高精度定位（二）：星基差分

上一节介绍地基差分定位系统的时候提到过差分系统由3个部分组成：基准站、移动站和通信链路。通信链路的传输距离是决定差分定位重要因素。如果采用无线通信数据链作为通信链路，差分定位的作用距离一般在几十km的范围。有没有一种通信链路，能够在几千km的范围内播发差分修正信息，保证在几千km范围内的移动站都能够接收到差分修正信息，从而获得高精度的差分定位结果呢？

有的，这就是星基差分。星基差分采用地球同步卫星作为通信链路在几千km的覆盖范围内播发差分修正信息。

• 基本原理

• 和地基差分的对比

• 世界上主要的星基差分系统

• GNSS接收机怎么接收差分信息

• 星基差分的定位精度

  基本原理

星基差分系统主要由遍布世界各地的地面参考站、地面通信网络、主控站、地球同步卫星等组成。整个系统的运行原理和流程分为以下几个部分：

1. 地面参考站接收GNSS卫星的信号并精确测量卫星信号的时间延迟和误差。由于地面参考站遍布世界各地，同一时间能够接收到整个GNSS星座中的所有卫星，能够精确测量出所有卫星的延时和误差信息。

2. 地面参考站测量的延时和误差信息通过地面通信网络（主要是地面光线及电信网络）汇集到主控站；

3. 主控站对接收到的数据进行处理以识别卫星轨道偏差、时钟偏差以及信号传播路径（尤其是电离层和对流层）中的延迟，在此基础上生成改正信息：包括每颗卫星的星历误差、时钟误差以及针对特定区域电离层延迟的估计值等；

4. 主控站计算得到改正信息之后，将改正信息通过卫星上行发射链路注入地球同步卫星。

5. 地球同步卫星按照规定的帧格式播发改正信息。

6. 用户GNSS接收机接收来自地球同步卫星的改正信息，在定位解算的时候校正卫星轨道误差、时钟偏差以及信号传播误差。

和地基差分的对比

总体来说：SBAS更适用于需要广泛覆盖且精度要求不是极端高的场合，而GBAS更适用于需要极高精度且使用范围相对局限的应用场景。

世界上主要的星基差分系统

目前世界上主要的星基差分系统有：

1. 美国的WAAS（Wide Area Augmentation System）：约有3颗地球同步卫星，覆盖范围包括北美及其周边地区。

2. 欧洲的EGNOS（European Geostationary Navigation Overlay Service）：有3颗卫星，主要服务欧洲。

3. 日本的QZSS（MTSAT Satellite Augmentation System）：服务日本及其周边地区。

4. 印度的GAGAN（GPS Aided Geo Augmented Navigation）：旨在提高印度上空的航空导航的精度和完整性。

中国的北斗导航定位系统（BDS，Beidou Navigation Satellite System):目前有5个卫星，为亚太地球提供区域服务；

我们在观察GNSS接收机的输出信息界面时，当软件界面上显示的卫星标识是SBAS，该卫星就是星基差分的地球同步轨道卫星了。

GNSS接收机怎么接收差分信息

在地基差分系统中，基准站和移动站都配置了通信链路，通过无线通信链路实现差分改正数据的传输。通信链路是GNSS接收机是两个完全独立的部件。GNSS接收机必须依赖无线通信链路才能获得差分改正信息。

那么，星基差分中用户只有GNSS接收机，没有无线通信链路，如何获得卫星播发的差分修正信息呢？

这个问题在建立星基差分系统的时候就已经考虑到了。

星基差分的地球同步卫星发射的射频频点通常与GPS系统使用的L1和L2频段相同，现有GNSS接收机能够正常接收星基差分的信息了。

1. 美国的WAAS系统使用与GPS相同的L1和L2频率来传输信号。这些频率分别是：L1频率：1575.42 MHz，L2频率：1227.60 MHz；

2. 欧洲的EGNOS系统使用2个频段播发差分改正信息：

• L1频率：1575.42 MHz，与GPS的L1频率相同，用于提供基本的定位服务和改正信息。

• E5频率：1191.795 MHz，与Galileo的E5频率相同，用于提供更高精度和完整性服务。

3. 日本的QZSS系统使用4个频段播发差分改正信息：

• L1频率：1575.42 MHz，与GPS的L1频率相同，用于兼容GPS系统。

• L2频率：1227.60 MHz，与GPS的L2频率相同，用于提供高精度服务。

• L5频率：1176.45 MHz，与GPS的L5频率相同，设计用于民用航空和更高性能的服务。

• L6频率：1278.75 MHz，QZSS独有的频点，用于传输增强信息和额外的服务。