)：1-5.

ACS的主要发生机制为易损斑块破裂，导致血管痉挛和（或）血栓形成，引起冠状动脉狭窄程度急剧加重或闭塞［3］。ACS伴严重心力衰竭多为老年、女性或大面积心肌梗死患者，且多合并糖尿病、冠脉多支病变。与药物治疗相比，ACS患者及时进行血运重建治疗，尽早恢复心肌血液供应，能够减少不良心血管事件的发生，提高患者术后1年和3年生存率，改善患者预后［4］。

[2] 王琳琳.基于GPS/BDS的Ⅱ/Ⅲ类陆基增强系统导航精度和完好性研究[D].天津：中国民航大学,2015.

不断缩小国家间的差距，不断缩小城乡之间、不同人群之间的差距，力求到2020年实现我国“公民具备科学素质的比例超过10%”的目标，还任重而道远。对中国而言，实现创新发展、建设创新型国家，既需要一批有建树的科学家，更应该让越来越多的人具备科学素养，学会“像科学家一样思考”。

[3] 高星伟,过静珺,程鹏飞,等.基于时空系统统一的BDS与GPS融合定位[J].测绘学报，2012,41(5):743-748,755.

[4] 王世进,秘金钟,李得海,等.GPS/BDS的RTK定位算法研究[J].武汉大学学报(信息科学版)，2014,39(5):621-625.

[5] 楼益栋,龚晓鹏,辜声峰,等.GPS/BDS混合双差分RTK定位方法及结果分析[J].大地测量与地球动力学,2016，36(1):1-5.

[6] 周万振,秘金钟,李得海,等.BDS/GPS伪距差分改正数3种内插方法的比较[J].导航定位学报,2017,5(2):79-85.

[7] 段举举,沈云中.GPS/GLONASS组合静态相位相对定位算法[J].测绘学报,2012,41(6):825-830.

[8] FELUX M，DAUTERMANN T，BECKER H.GBAS Landing System—Precision Approach Guidance after ILS[J].Aircraft Engineering and Aerospace Technology，2013，85(5)：382-388.

[9] JEONG M S,BAE J,JUN H S,et al.Flight Test Evaluation of ILS and GBAS Performance at Gimpo International Airport[J].GPS Solutions.2016,20(3):473-483.

[10] RTCA.Minimum Aviation System Performance Standards for the Local Area Augmentation System (LAAS)[S].[S.l.]：RTCA，2004：15-17.

1.4 统计学方法 应用SPSS 22.0统计学软件进行数据分析，计量资料服从正态分布用均数±标准差表示，独立样本多组间比较采用单因素方差分析，重复测量资料的比较采用重复测量资料的方差分析，多均数两两比较采用SNK-q检验，计数资料比较采用χ2 检验。P<0.05为差异有统计学意义。

[11] ICAO.GBAS CAT Ⅱ/Ⅲ Development Baseline SARPs[EB/OL].[2017-05-18].docplayer.net/29679842-Gbas-cat-T1-iii-development-baseline-sarps.html.Draft proposed changes to Annex 10,Volume I，May，2010.

[12] 牛飞.GNSS完好性增强理论与方法研究[D].郑州:解放军信息工程大学,2008.

[13] 刘军，王晶晶，唐剑,等.GBAS中相位平滑伪距差分修正改进算法[J].东北大学学报(自然科学版),2016，37(9):1241-1244.

[14] 李亮.路基增强系统定位与完好性检测技术研究.哈尔滨[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2012.