SBAS星基增强系统基础介绍

背景

GPS在1994年正式提供服务，几十年的发展过程中，出现了俄罗斯的GLONASS，欧洲的Galileo和中国的BDS。GNSS给用户提供定位、导航和授时服务。科技发展，米级的定位精度无法满足需求。

在原有卫星链路基础上，系统供应商将能提高用户服务性能的产品调制在特定频率上。用户通过卫星下行链路，接收并解析这些产品，从而可以得到更高的服务性能。这样的系统叫做星基增强系统，英文为Satellite-Based Augmentation System。通过地球静止轨道（GEO）卫星搭载卫星导航增强信号转发器，可以向用户播发星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息，用来提高原有卫星导航系统定位精度。

SBAS是GNSS增强系统的一种，基于卫星，还有基于地面的GBAS和基于飞机的ABAS。

星基增强系统分两类：

一种是成立最早，专为民航用户提供高完好性和定位性能的系统，称为SBAS；

一种提供精密轨道钟差改正数，大气，相位小数偏差等高性能产品，用户端能够实现厘米级的精密定位服务，如PPP-AR或PPP-RTK。

概念辨析：播发方式上二者都可称为星基增强系统，SBAS也是其缩写的简称，但在WAAS建立初期，SBAS便被定义为一个专有名词。只有由国际民航（ICAO）定主导，基于特定协议（RTCA协议&DFMC协议）并专为民航用户服务的星基增强系统，才可称为SBAS。后者如PPP-AR/PPP-RTK，能够实现厘米级定位精度，通常为自动驾驶，精准农业服务。

• 精度增强技术

        精度增强技术主要运用差分原理，进一步可分为：

        *广域差分：对大面积区域的差分定位服务

        *局域差分：对局部区域的差分定位服务

        *单站差分：对小范围内的差分定位服务

SBAS介绍

SBAS包含三部分：空间段，地面段和用户段。

空间段：地球同步轨道卫星（GEO）

地面段：监测站，主控站、注入站以及信息处理中心

用户段：具备SBAS电文接收能力的接收机终端及设备

流程：地面段实时采集服务范围内的监测站数据如伪距与载波相位观测数据，广播电文，气象数据等，将数据回传至信息处理中心。信息处理中心对回传数据进行预处理，并统一解算生成各类SBAS电文，最终经过电文编排后通过GEO卫星上注播发给用户。用户通过接收机接收GEO卫星下行信号上播发的SBAS电文，经过解析和使用后，得更高精度及完好性。

原理：  由大量分布极广的地面参考基站差分站（位置已知）对导航卫星进行监测，获得原始定位数据（伪距、载波相位观测值等）并送至中央处理设施（主控站），后者通过计算得到各卫星的各种定位修正信息，通过上行注入站发给GEO卫星，GEO将修正信息播发给用户，用户同时接收GNSS和SBAS信号，通过差分解算消除区域导航误差，提高定位精度。

其特点是：

1、通过地球静止卫星（GEO）发布包括GPS卫星星历误差改正、卫星钟差改正和电离层改正信息；

2、通过GEO卫星发播GPS和GEO卫星完整的数据；

3、GEO卫星的导航载荷发射GPS L1测距信号

现状

在全球范围内，有10个在建或已建成的SBAS

正式运行的SBAS：

• 美国的广域增强系统（Wide Area Augmentation System, WAAS）
• 欧洲的地球同步卫星导航增强服务系统（European Geostationary Navigation Overlay Service, EGNOS）
• 日本的探路者卫星增强系统（Multi-Functional Satellite Augmentation System, MSAS）
• 印度的GPS辅助型近地轨道增强导航系统（GPS Aided Geo Augmented Navigation System, GAGAN）

处于试运行阶段的SBAS：

• 俄罗斯的差分改正监测系统（System Differential Correction Monitoring, SDCM）
• 非洲及印度洋星基增强系统（ASECNA-SBAS, A-SBAS）
• 阿尔及利亚星基增强系统（Algerian SBAS）
• 中国的北斗星基增强系统（Beidou Satellite-Based Augmentation System, BDSBAS）
• 澳大利亚及新西兰的南部定位增强网（SounthPAN, SPAN）
• 韩国的增强卫星系统（Korea SBAS, KASS）

分类

按照服务类型，SBAS可分为单频服务和双频服务。

SBAS参考RTCA协议提供单频增强服务：目前，RTCA协议已完成收敛，已开通服务的SBAS均只能够提供单频服务。

SBAS参考DFMC协议提供双频服务：DFMC协议仍在迭代更新，部分SBAS针对双频服务开始做测试工作，比如BDSBAS，已经在播发双频SBAS电文。

民航中的SBAS

对民航用户，完好性能力的需求远高于定位精度，需要秒级完好性高精能力。GNSS的导航服务虽会播发完好性参数，但广播电文的更新频率低，且告警响应不及时，仅能满足航路阶段服务指标。ICAO给出的SBAS服务性能需求如下表所示：

对于SBAS单频服务来说，通常需要至少满足APV-I的服务能力。而为了进一步提高服务能力，双频服务在设计上则是以Cat-I为目标。

总结

SBAS是一项为生命安全服务提供保障的GNSS系统，具有重大的建设意义，从最初的WAAS，发展至今，SBAS已基本覆盖全球。

SBAS主要应用于航空和航海，平时测量时很少会用到星基增强系统，主要要用到的是地基增强系统。

 参考资料：

星基增强系统（SBAS）介绍（一）-CSDN博客

星基增强系统（SBAS）-CSDN博客

什么是星基增强系统SBAS-CSDN博客

SBAS星基增强系统 及 广域增强系统WAAS-CSDN博客