中国沿海无线电指向标RBN-差分全球定位系统DGPS

中国沿海无线电指向标(RBN)-差分全球定位系统(DGPS) 李鲜枫 摘要：本文重点介绍了中华人民共和国海事局在中国沿海建设的20座无线电指向标-差分全球定位系统台站的情况、主要技术指标和用户如何使用这个系统。 1. DGPS DGPS即差分全球定位系统(Differential Global Position System，简称DGPS)，是在GPS的基础上利用差分技术使用户能够从GPS系统中获得更高的精度。 DGPS实际上是把一台GPS接收机放在位置已精确测定的点上，组成基准台。基准台接收机通过接收GPS卫星信号，测得并计算出到卫星的伪距，将伪距和已知的精确距离相比较，求得该点在GPS系统中的伪距测量误差，再将这些误差作为修正值以 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 数据格式通过播发台向周围空间播发。附近的DGPS用户接收到来自基准台的误差修正信息，以此来修正自身的GPS测量值，从而大大提高其定位精度。图1为DGPS定位原理示意图。 差分技术的基础是: 在同一地区内，GPS缓慢变化的系统误差，包括选择可用性(SA)误差，对基准台及其邻近用户的影响是相同或相近的。应用差分技术可有效地削弱SA、电离层延迟、大气层延迟、星历误差、卫星钟误差，达到米级定位精度。 2. RBN-DGPS RBN-DGPS即无线电指向标/差分全球定位系统(Radio Beacon-Differential Global Position System)，是一种利用航海无线电指向标播发台播发DGPS修正信息向用户提供高精度服务的助航系统，属单站伪距差分。见图2。 RBN-DGPS主要由基准台、播发台、完善性监控台和监控中心组成，见图3。 (1) 基准台 基准台由二台高性能的GPS接收机和二个调制器组成。接收天线安放在位置已精确测定的点上，通过跟踪视野内的所有卫星，计算出相对于每颗卫星的修正信息，按规定格式送至调制器。调制器采用最小移频键控(MSK)(Minimum Shift Keying)调制方式将接收机送来的修正信号调制到无线电指向标载频上(频率283.5～325.0kHz)。 (2) 播发台 播发指向信号，依规定的强度和速率播发DGPS修正信息和指向标状况及基准台状况信息。 (3) 完善性监控台 完善性监控台由导航GPS接收机、指向标接收机和完善性监控计算机组成。其功能为：? 监测GPS系统的完善性和播发的差分修正值的正确性， 监控基准台，? 计算 并登录系统运行数据的统计结果。 (4) 监控中心 监控中心的功能是监测、控制各RBN-DGPS站的工作。 3. 中国沿海RBN-DGPS台链布局 沿海RBN-DGPS规划原则 ⑴ 适应国民经济、国际贸易和社会发展的需要，满足航行在我国主要港口、重要水道和沿岸的海上公众用户、国防、海洋测绘、海洋石油开发、海洋渔业、海洋资源调查、海上交通 安全管理 企业安全管理考核细则加油站安全管理机构环境和安全管理程序安全管理考核细则外来器械及植入物管理 、疏浚、引航等和其它需要高精度导航服务的用户需求，结合 我国国情，根据各海区特点，拓展无线电导航服务领域，采用无线电指向标-差分全球定位系统的成熟技术，充分利用现役无线电指向标站的设施，全面规划，分期实施，在中国沿海建立无线电指向标-差分全球卫星导航系统台链。 ⑵ 依据国际组织有关标准、规定和建议，确定中国无线电指向标-差分全球定位系统技术特性，使沿海无线电指向标-差分全球定位系统国际标准化。 3.2 目标 在国家“九五”计划期间建成中国沿海无线电指向标-差分全球定位系统台链，信号完全覆盖中国沿海领域，成为一种国际标准化、现代化的助航系统，达到九十年代国际水平。 3.3 RBN-DGPS台链布局 根据中国沿海RBN-DGPS总体布局规划，统筹考虑我国航行水域现状，并结合周边国家和地区的情况，海事局计划在“九五”期间分三期在我国沿海地区共建设20座RBN-DGPS台站，按规定强度信号覆盖(或多重覆盖)整个沿海水域和部分陆域。完善性监控台与基准台和播发台同步建设，且同台址。一期台站包括大三山、秦皇岛、北塘、王家麦、大戢山和抱虎角，共6座，已在1996年改造建成。二期台站包括燕尾港、石塘、镇海角、鹿屿、三灶、硇洲和三亚，共7座，已于1998年下半年陆续安装完成。三期台站包括老铁山、成山角、蒿枝港、定海、天达山、防城和洋浦，共7座，在1999?000年陆续建设，计划在2000年底前正式对外开放。台站位置及信号覆盖范围见附图。 中央监控站将于2001年开始建设。 4. 中国RBN-DGPS采用的国际国内标准 为使无线电指向标-差分全球定位系统国际标准化，我国RBN-DGPS采用的国际国内标准包括： ⑴ 美国航海无线电技术委员会104特委会(Radio Technical Commission For Maritime Service Special Committee No.104)(RTCM-SC-104)于1990年颁布的适用于差分卫星导航系统数据格式和接收机接口的推荐标准(2.0版)，1994年该委员会公布的2.1版，增设了一些新的格式内容以支持实时动态(RTK)应用。 ⑵ 美国航海无线电技术委员会104特委会(RTCM-SC-104)1996年公布的差分GPS基准站和完善性监测(RSIM)推荐标准(1.0版)。 ⑶ 1993年美国海岸警卫队公布的DGPS无线电广播标准。 ⑷ 1994年航标和灯塔管理机构的国际组织(IALA)发出的关于全球差分卫星导航系统规划的通函。 ⑸ 1994年国际电联无线电通讯研究组第八小组关于利用无线电信标差分发送全球卫星导航信息的技术特性提出的草案(ITU-RM.823 )。 ⑹ 1998年9月28日发布的中国沿海无线电指向标-差分全球定位系统播发标准 (JT—377)。 5. 中国RBN-DGPS系统主要技术指标 ⑴ 工作频率 依据国际电联划分的海上无线电指向标频率(283.5～325. kHz)范围，RBN-DGPS台站采用单频发射制，播发差分修正信息。台站工作频率见附表。 ⑵ 差分全球定位系统识别码 依航标和灯塔管理机构的国际组织(IALA)分配给我国的基准台和播发台的识别码范围由北向南按区域进行分配，各台站的基准台和播发台的识别码见附表。 ⑶ 单站信号作用距离 差分修正信号： 海上接收场强在75 v/m时，作用距离300公里。 ⑷ 差分信息调制方式和播发类别 我国RBN-DGPS向用户播发的差分信息采用最小移频键控(MSK)调制方式；播发类别为调相单信道数据传送(G1D)。 ⑸ 信号格式和信息类型 信号格式采用RTCM SC-104信号格式标准，信息类型为9-3、16。视需求，适时调整或增加信息类型。 类型9?/FONT> 部分卫星组的差分修正: 包含了主要的差分修正, 且不需要完整的卫星组。在目前的SA情况下, 它可向具有高速率修正偏差的卫星提供附加的修正, 对脉冲噪声环境中的低速数据链也同样有用。在高噪声周期期间, 较高的序文速率支持较快的重复同步。 类型16 专用电文: 能提供台站的特殊信息。 ⑹ 差分数据传输率 差分数据传输率为200波特。 ⑺ 坐标系统 我国基准台坐标采用WGS-84坐标系。 ⑻ 基准站坐标精度 为保证海上用户获得高精度助航服务，1995～1998年先后完成了全国20个台站位置坐标精密测定，并通过海事局科技司组织的科技成果鉴定，使我国基准台在WGS-84坐标系内的位置精度保持在0.5米以内。 6. RBN-DGPS系统性能测试 1996年5～9月，海事局组织了一期RBN-DGPS综合性能测试工作，分别在南海、东海及北方海区对一期建成的台站进行了测试，在系统的覆盖范围内，重点考核了定点和动态的定位精度、信号作用距离、可靠性等指标，测试结果为：信号作用距离300公里，定位精度优于5米(2drms，置信度95%)。 1998年12月～1999年7月，海事局组织了二期RBN-DGPS综合性能测试工作，分别在南海、东海对二期建成的台站进行了测试，在系统的覆盖范围内，重点考核了定点和动态的定位精度、信号作用距离、可靠性等指标，测试结果为：信号作用距离300公里（白天），定位精度优于5米(2drms，置信度95%)。 用户使用 ⑴ 一期建成的天津地区北塘站、秦皇岛地区秦皇岛站、大连地区大三山站、青岛地区王家麦站、长江口地区大戢山站5座RBN/DGPS台站经过一年多的试运行，台站设备工作正常，系统稳定可靠。这5个台站已于1997年7月21日零时起正式对公共用户提供服务。 ⑵ 二期建成的连云港燕尾港站、温州石塘站、厦门镇海角站、汕头鹿屿站、珠海三灶站、湛江硇洲站、海南三亚站和一期工程的海南抱虎站定于1999年9月15日零时起正式对公共用户提供服务。 ⑶ 台站播发的所有信息均为公众服务性质，不另收费。 ⑷ 海上公众用户可配备1台RBN（MSK）接收机和1台DGPS接收机即可利用RBN-DGPS台站播发的信息进行海上高精度导航和定位；需注意的是选用的DGPS接收机的技术指标和用户与基准台距离的相关性将直接影响定位精度。用户距台站越近，定位精度越高。通常情况下，在距基准台300公里的范围内，米级导航型DGPS接收机的定位误差约为10米；亚米级接收机约为5米。 ⑸ 需要注意的是，我国RBN-DGPS基准台使用的是WGS-84坐标系，但是海上用户如使用我国海图出版社出版的以54坐标系为基础的海图时，不能直接使用RBN-DGPS接收机的定位结果在54海图上进行标绘。这是因为WGS-84和BJ-54坐标系不同，存在较大误差，必须进行坐标转换。