国外连续运行参考站系统发展与启示.doc
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1、国外连续运行参考站系统发展与启示李川章, 向才炳 边少锋(海军工程大学导航工程系)(中国人民解放军第 部队)武汉天津摘 要 文章介绍了国外主要的几个连续运行参考站系统的建设和发展情况,重点介绍了美国的 ,德国的 ,日本 的 ,欧洲的 以及国际 服务()的系统发展、现状以及其各自提供的应用和服务情况,结合我国 的建设和发展情况,提出了我国 建设存在的一些问题。 关键词 卫星导航;连续运行参考站 中图分类号 , (, )(, ) , , , , 服务手 段 即 可 实 时 定 位 服 务。 德 国 的 和 日 本 的 建设密度较大,其用户均可以利用实时载波相位差分、网络 技术得到实时高精度定位服务
2、。 美国 连续运行参 考 站 系 统(: )是 由 美 国 国 家 测 绘 局 ()管 理 的 全 球卫星定位系统()参考站网络系统。 该系 统 向 用 户 提 供其参考站网的导航卫星信号的载波相位和码伪距观测数 据、参考站坐标、参考站移动速率矢量、星历、参考站气 象数据等,以支持在美 国 全 境 及 其 他 一 些 国 家 和 地 区 的 三 维定位、气象观测以及地球物理的相关应用。用户均可以使用 提供的数据以提高其定位 精度,使用 数据进 行 事 后 精 密 定 位 可 以 使 用 户 在 国 家空间参考系下的水平和垂直定位精度提高到厘米级甚至 亚厘米级。参考站网络是一个多 用 途 的、合
3、 作 性 的 网 络,参 考站主要由政府部门、学 术 研 究 机 构 以 及 一 些 私 人 机 构 建 设,各参考站都是由其所有者独立运行和维护的,各建站的 组织机 构 均 与 共 享 其 观 测 数 据,而 则 负 责 对 全 网的 观测数据进行分析和免费发布。 到 年底, 已拥有 多个不同机构合作加入的 参考站网络数 量超 过 个 的 参 考 站 站 点,而 且 这 个 数 目 还 会 持 续 增引言连续 运 行 参 考 站 系 统 (: )是在一定的区域范围内建立若干 永 久 性 的连续 运 行 的 参 考 站,通 过 网 络 互 联 而 构 成 的 网 络 化 服 务 系 统,以 向
4、 测 绘 部 门、科 研 机 构、商 业 用 户 以 及 其他个人用户提供 连 续 高 精 度 的 定 位 服 务。 已经成为一个国家的 数 据 空 间 基 础 设 施,在 社 会 各 行 业 如 基础测绘、市政建设、国土资源调查、工程施工、交通运输管 理、气象观测、地质灾 害 监 测、抢 险 救 灾 等 诸 多 行 业 领 域 得 到了广泛的应 用,满 足 其 对 位 置、导 航 以 及 时 间 的 精 确 需 求。 国外的政府组织和测绘研究机构在 世纪 年代 就开展了 系统的研究和建设,在 的理论、基础 设施建设、系统自动化 管 理、数 据 采 集、处 理 和 分 发 等 诸 多 方面均取
5、得了令人瞩目的成果,同时也得到了较好的应用。国外连续运行参考站系统现状随着 技 术、计 算 机 技 术、网 络 和 通 信 技 术 的 发 展,建立连续运行参考 站 系 统 取 代 传 统 的 静 态 定 位 控 制 网 是今后测绘与实时导航定位的发展趋势。 本节主要介绍国 外有代表性的国家 系统,如美国的 、德国 的 和 日 本 的 。 在 美 国 的 东 部 区 域,大部分站点实现了实时的数据传输,仅需要建立必要的 收稿日期: 年 月 日,修回日期: 年 月 日基金项目:国家自然科学基金(编号:,); 计划资助(编号:)。作者简介:李川章,男,硕士研究生,研究方向:连续运行参考站技术。 向
6、才炳,男,博士 研究生,研究 方向:精密定位 与相对 定位 技术。边少锋,男,博士,教授,研究方向:海洋物理场匹配导航。 年第 期舰 船 电 子 工 程加。参考站在美国本土的分布如图 所示。 采用的参考系是欧洲大地参考系()。 可 以 提 供 几 类 不 同的定位服务:) 实 时 定 位 服 务 ( )。 可 以 向 用 户 提供定位精 度 为 的 实 时定位服务。 其 码 差 分 改 正 数 据 可以通过 频段无线电 发 送,图德国 参考站分布图图 美国本土的 站点分布图(右下角为阿拉斯加州)除美国本土以外,美 国 还 在 一 些 海 外 国 家 和 地 区 如 加 拿大、墨 西 哥、萨 尔
7、 瓦 多、洪 都 拉 斯、牙 买 加、巴 西、伊 拉 克、 阿富汗建立了 参考站。美国 建设的任务有以下几方面。)使全部美国 领 域 内 的 用 户 能 更 方 便 的 利 用 该 系 统来达到 级水平的定位与导航。)促进用户利用 来发展 。)监测地壳变形。)支持遥感的应用。)分析大气中的水汽分布。)监测电离层中自由电子浓度和分布。 参 考 站 的 观 测 数 据 可 以 通 过 下 载,还提供的如下的数据和服务:)参考站坐标信息。 采 用 的 全 球 参 考 坐 标 系 是 坐 标 系,采 用 的国家大 地 坐 标 系 为 ()坐 标 系。 提 供 的参 考 站 数 据 包 括 参 考 站
8、分 别 在 坐 标 系 和 ()坐标系下的参考站三维坐标和三维速度向量。)参考站日志参考站日志文件记录了相应参考站的接收机和天线的 品牌型号、参考站的大致位置、所有人及运行机构。 参考站 日志文件所记录的参 考 值 位 置 只 是 其 大 致 位 置,欲 获 得 其 精确位置仍需下载使用精确参考站坐标。)天线校准参数提供经过 使用验证过的各品牌、型号的 接收机的天线相位中心校准参数。)提供在线定位服务(: )。提 供 在 线 测 量 解 算 服 务。 用 户 上 传 自 己 接收机的原始观测数 据,并 提 供 相 应 的 天 线 类 型 和 天 线 高 参数,就可以免费 得 到 经 处 理 的
9、 结 果,从 而 使 用户的测量数据的处理工作变得简单。)实时 服 务。 实 时 服 务 向 授 权 用 户 提供 定位服务。 德国 德 国 卫 星 定 位 服 务 (: )是德国国家测量主管部 门联合德国测量、运输、建筑和国防等多个部门建立的一个 长期连续运行的差分 定位和导航服务系统。 建立的目的是用统一的标准和规范指导和建设全部德国范 围内 参考站,为政 府 相 关 部 门 和 其 他 相 关 用 户 提 供 统一规范的差分 服务。 系统目前建有 个永久 参考站,覆盖 德 国 全 境,站 间 距 离 为 ,也可以使用 格式数据通过 网络或带宽的无线电发送给用户。适用于车载导航、舰船 导航
10、、海洋水文、以及其他类似定位精度 要 求 的 导 航 定 位应用。)高 精 度 实 时 定 位 服 务 ( )。 可以提供水平,垂直 的 高 精 度 定位服务。 其载波 相 位 差 分 改 正 参 数 使 用 格 式 数 据通 过 网 络 或 带 宽 的 的 无 线 电 发 送 给 用 户, 参考站网采 用 区 域 改 正 参 数 方 法 ()减 小 距 离 相关误 差,从 而 提 高 用 户 的 定 位 精 度 和 可 靠 性。 可以使用在工程测绘、地籍测绘、高精度 应用以 及其他对精度要求较高的应用领域。)高 精 度 大 地 定 位 服 务 ( )。 是针对高精度大地测量提供的一种事 后
11、高 精 度定位服 务,可 以 使 定 位 精 度 优 于 。 提 供的参考站观测数据均采用 格式,数据可以通过 或 等途径获取。以的频率存储观 测数据,这些观测数据 可 以 被 临 时 存 储 至 少 天,而 最 终 被永久保存的是采 样 间 隔 的 载 波 相 位 观 测 数 据。 可以根据用户的使用需求,提 供 采 样 频 率 高 于 的 参考站载波相位观测数据。 可以 应 用 于 航 空 摄影测量、激光扫描测 量、基 础 大 地 测 量、德 国 国 家 参 考 系 建立和维持、地球动力学等相关领域。是德国国家空间数据基础设施,使德国 实 现 了 远距离高精度的导航定位。 随着欧洲 系统的
12、建 设,卫星导航定位的精度、可用性和完好性等性能将得到进 一步的提升。 和 系统的组合适用也将进一 步提高卫星导航的性能,从而进一步提高 系统的服 务性能。 日本 日本是一个地质灾 害 多 发 国 家,因 而 对 地 质 灾 害 进 行 监测和分析显得十分重要。 从 年开始,日本就着手建 立 连续监测 网 络。 在 日 本 东 京 和 东 海 地 区 建 立 了 连 续应力监测 系 统(: ),建有 个高密度覆盖的参考站;在 覆 盖区外的日本其他地区建有包含 个参考站的精密测绘 与地球物理 科 学 区 域 阵 列 (: )。年神户大地震后,日 本 国 土 地 理 院 增 建 了 个 参 考 站
13、,与原有的 和 融 合 升 级 为 地 球 观测网络(:),到 目前为止, 共包含约 个连续参 考 站,平 均 密 度约为,成为目 前 世 界 上 密 度 最 高 的 连 续 参 考系 统 参 考 站 分 布 如 图 所 示。 与 一 样,李川章等:国外连续运行参考站系统发展与启示总第 期站系统,如图 所示。成立的目 的 是 用 统 一 的 标 准 和 规 范 向 欧 洲 提 供 差 分定位服务,扩大服务范围,增 强 服 务 性 能 和 提 高 经 济效益。目前有 名 国 家 的 地 区 会 员 及 观 察 员 成 员, 包括 波 黑、保 加 利 亚、捷 克、爱 沙 尼 亚、匈牙利、拉脱 维
14、亚、马 其 顿、波 兰、 罗 马 尼 亚、俄 罗 斯、塞 尔 维 亚、乌 克 兰、斯洛 伐 克、柏 林、摩 尔 多 瓦、哈 萨 克斯坦、立陶宛和斯洛 文 尼 亚 等 国 家 和地区。系统覆盖了 的 欧盟成员国,超过 的欧洲疆域以图 日本 分布图及其参考站结构 系 统 参 考 站 一 般 为 约 高 不 锈 钢 塔 柱 结 构,在塔柱顶部 放 置 天 线,在 塔 柱 中 部 分 层 放 置 接收机、和 通信设 备,数 据 通 过 网 进 入 设 在筑波的国土 地 理 院 数 据 处 理 中 心,然 后 通 过发 布相关数据。 参考站以 的采样速率采集 的 观测数据,这些观测数 据 被 实 时 传
15、 送 至 国 土 地 理 院 进 行 临 时存储,如果没有地震、火山爆发等特殊地质活动需求时这 些数 据 会 在 一 段 时 间 后 被 删 除,最 终 只 有 采 样 间 隔 的 观测数据会被永久保存以进行精确分析。 在完成数据下载 之后,国土地理院每 天 会 计 算 一 次 各 测 站 的 坐 标;在 地 震、 火山显著活动期间,各 测 站 的 坐 标 的 计 算 频 率 会 被 增 加 到 每一次以对地质活动进行有效监测;在最终轨道给 出之后,会对所 有 测 站 的 坐 标 重 新 计 算 以 得 到 更 精 确 的计算结果。 的建立为该 地 区 的 地 震 与 火 山 活 动 监 测
16、分 析、地质板块移动监测、气象检测与预报、 服 务 以 及 其 他相关应用提 供 了 良 好 的 基 础 设 施 条 件。 同 时 还可以为用户提供实时 服务和查分 服务, 的 服 务 已 经 商 业 化,主 要 的 运 作 模 式 是 国土地理院与日本测 量 协 会 之 间 达 成 协 议,国 土 测 量 院 负 责 的运行和维护,向 日 本 测 量 协 会 提 供 数 据;而日本测量协会 负 责 数 据 的 监 控 和 分 发,与 想 要 经营 数据业务 的 公 司 开 展 业 务,从 而 使 其 数据服务实现商业化。除了美国 、德 国 和 日 本 的 之 外,还有很多其他国家和地区也建立
17、了自己的 网络, 如加拿大的加拿大 主 动 控 制 网 络 (: )、澳 大 利 亚 的 悉 尼 市 网 络 等,在此不一一介绍。图 成员国及覆盖范围图及俄罗斯 位 于 亚 洲 的 领 土。服务覆盖范围如图 所示。的主管机构 是 是 执 行 委 员 会 (),同时各会员 国 建 立 各 自 的 国 家 服 务 中 心 ()。 各 负责其国内参考站网的建设和运行维护,保证差分 定位服务的质量和完 好 性,协 调 在 边 境 区 域 的 定 位 服 务 提 供问题,各 的参考站建设情况见表。 表 各 成 员 国 参 考 站 建 设 统 计 表 会员区域面积计划建站数量目前建站数量波黑立陶宛 保加利
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