隨著各種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的出現(xiàn)，天基導(dǎo)航已成為提供定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的先驅(qū)。星基增強(qiáng)系統(tǒng)（SBAS）由于能夠改善全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)所提供的服務(wù)質(zhì)量，因而有望取代數(shù)量巨大的地基導(dǎo)航系統(tǒng)，并允許更有效地利用可用的空域。認(rèn)識(shí)到這種系統(tǒng)的潛在效益，印度采取了早期行動(dòng)，在印度地區(qū)實(shí)現(xiàn)了自己的SBAS ，叫做GAGAN（輔助GPS靜地星基增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)）。
GAGAN系統(tǒng)是由印度空間研究組織（ISRO）和印度機(jī)場(chǎng)管理局（AAI）一起開(kāi)發(fā)的，并經(jīng)部署和認(rèn)證的正在運(yùn)行星基增強(qiáng)系統(tǒng)（SBAS）。該系統(tǒng)的服務(wù)范圍覆蓋印度飛行情報(bào)區(qū)（FIR），且具有擴(kuò)大到對(duì)周邊飛行情報(bào)區(qū)的能力。
GAGAN的信號(hào)覆蓋范圍
GAGAN提供的民航導(dǎo)航信號(hào)，與國(guó)際民用航空組織（ICAO）標(biāo)準(zhǔn)和由全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）專家組制定的建議措施（SARPs）相一致。在印度飛行情報(bào)區(qū)內(nèi)，該GAGAN系統(tǒng)提供非精密進(jìn)近（NPA）服務(wù)精確到1/10海里范圍（所需導(dǎo)航性能或RNP-0.1），以及在印度次大陸提供常規(guī)狀態(tài)下的精密進(jìn)近服務(wù)APV-1.0（具有垂直引導(dǎo)的進(jìn)近）。
該GAGAN系統(tǒng)與國(guó)際上其他的SBAS系統(tǒng)，如美國(guó)的廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS），歐洲靜地衛(wèi)星導(dǎo)航重疊服務(wù)（EGNOS）和日本MTSAT衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)（MSAS）等，實(shí)現(xiàn)互操作，并提供跨地區(qū)無(wú)縫航空導(dǎo)航。
GAGAN最終運(yùn)營(yíng)階段總體架構(gòu)圖形
為了有效實(shí)施印度的SBAS，該GAGAN系統(tǒng)由以下主要部分組成。
● 印度參考站（INRES），分布在印度各地的15處；
● 印度主控中心（INMCC），在班加羅爾有兩個(gè)；
● 印度陸地上行站（INLUS），共有三個(gè)，其中2個(gè)在班加羅爾，一個(gè)在新德里；
● 赤道靜止衛(wèi)星（GSAT 8 / GSAT 10）已經(jīng)在軌道上，一個(gè)在軌備用衛(wèi)星GSAT-15，也已經(jīng)在 2015年11月10日發(fā)射升空；
數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)，包括兩條光纖通信（OFC）鏈路和兩個(gè)非常小口徑終端（VSAT）鏈路。
GAGAN星基增強(qiáng)系統(tǒng)重新定義了印度區(qū)域的導(dǎo)航
（1）GAGAN空間段
印度空間研究組織負(fù)責(zé)為GAGAN計(jì)劃提供地球靜止軌道衛(wèi)星（GEO，空間段）。GAGAN作為一個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，有三個(gè)攜帶GAGAN有效載荷的GEO衛(wèi)星分別是，GSAT-8、GSAT-10和GSAT-15 。GSAT-8位于東經(jīng)550E, GSAT-10位于東經(jīng)830E，它們已經(jīng)獲得的偽隨機(jī)噪聲碼編號(hào)分別為PRN127和128，并且業(yè)已發(fā)送GAGAN SIS（空間信號(hào)）。攜帶GAGAN有效載荷的GSAT-15定點(diǎn)于東經(jīng)93.50E，分配到的編號(hào)為PRN132，是個(gè)在軌備份星。
（2）GAGAN地面段
以下將更加詳細(xì)地介紹GAGAN地面段的每個(gè)組成部分。
● INRES - 印度參考站。該INRES站網(wǎng)用來(lái)收集來(lái)自所有可見(jiàn)GPS和地球靜止軌道衛(wèi)星的測(cè)量數(shù)據(jù)與廣播的消息，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給INMCC作進(jìn)一步處理。 15 INRES站分別建在艾哈邁達(dá)巴德、班加羅爾、查謨、高哈蒂、加爾各答、新德里、港布萊爾、特里凡得瑯、賈沙梅爾、果阿、博爾本德?tīng)枴①ひ喜患訝枺歉衿譅柡筒及蛢?nèi)斯瓦爾。
● INMCC - 印度主控中心。由全國(guó)各地的各INRES收集的數(shù)據(jù)，被實(shí)時(shí)發(fā)送到INMCC，經(jīng)處理并生成為誤差改正數(shù)和完好性數(shù)據(jù)，形成SBAS電文消息。然后，所產(chǎn)生的SBAS電文消息，被發(fā)送到INLUS用于進(jìn)一步處理。
● INDUS - 印度的陸地上行站。該INLUS，從接收INMCC來(lái)的 SBAS電文消息，將其格式化實(shí)現(xiàn)GPS的兼容性，并通過(guò)上行鏈路傳送SBAS定位消息至GEO衛(wèi)星，由后者廣播給用戶和社會(huì)。所述的SBAS電文消息中，包含允許SBAS接收機(jī)能夠消除GPS定位解誤差的信息，由此可用于顯著增加定位精度與可靠性。利用這一導(dǎo)航電文消息提供給用戶，隨后就可以計(jì)算獲得誤差改正數(shù)、置信度參數(shù)（完好性）。這些電文消息均通過(guò)印度陸地上行站（INDUS）的C波段上行鏈路，傳送給GSAT-8 / GSAT-10 GEO衛(wèi)星，然后通過(guò)L1和L5頻段下行廣播給用戶接收機(jī)。廣播的電文消息由SBAS兼容接收機(jī)接收，用于GPS信號(hào)的誤差改正，最終計(jì)算出用戶機(jī)所在的精準(zhǔn)位置。
(3) 電離層模型研發(fā)
位于低緯度地區(qū)的電離層行為特性，并不平靜，具有如電離層閃爍、等離子體空洞、大尺度能量密度梯度等異常特點(diǎn)，而且特色非常明顯。為了確保GAGAN的最佳工作性能，必須進(jìn)行電離層不均勻性檢測(cè)，以利于對(duì)于統(tǒng)計(jì)置信度極限值做出相應(yīng)調(diào)整。為此，需要個(gè)針對(duì)印度這樣特定地區(qū)的電離層專用模型，加以研發(fā)和實(shí)施，滿足GAGAN性能最適合的應(yīng)用需要。此外，優(yōu)先選擇的電離層模型算法，不應(yīng)該要求現(xiàn)有的SBAS電文消息結(jié)構(gòu)有所變化，因?yàn)樵趪?guó)際民航組織最低運(yùn)行性能要求（MOPS）的任何更改，都需要GPS / WAAS空載裝備標(biāo)準(zhǔn)DO-229所有會(huì)員國(guó)之間的協(xié)同一致認(rèn)可。認(rèn)證GAGAN系統(tǒng)要求的任何MOPS變化將是一個(gè)非常耗時(shí)的過(guò)程。
在電離層模型建立過(guò)程中，網(wǎng)格電離層垂直誤差（GIVE）置信度必須綁定的誤差，不僅包括電離層網(wǎng)格點(diǎn)，而且也包括網(wǎng)格點(diǎn)之間的所有內(nèi)插區(qū)域。此外，綁定的誤差必須同時(shí)適用于正常的和擾動(dòng)的電離層。為了捕捉大尺度赤道電離層異常特點(diǎn)，該模型必須提供克服赤道地區(qū)的薄殼模型（總電子含量）的不適用性，而且要捕獲赤道電離層復(fù)雜的三維立體性結(jié)構(gòu)特性。
印度SBAS需要地區(qū)特定功能的模型。該地區(qū)電離層的具體模式必須有如下一些特點(diǎn)：一是可實(shí)現(xiàn)性；二是能夠演示完好性；三是為高精度用戶提供合適的可用性；四是向后兼容性；五是降低建模誤差和支持印度地區(qū)的精密進(jìn)近服務(wù)；六是定義優(yōu)良的精度和完好性赤道電離層；七是贏得安全認(rèn)證，在印度次大陸的FIR服務(wù)區(qū)，能夠支持垂直引導(dǎo)可用性的實(shí)用化業(yè)務(wù)化運(yùn)營(yíng)。
ISRO GIVE模式 - 多層數(shù)據(jù)融合（IGM-MDLF）。在電離層的垂直運(yùn)動(dòng)建模中，在兩個(gè)不同電離層電子殼高度上，IGM-MDLF模型被設(shè)計(jì)為捕捉電離層變率，最終在350公里的殼高度上用加權(quán)平均方法為用戶提供一個(gè)數(shù)值。該模型確保廣播的GIVEs，具有足夠高的完好性水平，使得由用戶接收機(jī)計(jì)算得到的用戶電離層垂直誤差（UIVEs），以非常高的概率落在它們的垂直電離層誤差容限之內(nèi)。GIVEs確保的UIVEs完好性，不僅在網(wǎng)格點(diǎn)上，而且在網(wǎng)格點(diǎn)周圍的四個(gè)網(wǎng)格單元的所有點(diǎn)上。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，該算法提供的電離層延遲和置信度值，直接結(jié)果是提高了精度和可用性。
該算法已經(jīng)進(jìn)行了分析和審查評(píng)估，其中的每一項(xiàng)性能都是基于使用INRES和在印度地區(qū)的總電子數(shù)含量（TEC）的數(shù)據(jù)，進(jìn)行了詳盡的研究審查。而且算法還選擇正常和擾動(dòng)狀態(tài)下電離層，進(jìn)行了測(cè)試計(jì)算、評(píng)估驗(yàn)證。通過(guò)廣泛的審查評(píng)估，改進(jìn)并確定GAGAN服務(wù)所能達(dá)到的精度、可用性、連續(xù)性和完好性。該算法的關(guān)鍵功能是計(jì)算在各個(gè)殼層的延遲和置信度（誤差擬合），并在350公里將它們結(jié)合起來(lái)，又不要求任何MOPS變化。
環(huán)球新時(shí)空
斗室智庫(kù)