洛克馬丁公司,簡稱洛馬,聯合澳大利亞地球科學局和泰國朱拉隆功大學等多個機構,開展GNSS星基增強系統研究,重點是通過GNSS多星座信號的接收,和雙頻增強,以及對于接收數據至關重要的赤道地區的電離層閃爍研究,以期獲得精準、安全和可信度高的完好性,來增強未來的定位、導航和授時應用服務。
洛馬的第二代SBAS最新的研究計劃是,在泰國曼谷開展赤道地區的電離層對于GNSS信號的擾動及其擾動效應研究。在赤道地區,實際上就是在磁赤道地區,存在個電離層赤道異常帶,其不僅表現在電離層總電子含量數值比中緯度地區要高許多,同時由于電離層電子密度不均勻性的存在,使得GNSS衛星信號通過該區域時,形成信號衰落起伏,造成所謂的電離層閃爍現象。
通過在曼谷設置GNSS監測站,該站接收海事衛星廣播的GNSS增強信號。監測站配置專門的接收機,不僅能夠接收SBAS信號,而且能夠檢測赤道區域的電離層閃爍效應。人們對于閃爍現象已經知道數十年,它是赤道地區,或者極區的電離層的一種特有現象,尤其是在磁赤道地區最為明顯,會影響到GNSS及其增強信號的接收效果。
這個為期兩年的項目,澳大利亞地球科學局,去年就已演示了第二代SBAS試驗平臺,這是首次同時使用來自于GPS和伽利略星座信號,以及雙頻率(L1與L5,E1與E5a),以達成更高的GNSS完整性和精準度,試驗平臺在農業、航空、建筑、海事、采礦、鐵路、公路,航天和公共民用事業等一系列產業領域進行了驗證測試。利用L1和L5廣播SBAS系統信號,采用相關的用戶接收機,通過PPP數據處理方法,達到了厘米級精度。
該信號已播出一年,澳大利亞人和新西蘭人一直在與一個名為Frontier SI的組織合作開展示范項目。他們已經從澳大利亞和新西蘭產業獲得了10個不同領域的示范應用。他們正在與不同的大學、機構和研究小組合作,從民用航空到建筑、海事、自動駕駛汽車,甚至醫療等各種應用。這些示范活動一直在新西蘭和澳大利亞進行,同時,洛馬公司一直與泰國感興趣的利益相關者保持聯系。
從洛馬公司的研究計劃可以看到,雙頻與多星座SBAS將做兩件事來解決赤道地區電離層的擾動影響。首先,通過使用兩個頻率,用戶可以進行自身的電離層改正。從而通過將電離層處理轉移到用戶接收機來簡化問題的解決方法,但更重要的是,它可以極大地提高用戶表征電離層干擾,并以極高的可信度展示其取得位置的能力。雙頻SBAS的另一個好處來自GNSS衛星的多星座方面向用戶提供數量翻倍的信號,即使特定GNSS衛星的信號受到電離層閃爍的影響,但是我們可以相信,GNSS衛星用戶接收機還會有足夠數量的衛星信號可供接收,繼續提供服務質量不受影響的觀測結果。電離層形成的閃爍是電離層不均勻性造成的,往往發生在不大的區域范圍內。因此,閃爍可能影響一、二個或若干個的目標衛星,而多星座接收機同時能夠接收二、三十顆衛星,這是單星座條件下無法實現的優勢。
在泰國開展赤道電離層預測擾動研究,值得我們深思。全球在東亞和南美大陸上空均存在赤道電離層異常,這是圍繞磁赤道發生的,泰國在東亞赤道異常區的南麓,我國低緯地區正處在東亞赤道異常區的北麓,正是研究赤道異常得天獨厚的地區,要好好把握這一地理位置優勢,做出第一等的科技成果,推動高精度高可靠性的應用服務產業發展。