卫星导航增强系统及发展现状卫星导航增强系统是卫星导航系统建设中的一项重要内容，堪称卫星导航系统的“能力倍增器”。

目前的卫星导航系统尽管已经在各个民商用领域应用广泛，并且成为各大强国发展所不可或缺的一环，但由于技术和系统的局限性，在某些领域如航空精密进近等仍无法满足需求，需要增强系统将其能力加以提升。

从目前全球卫星导航系统发展的大趋势看，从前的美国 GPS 系统“一家独大”，已经由于俄罗斯 GLONASS、中国北斗、欧洲伽利略的崛起，向着“四分天下”发展。

甚至未来可能还会有印度、日本等国家的区域系统出现，那时全球 GNSS 将是“群雄逐鹿”的局面，系统间的竞争将愈加激烈。

如何能够突破重围，在竞争中立于不败之地？本文认为系统服务性能将是制胜关键，而作为系统能力倍增器的增强系统将是实现这一能力的重中之重。

目前，国外卫星导航增强系统主要分为星基增强系统（SBAS）和地基增强系统（GBAS）两大类。

星基增强系统如美国的广域增强系统（WAAS）、俄罗斯的差分校正和监测系统（SDCM）等，地基增强系统如美国的局域增强系统（LAAS）等。

这些系统综合使用了各种不同增强效果的导航增强技术，最终实现了其增强卫星导航服务性能的目的。

从增强效果上看，这些增强系统所使用的卫星导航增强技术主要包括精度增强技术、完好性增强技术、连续性和可用性增强技术。

其中，精度增强技术主要运用差分原理，进一步可分为广域差分技术、局域差分技术、广域精密定位技术和局域精密定位技术；完好性增强技术主要运用完好性监测原理，进一步可分为系统完好性监测技术、广域差分完好性监测技术等等。

连续性和可用性增强技术主要是增加导航信号源，进一步可分为天基卫星增强技术、地基伪卫星增强技术等。

当前卫星导航增强系统所采用的各种增强技术分类见下表。

以下主要从星基增强系统和地基增强系统这一分类角度，对于目前国外卫星导航增强系统的发展情况进行简要介绍。

表 1 当前卫星导航增强系统所采用的增强技术分类一、星基增强系统及应用发展星基增强系统（SBAS）通过地球静止轨道（GEO）卫星搭载卫星导航增强信号转发器，可以向用户播发星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息，实现对于原有卫星导航系统定位精度的改进，从而成为各航天大国竞相发展的手段。

目前，全球已经建立起了多个SBAS 系统，如美国的广域增强系统（WAAS）、俄罗斯的差分校正和监测系统（SDCM）、欧洲的欧洲地球静止导航重叠服务（EGNOS）、日本的多功能卫星星基增强系统（MSAS）以及印度的 GPS 辅助静地轨道增强导航系统（GAGAN）。

上述 SBAS 系统的工作原理大致相同。

首先，由大量分布极广的差分站（位置已知）对导航卫星进行监测，获得原始定位数据（伪距、卫星播发的相位等）并送至中央处理设施（主控站），后者通过计算得到各卫星的各种定位修正信息，通过上行注入站发给 GEO 卫星，最后将修正信息播发给广大用户，从而达到提高定位精度的目的。

美国广域增强系统广域增强系统（Wide Area Augmentation System，简称 WAAS）是由美国联邦航空局（FAA）开发建立的一个主要用于航空领域的导航增强系统，该系统通过 GEO 卫星播发 GPS 广域差分数据，从而提高全球定位系统的精度和可用性。

美国 WAAS 利用遍布北美和夏威夷的地面参考站（Wide-area Reference Station，WRS）采集 GPS 信号并传送给主控站（Wide-area Master Station，简称 WMS）。

WMS 经过计算得出差分改正（Deviation Correction，DC）并将改正信息经地面上行注入站传送给 WAAS 系统的 GEO 卫星。

最后由GEO 卫星将信息播发给地球上的用户，这样用户就能够通过得到的改正信息精确计算自己的位置。

图 1 WAAS 发展阶段部署与 GEO 卫星时间表图 2 WAAS 系统组成示意图WAAS 系统的发展可分为 4 个阶段（图 1）：第 1 阶段为初始运行能力阶段（IOC），其研发始于 20 世纪 90 年代，2003 年 7 月 10 日完成，实现 WAAS 信号对 95%的美国领土的覆盖，动态定位水平精度 3~5m，垂直精度 3~7m。

第 2 阶段（2003 年—2008 年）和第 3 阶段（2009 年—2013 年）将实现 WAAS 系统对航空进场着陆能力的改善，通过 WAAS 实现飞机的 LPV（垂直指引功能定位信标）和 LPV-200 能力，可以使飞机在不具备仪表着陆系统（Instrument Landing System，ILS，又译为仪器降落系统，是目前应用最为广泛的飞机精密进近和着陆引导系统。

它是由地面发射的两束无线电信号实现航向道和下滑道指引，建立一条由跑道指向空中的虚拟路径，飞机通过机载接收设备，确定自身与该路径的相对位置，使飞机沿正确方向飞向跑道并且平稳下降高度，最终实现安全着陆）的飞机场仍可实现类似于仪表着陆的高安全性着陆。

而开通 LPV-200 认证的飞机能够使降落判决最小高度降低至200 英尺，从而提高了跑道的可用性。

第 4 阶段（2014—2028 年），WAAS 系统将增加 L5 频段信号，并实现 L1 和 L5 的双频跟踪能力。

按照计划，此项能力将在 2019 年左右初步实现。

在WAAS 建立之初，其空间段由两颗国际海事卫星 Inmarsat-3-F4 (西太平洋地区 AOR) 和Inmarsat-3-F3 (太平洋地区，POR)组成，两颗 GEO 卫星的轨道分别位于西经 133°和西经107°。

现在，这两颗卫星已经分别被另外两颗 GEO 卫星所取代，即国际通信卫星有限公司（Intelsat）的商业卫星 Galaxy-15 以及加拿大的通信卫星 Anik–F-1R。

此外，2010 年末国际海事卫星 Inmarsat-4-F3 成为了WAAS 系统的第三颗 GEO 卫星，轨道为西经 98°。

二、俄罗斯差分校正和监测系统自 2002 年起，俄罗斯联邦就开始着手研发建立 GLONASS 系统的卫星导航增强系统——差分校正和监测系统（SDCM）。

SDCM 将为GLONASS 以及其他全球卫星导航系统提供性能强化，以满足所需的高精确度及可靠性。

系统由25 个地面监测站组成，其中19 个位于俄罗斯境内，6 个位于俄罗斯境外（含南极三个），1 个位于莫斯科的控制中心和 3 颗地球静止轨道卫星组成，数据播发方式除 GEO 卫星链路广播外，还可通过互联网、电视通道和蜂窝网络向用户实时提供GLONASS、GPS 的差分校正信息（完好性信息、广域和局域差分改正数据）。

和其他的卫星导航增强系统类似，SDCM 也是利用差分定位的原理，该系统主要由 3 部分组成：差分校准和监测站、中央处理设施以及用来中继差分校正信息的地球静止轨道卫星。

三、日本多功能卫星星基增强系统日本的多功能卫星星基增强系统（MSAS），是基于 2 颗多功能卫星的GPS 星基增强系统，主要目的是为日本航空提供通信与导航服务。

系统覆盖范围为日本所有飞行服务区，也可以为亚太地区的机动用户播发气象数据信息。

该项目由日本气象局和日本交通部于 1996 年开始实施。

MSAS 的空间段由两颗多功能传输卫星（MTSat）组成，他们是日本发展的地球静止轨道气象和环境观测卫星——“向日葵”（Himawari）卫星的第二代。

MTSat 是日本国土交通省（MLIT）和日本气象厅共同出资发展的气象观测与 GPS 系统导航增强卫星。

除了为日本气象厅提供气象服务外，还为日本民航局（JCAB）执行航空运输管理和导航服务。

美国劳拉空间系统公司是 MTSat-1/1R 卫星的主承包商，日本三菱电机公司是 MTSat-2 卫星的主承包商。

截至目前，在轨运行的卫星包括 MTSat-1R 和 MTSat-2，分别位于东经140°和145°上，采用 Ku 频段和 L 频段两个载波，其中 Ku 频段主要用于播发气象数据，L 频段频率与 GPS L1 频段相同，主要用于导航服务。

MSAS 系统的地面段包括：2 个主控站分别位于神户和常陆太田，4 个地面监测站（GMS）分别位于福冈、札幌、东京和那霸，2 个监测测距站（MRS）分别位于夏威夷和澳大利亚。

四、印度 GPS 辅助静地轨道增强导航系统印度的 GPS 辅助静地轨道增强导航系统（GAGAN）是由印度空间组织（ISRO）和印度航空管理局（AAI）联合组织开发。

GAGAN 系统的空间段由 3 颗位于印度洋上空的 GEO 卫星构成，采用 C 频段和L 频段，其中 C 频段主要用于测控，L 频段与 GPS 的L1（1575.42MHz）和 L5（1176.45MHz）频率完全相同，用于播发导航信息，并可与 GPS 兼容和互操作。

空间信号覆盖整个印度大陆，能为用户提供 GPS 信号和差分修正信息，用于改善印度机场和航空应用的GPS 定位精度和可靠性。

按计划， GAGAN 空间段的 3 颗 GEO 卫星分别为“ 地球静止卫星”（Geosynchronous Satellite，GSAT）系列的 GSAT-8、GSAT-10 以及 GSAT-15。

“地球静止卫星”是印度自主发展的静止轨道通信卫星系列，是印度国家卫星系统两大系列之一，由印度空间研究组织研制，并计划采用印度自己的“地球同步卫星运载火箭”（GSLV）发射。

目前，GAGAN 系统空间段计划使用的三颗 GEO 卫星已经发射了两颗：第一颗搭载 GAGAN 载荷的卫星 GSAT-8 于 2011 年 5 月发射，目前正工作在东经 55？的轨道上；第二颗搭载 GAGAN 载荷的卫星 GSAT-10 于 2012 年 9 月 28 日发射，目前正工作在东经 83 度的轨道上；最后一颗GSAT-15 计划于 2015 年发射。

五、地面增强系统及应用发展广域增强系统发展分两步走，提供精密进场能力局域增强系统（Local Area Augmentation System，LAAS）是一种能够在局部区域内提供高精度GPS 定位的导航增强系统。

其原理与广域增强系统（WAAS）类似，只是用地面的基准站代替了WAAS 中的GEO 卫星，通过这些基准站向用户发送测距信号和差分改正信息，从而实现飞机的精密进场。

如图 4。

图 3 局域增强系统（LAAS）系统示意图精密进场是飞机飞行过程中最为关键的阶段，根据要求的不同，精密进场可分为三个级别：CAT I、CAT II 和 CAT III。

WAAS 只能满足 CAT I 类精密进场的性能要求，对于难度更大、性能要求更加严格的 CAT II 和 CAT III 类精密进场，必须采用 LAAS 方式。