原始GPS包括載波相位和偽距測量是通過ADS-B廣播導出飛行器機位置。但廣播數據反而使使飛行路線預測的數量級提高，從而降低即將被無人機擁擠的天空中的碰撞風險。這種方法還可以改善GPS受損環境中的操作和非GPS數據源的集成。這項技術非常有前景，全球標準組SAE國際已經開始制定標準來支持它。這項工作是在新推出的smcpnt技術委員會正在進行中，它將跨越部門作為SAE的新系統管理委員會的一部分。
如果航空界利用當今GPS接收機中已經存在的原始測量，即使在無人駕駛的無人駕駛飛機（UAV）的天空中也可以實現避免碰撞將更為實際和普遍實現，但在很大程度上忽略了使用GPS位置坐標。對現有航空設備的更改可以使飛機更準確地估計其他飛機的飛行路徑，即使在受損情況下也能更安全地運行。使用原始數據，一旦集成到標準化的飛行協議中，即使飛機中的一個或兩個是無人駕駛，也能大大有助于防止空中事故。
這次飛行驗證的方法使用已建立的算法，現成的通用訪問收發機（系統）和現有的通信消息格式（如P. Duan等其他額外的資源描述）。從目前的實踐有一個本質出發：包括在自動相關監視原偽距和載波相位數據廣播（ADS-B）在派生的位置坐標位置信息。這種方法可以應用于具有很大的好處應該一個獨立的系統，類似ADS-B，需要開發支持無人機操作。
這種經飛行驗證的方法使用已建立的算法，容易獲得的通用接入收發信機（UAT）和現有的通信消息格式（如P.Duan等人在其他資源中所述）。 與現行做法有一個根本的偏差：在自動相關監視 – 廣播（ADS-B）消息內包括原始偽距和載波相位數據，而不是派生位置坐標。 如果需要開發類似于ADS-B的單獨系統以支持無人機操作。
多年來，將不同類型各種精度的的間歇性部分數據與不同時間的不同方向的不同靈敏度組合在一起，并提取其中的所有益處是可行。 在信息中使用原始測量的表面上沒有考慮到的步驟為使用強大的，廣為人知的方法來預測飛行路徑以及由于干擾或者由于沒有足夠的衛星限制了潛在碰撞點和位置確定的處理情況。，在沒有建立廣泛的新雷達或其他地面基礎設施認證，應該可以在各種高度上為飛機做所有這些工作。
本文主要涉及全球定位系統和空中操作，但半個世紀的數據結合經驗使這一技術得到了極大的延伸。 整合不同的傳感器（eLoran，DME等）是直線前進; 聲稱已被驗證和記錄。
原始測量提高估計值
出于許多原因，使用原始測量的技術（存在于任何導航傳感器中）將優于數量級的技術的位置報告。差分GPS（DGPS）因其原始測量的使用而獲得了巨大的成功。卡爾曼跟蹤器使用基于大量數據的權重。
那里是在不同方向上的誤差分量之間，位置和速度分量之間的軸間相關性，以及每個單獨觀測對這些分量中的每一個的靈敏度都被考慮在內。
不幸的是，從原始測量得到的坐標開始時，這些特征都不能使用。由于ADS-B鏈路帶寬不能保持其現有內容加上所有相關信息，所以ADS-B消息不包含相關性，但是具有原始測量歷史的機載計算可以推斷出所有這些。對比幾乎沒有什么吸引力。
除了通過原始測量替換位置和速度外，擴展的電文信息可以保持不變。 由于導航系統通常允許多種信息類型，所以位置報告并不被嚴格排除。 偶爾還可以使用另一種消息類型來廣播位置，例如跟蹤文件啟動。 然而，為了實現性能潛力，包含原始測量數據的消息將更為頻繁。
但是，為什么要根據卡爾曼濾波的考慮去改變已經建立的方法（即位置報告）呢？ 有多種原因。 也許最明顯的是，即時的位置對于空中的任何事物都是短暫的; 數據必須合并。 即使衛星導航也使用了幾個觀測值來確定位置（即，四顆衛星在空中）。 另一個原因來自于必須確定的位置的性質：為了支持避免碰撞，一個物體的位置信息必須相對于附近空間中的其他物體確定，并預測到未來。 使用原始數據使得這些計算的遠，更準確。
例如，考慮一對位置坐標，其中一個具有完美的經度，但是在北方有一公里的誤差，另一個具有精確的緯度，但是其東/西位置被離開一公里。 平均他們兩個“只”500米誤差！
即使考慮到不同位置報告的不同容差，忽略靈敏度和相關參數的廣泛變化也是毀滅性的。 因此，ADS-B沒有嚴格的速度精度要求。
準確的速度必不可少
實際上，ADS-B的速度要求多種多樣。對于避免碰撞的重要特征，速度是一個矢量 – 相對于附近空間中的其他物體的矢量，而不管這些物體的緯度或經度如何，并且誤差具有統計特性。已發表在綜合ADS-B的誤差值有數米/秒，甚至高達10米/秒。更微妙的一點是，即使是低于1米/秒的誤差值也是危險的統計。沒有詳細的闡述，這一點需要認識到：極值理論（EVT）表明，即使所有的誤差都是高斯的，混合高斯概率的提供遠不如直覺所暗示的。超過10西格瑪的實例不能不重視（參見Farrell J.和F. van Graas，其他資源）。忽視就是接受過度和不安全的風險; “不太可能”通常是沒有足夠。因此，10米/秒的誤差并不太值得考慮。一系列的位置報告可以滿足越洋飛行的要求，但不能在擁擠的空域內進行。
避免空中墜毀需要重新審視系統優先事項。 例如，具有高精度位置報告并不重要。 對于幾十米長，幾百公里時速飛行的飛機，精確的位置是短暫而不必要的。 目前的位置誤差幾米將是微不足道的，努力改善位置誤差將是毫無意義的。
然而，重要的是要有高度精確的速度。 （速度誤差）×（最接近的時間）的乘積是占主導地位的
原始測量的優點
次飛行驗證使用GPS，不增加系統校正，但從接收機進行原始測量。二十年前，林肯實驗室，在洛根機場用S模式信標轉發器成功地演示了GPS的廣播E.T貝利斯等人所描述的。（注：2012航班在第一種情況下，使用UATs代替S模式）。發送的位置使每個參與者跟蹤每一個其他參與者的數據，同時減少或消除干擾，通過在分配的時隙信息取代傳統的審訊（ADS-B目前規定）。
林肯實驗室方法的一個基本修改是由J.Farrell和E.McConkey的工作所提倡的，并與其他系統聯合戰術信息分發系統（JTIDS）聯系起來形成一個更一般的應用。傳輸信息的48個信息位可以包含原始未校正的測量值，而不是坐標。數據壓縮和基于GPS衛星的循環可以減少帶寬的限制。
前一篇文章的標題“發送測量，而不是坐標”（J. Farrell等人）的引言段指出了八個關鍵的優點。結合每個跟蹤每一個其他功能已經注意到-后來論文擴大（J.）
這份文件的擴充（J. Farrell和M. Farrell，其他的資源）提供了更廣泛的優勢列表：二十年的驚人成功，差分GPS操作演示這種方法誤差源的消除能力，對每個測量的特定靈敏度是差分GPS的具體能力。
利用這些敏感度自適應分配數據加權的機會 ，眾所周知，從適應性快速測定全信息造成的統計誤差最小化技術（側向以及沿距離），存在于精確的動態和當前位置的信息中能夠使用動態來預測最接近能力的時間推斷，從動態中推斷未來時間的失去距離。
如果計算必須僅依靠瞬時位置報告，則這些好處完全不存在。
能夠輪流解決沖突或變速而不是爬升/潛水適用于3-D（空中）和2D（跑道侵入）遇到的情況，可見的衛星太少時基準參考不均勻性的情況下消除潛在的危險充分使用可用數據 ，啟用任何數量的衛星觀察無限制算法釋放完全修復完整性檢查（沒有附加條件或專有聲明）不需要從地面站增強（更正）
對不同星座中使用的不同模型不靈敏分享適用的未參加的保留意見的機會或沒有前瞻性現代化。
避免碰撞。
而不是米每秒的速度準確性，客機需要厘米/秒的準確性; 否則，隨著時間的推移，預測的位置是如此粗糙以至于無法避免碰撞。
避免碰撞需要保證距離最近的時候有足夠的距離。 這顯然需要精確的了解速度知- 特別是相對速度矢量。 從緯度+經度+高度（“LLH”）的報告拼接坐標不能實現，這就解釋了為什么ADS-B不能保證良好的速度。 已經發表了10米/秒的誤差，但沒有詳細闡述（不是相對的，也不是矢量的，并且沒有統計界限）。 如果最接近的方法是一分鐘，那么即使是最基本的算法也會為未來的位置分配600米的不確定性。
例如，考慮兩架飛機在同一高度飛行：位置O處的速度為VO的“機”和速度為VA的位置A處的“另一架”。 它們被向量R瞬間分開，對于關閉情況，它正在縮小。 最接近的方法將發生在時間T，當平行于R的相對速度的分量（矢量差VA-VO，未示出）通過零 – 垂直分量是脫靶距離時。 這種簡單的情況已經出現在無數情境依賴的形式中（例如，在A的入侵者和在O的躲避者，或在A的目標以及在軍事行動中的O的攔截器或子彈）。 T和最小間隔距離的確定可以很容易地從剛才陳述的關系中得出，只要操縱隨后改變速度就容易被取代。
現在要確認精確速度的情況，而不是現在的位置，避免碰撞需要準確的將來位置（即 時間T）。 當位置在T秒前方投射時，10米/秒的速度誤差將導致預測的未來位置10T米的誤差。兩個水平軸中的每一個都有很大的誤差，乘積平方產生不可接受的大面積不確定性。 試圖擺脫一個陌生的地方是沒有意義的。 交通碰撞避免系統（TCAS）使用爬升/俯沖機動。 想象一下，隨著無人飛機充滿天空，成為一個平凡的事件。
這個主題有很多方面，但是上面的簡單的固定高度的情況有助于建立一些基本面：
上面使用的時間T僅在碰撞過程中與交通碰撞避免系統（TCAS）的“tau”匹配
當前位置誤差的影響遠小于速度誤差
厘米/秒精度，而不是速度米/秒可以實現水平回避策略
的長值（更早的回避行動）也因此成為可能
早期的回避行動比TCAS突然猛烈的操縱更為可取
由于有效的決策需要準確的跟蹤，TCAS不能提前采取行動
跟蹤是通過準確的范圍，但橫向數據非常粗糙
橫向信息僅在視線旋轉時才會改善
視線旋轉近距離增加 – 正好是滑鐵盧避免碰撞！
前面提到的P. Daun等文章（其他資源）中使用的精確衛星導航數據可以快速提供完整的3-D跟蹤
在很多情況下，必要的速度變化和T已經量化（參見Farrell，J.，“通過變速避免碰撞”，附加資源）。
原始測量改善跟蹤
正如關于機場地面監視的文章（J.Farrell，和E. McConkey，其他資源）在任何情況下計算機現在可以輕松維護每個參與者的綜合跟蹤文件。即使在二十世紀七十年代，兩枚導彈加兩架飛機在白沙灘上用電子操縱的雷達天線同時進行實時跟蹤。在白沙案例中的估算算法是由原始觀測資料（在這種情況下的距離，方位角和仰角） – 從不用坐標偽測量 – 而用從高動態平臺和“本位”導航跟蹤是從靜止位置直接跟蹤的擴展。
當今的計算能力使得每個參與者能夠為每個參與者維護一組擴展的卡爾曼濾波器（EKF），并為每個參與者分配一個跟蹤文件，每個參與者在來自所有參與者的已發送消息序列中具有指定的時隙。所有參與者應該包括可能涉及任何碰撞的每個對象。任何參與者數據庫中的跟蹤文件都不與坐標綁定;它是標量。每個參與者可以從這些標量中構建一組向量，所有這些向量都是正確的，并且可以用他自己的感知參考來表示。如果這種看法與其他參與者（由于失調或甚至不同的數據）有所不同，性能不會受到絲毫影響。
空中跟蹤一直把上面例子中所描述的作為其自己小的中心。
完整性測試：超簡單和嚴格驗證卷已經寫在接收機自主完整性監測（RAIM）上，通過復雜的分析方法和大量的數學發展支持。好消息是已經做了辛勤工作。一個程序所需要的是一組表達式放入代碼中。更偶然的是進一步簡化這些表達方式 ，這也已經完成。而且，簡化已經完成的方式允許擴展到GNSS之外，包括用于導航的每一個數據。
傳統的RAIM算法使用五顆衛星進行故障檢測，六顆衛星進行故障排除或隔離。由于這些集合中的每4個子集都必須支持適當的幾何稀釋（GDOP），排除或隔離并不總是可用的。那么，當五衛星探測表明誤差過大時，傳統的RAIM拒絕整個五重奏，好與壞。迫使有效數據遭受“聯合犯罪”是非常浪費和不必要的。
當數據可用性很小時，扭轉損失尤為迫切。 各種先進的完整性功能提供：
在不改變導航解決方案的情況下增加循環偏差估計
為傳統的故障隔離/排除添加了奇偶矢量操作
用奇偶校驗標量替換該奇偶校驗矢量，而不會丟失任何能力
將該奇偶校驗標量歸一化為方差等于1的形式（無量綱）
由差分計算引起的相關影響
包含封閉形式的矩陣解決方案，用于故障檢測和相關性的隔離/排除
擴展每個測量單獨驗證，不論是否存在其他測量
有多個衛星進行單一測量測試的機會
隔離/排除是可行的
通過嚴格的技術支持（矩陣分解等），在運行中無需使用它。
每個單獨測量的標準化奇偶校驗測試（每個人都理解sigma = 1的無量綱標量隨機變量）為使用任何可用的導航信息源提供了一個重要手段。
因為這些測量是標量獨立于任何坐標系的，與他人共享衛星導航數據不會引入任何錯誤。 如果必須確定一個參與者超越權限，則其中一個參與者可以是塔樓。 除了塔樓之外，如果有的話，移動的參與者將根據場景展開時收到的每條消息進行路徑調整。 那些更小，重復隨著時間的推移調整將遠不如在近距離開始從頭開始改變那么突然。
世界“沒有任何退化。 重要的是，本船的“自己的小世界”中的相對狀態（地位，速度……）以一致的方式表達和保持。
處理太少的衛星
使用原始數據也可以在沒有足夠的GPS衛星的情況下開發跟蹤文件。事實上，在一些城市峽谷的情況下，有可能永遠沒有足夠的衛星提供足夠的幾何圖形。
就目前而言，如果飛機的GNSS接收機看不到足夠的衛星不能夠確定它的位置，因此沒有對ADS-B廣播。這是對準確信息的可恥浪費。每秒鐘測量一次的原始數據會比使用GPS坐標提供更好的跟蹤文件。將坐標拼接在一起以獲得速度給出了完全不足的性能。這就是為什么ADS-B，即使所有的ADS-B和ADS-B信息，不能提供準確的速度的原因。
無人機的特殊考慮
盡管無人機將負責采取規避行動，但在其他方面，它們將承擔較少的負擔。他們較低的速度提供了多種優勢：更多的時間逃避，跟蹤文件在短期內開始（允許在低功耗操作）和更緊密的轉彎能力。所有這些因素都有意義，無人機比移動快速客機更容易避免。 其他額外的資源中，無人機也不需要P. Duan等人使用復雜性，在精心準備的載波相位測量中使用1秒的變化。許多衛星導航接收機不使用載波相位，但都有偽距偽距，只要他們提供適當的時間戳，這些就足夠了。另外，因為無人機速度慢，分米/秒，而不是厘米/秒的速度誤差也是可以接受。例如，通過加速或減速規避，簡單的程序（參見J. Farrell，“避免速度變化的碰撞”，在附加的資源中）可以有不同的參數。最后，規避策略不限于速度變化，在某些情況下可以使用下降或轉彎。
挑戰
雖然使用原始測量的優勢是顯而易見的，但變化并不容易。使用位置，最近幾十年源于GPS位置，在ADS-B信息長期以來一直是既定的方法。然而，無人飛機的集成是一個巨大的挑戰，正在考慮無人機新技術和空中交通管理系統。將原測量不僅提供了一個支持安全無人機集成能力，而且提供了載人飛行真正的優勢，并且有一個堅實的記錄，同時支持雙重差分（見“雙差分”欄，52頁）和所有跟蹤模式（空對空、空對地、地對空，表地對表地）的自適應現代估計。
結論和建議
使用原始測量，而不是僅僅依賴于使用這些測量計算出的位置，可以應用差分GPS取得的如此成功的技術。這種方法也為從完全不同于GNSS的信息來源集成數據打開了大門。原測量提供了實現真正的集成系統像測距裝置（DME）、遠距離無線電導航系統 eLoran）、銥系統（Iridium）的唯一途徑，特別是與無人機合作，有利的環境信號，（見R. Kapoor等等，額外的資源），范圍也可以擴大到包括未參加者的觀察額外的資源（見J法瑞爾圖9.4中的，“GNSS導航和跟蹤-慣性增強或自治”。
情境意識的改善足夠戲劇性地建議重新定義操作的可用性和連續性。不那么明顯但同樣具有決定性的是這種方法如何加強完整。每一個測量都可以直接驗收測試，容易且獨立于所有其他，支持嚴格的等價認證，被廣泛接受的平價法（見“完整性測試：超簡單和嚴格驗證”側欄，第50頁）。
這些戲劇性的改進不需要新發現或新設備的發明。ADS-B信息內容的修訂，希望通過軟件更新和任何新系統的開發支持無人機原測量將從已有的現成數據中獲益。事實上，使用原始測量是如此有前途，SAE國際已經開始制定標準，使這種方法成為主流。
也有非專有導航算法已經可用，可以挖掘原始測量值。這些算法有助于降低成本并對測試這種方法，特別是在無人駕駛飛機的情況下加快試驗項目的啟動。
整合無人機納入國家領空存在巨大的商業、政治和管理壓力。一個試驗性的項目可以通過加強可靠性和魯棒性，同時提高精度和完整性來支持載人和無人駕駛航空，從而幫助保持飛機相互之間的距離。
老電影的場景顯示鮑勃·霍普跋涉沙漠，絕望地說“水，水”，然后發現自己齊腰深的溪流中的片刻之后，喃喃自語“幻影，幻影。” 使用ADS-B和系統原始測量的優勢 類似于ADS-B不是幻影。我們所知道的和我們所做的之間是一個很大的鴻溝。讓我們關閉它。
附錄其它的話題
來自最近的導航通訊<< http://www.ion.org/publications/upload/ v26n3.pdf >兩個獨立但相關的文章討論了GPS/GNSS接口的重要發展。從第1頁開始，并繼續到第7頁。
雙重差分忽略靈敏度和相關參數的廣泛變化是毀滅性的，但可以恢復這些信息。
年8月，我將原始測量信息概念作為GPS雙差分的自然延伸，并要求RTCA SC186WG4成員設想兩個事件：
讓現有的每個系統和每個計劃只是補充/備份
讓每個參與者將每個單獨衛星的自己的數據與所有其他參與者的相應測量結果進行比較，根據其信息內容（我們已經優化半個世紀的部分信息權重）自適應地加權每個個體差異。
一個堅如磐石的記錄支持雙差分和所有跟蹤模式（空對空，空對地，地對空，地對地）的現代估計。一個序列的位置報告可以足夠的越洋飛行，但不能在擁擠的空域進行。正如[ 4 ]計算機化的“簿記”所指出的那樣，在任何情況下都可以為每個參與者很容易地跟蹤文件。
首先描述Android手機的主要改進。第二，14-15頁，宣布一個汽車工程師協會（SAE）國際工作組，工作組將根據本條結論和建議部分所引用的標準開展工作，確保絕大多數設備的利益擴大。（SAE國際是一個全球性的協會，擁有在航空航天、汽車和商用汽車行業的128000多名工程師和相關技術專家。）這些都是之前其他出版物通過測量數據提供的福利。一、超過25年（J. Farrell和F. van Graas，其他資源）事實上是在之前（1977）的一個不起眼電子學報（NAECON）論文。
兩個最近的視頻 < https: / / YouTube / 1orcay-b9mk >和<https://www.youtube.com/watch？V = 2 X8 8 S 4 O 74 C4和li S T = U U S P H Z H 7 revj G 0 Wh 3pw0zfa & index= 1 0 >加一個演示文稿 < http://www.gps.gov/governance/ advis o ry/m e etings/20 15- 06/far rell.p d f>提供了額外的背景。
。Daun等人在其他資源中描述的先前飛行測試中達到的厘米/秒誤差是通過使用每秒測量一次的載波相位測量的連續變化獲得的。與載波相位本身不同，在1秒的變化是可互操作的（即，不管不同的定時和/或大地水準面協議用于分離的星座）和免疫災難性的錯誤（見https：/ / j a m e sl fa r re l l.c o m額外資源中的內容）。此外，由于傳播誤差的兩種主要來源在一秒鐘內變化不大，無需掩模角度，這是有利于速度的誤差幾何放大因子（GDOP）。
額外的資源
。貝利斯，E，R E L?布瓦韋爾先生，M. L. 伯羅斯，和W。H。哈曼，“來自模式信標轉發器的飛機基于GPS監測位置廣播”，導航學會gps94”。
。Duan, P., M.U. De 哈格 and J. 法雷爾 “基于ADS-B系統分離的保證飛行試驗的測量結果” 2013年導航，航海學院學報 60卷，第 3期，221 – 234頁；摘要：http：／／
。法雷爾，J和E D麥康基“量子改善在機場表面離子監測”，1998年導航學會NTM，；http：／／
。法雷爾J，E，D麥康基和C G 斯蒂芬斯，“發送測量，不是坐標” 1999年航海學院學報，導航，60卷，第 3期，203-215頁）。
。法雷爾，J，GNSS輔助導航與跟蹤-慣性增或自治，2007年美國文學出版社， http：／／JAM eslfarrell.com / w p – content/u pi oad s 2010/05 P1傳單
。法雷爾，J，“通過速度的變化防撞”，2012年9月“坐標第8卷第9號，第8～12 頁http：／／m ycoord inates. .org /通過速度的變化防撞
。法雷爾，J，“快報：我們現在開始得到了GNSS互操作”（http：／／www.insidegnss.com /節點/ 3492）
和F. van Graas，“這個非常重要的界面”，J ames L. Farrell和Frank van Graas，ION-GPS90 http：
和M. L. Farrell，“ADSB最好的前衛？”空中交通管制雜志，2008年夏季，44 17-18。
和F. van Graas，“自由慣性海岸的圍堵限制”，ION- GNSS2010 http：
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，RS Ramasamy，A. Gardi，R. Sabatini，“無人機導航利用城市環境中的機遇信號：現有方法概述”:第一屆能源與動力國際會議(ICEP) 2016年12月14-16日， 網址：www.sc iencedi rect.com）
國際汽車工程師學會(SAE)遠程識別和無人偵查系統，http：// sta。dard。
，G.，“用于軍事監視的GPS”，1996年11月，GPS世界。
環球新時空
斗室智庫