韓國(guó)增強(qiáng)衛(wèi)星系統(tǒng) （KASS） 是韓國(guó)的星基增強(qiáng)系統(tǒng) （SBAS），目前由韓國(guó)宇宙航空研究院 （KARI） 開(kāi)發(fā)。其任務(wù)是在韓國(guó)地區(qū)提供符合國(guó)際民用航空組織 （ICAO） SARPS的 SBAS 服務(wù)，服務(wù)水平達(dá)到規(guī)定 的APV I級(jí)別。KASS 將為民用航空提供安全關(guān)鍵服務(wù)，以及可供其他形式的運(yùn)輸以及可能的其他位置、導(dǎo)航和授時(shí) （PNT） 應(yīng)用提供開(kāi)放式服務(wù)。為了在約定的服務(wù)區(qū)域內(nèi)為配備適當(dāng)設(shè)備的用戶(hù)提供改進(jìn)的 GNSS 導(dǎo)航服務(wù)，KASS 將廣播美國(guó)全球定位系統(tǒng) （GPS） 標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù) （SPS） 的增強(qiáng)信號(hào)。增強(qiáng)信號(hào)將提供 GPS 衛(wèi)星、軌道和時(shí)鐘的校正以及軌道/時(shí)鐘殘余誤差的完好性邊界，以及電離層延遲的校正和完好性邊界。增強(qiáng)信號(hào)將由兩顆對(duì)地靜止地球軌道 （GEO） 衛(wèi)星廣播，并由 GPS/SBAS 用戶(hù)設(shè)備用于計(jì)算導(dǎo)航解決方案。

泰雷茲阿萊尼亞宇航公司是這一開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的行業(yè)主要承包商。

01

深入了解 KASS

（1）KASS 系統(tǒng)實(shí)施從不同制造商或服務(wù)提供商處獲得的以下部分：

地面段

包括 KASS的 參考站 （KRS）、冗余處理站 （KPS）、控制站 （KCS）、上行鏈路站 （KUS） 和外部數(shù)據(jù)接口網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)段

確保分布在韓國(guó)的所有子系統(tǒng) （WAN） 和 WAN 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控 （WNM） 之間的通信網(wǎng)絡(luò)。

空間段

包括 兩個(gè)GEO 上的導(dǎo)航有效載荷。

KASS 系統(tǒng)部署于 2020 年底開(kāi)始，并于 2022 年底完成，地面段與 GEO 衛(wèi)星 （MEASAT-3D） 集成。 KASS 導(dǎo)航信號(hào)自 2022 年 12 月起通過(guò)開(kāi)放服務(wù)配置（消息類(lèi)型 0/2 廣播）進(jìn)行廣播。最終的系統(tǒng)認(rèn)證于 2023 年 12 月進(jìn)行，從而可以開(kāi)始安全生命服務(wù)。這里介紹了整體 KASS 架構(gòu)，以及在完全部署 KASS 操作配置的情況下，在站點(diǎn)認(rèn)證階段獲得的性能結(jié)果。

（2）KASS 系統(tǒng)旨在確保四個(gè)安全關(guān)鍵服務(wù)級(jí)別：

在仁川 FIR 地區(qū)上空的途中，到達(dá)初始巡航高度后的航段，直到開(kāi)始下降到目的地。 仁川 FIR 區(qū)域上的終端，用于從飛機(jī)下降到初始進(jìn)近修復(fù)。 仁川 FIR 區(qū)域上的 NPA，用于航空中的非精密進(jìn)近 （NPA），使用橫向引導(dǎo)但不使用垂直引導(dǎo)的儀表進(jìn)近和著陸。 在韓國(guó)陸地（包括濟(jì)州島）上空進(jìn)行 APV I，用于垂直制導(dǎo)的精密進(jìn)近。

KASS 將在仁川 FIR 地區(qū)提供開(kāi)放服務(wù)。圖 1 顯示了 KASS 服務(wù)區(qū)域。 KASS 旨在成為一個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)，確保以下主要功能：

在大韓民國(guó)的不同地點(diǎn)收集 GPS 數(shù)據(jù)（將來(lái)可能在其他州收集）。 根據(jù) KASS 的 GPS 衛(wèi)星測(cè)距測(cè)量計(jì)算校正和相關(guān)的完好性邊界。 電文格式符合 ICAO SARPS 附件 10 [1] 和 RTCA MOPS 229-D 變更 1 [2] 中標(biāo)準(zhǔn)化的 SBAS 用戶(hù)界面。 將攜帶這些電文的信號(hào)上行傳輸?shù)?KASS GEO 上的導(dǎo)航有效載荷。 將轉(zhuǎn)頻后信號(hào)廣播給用戶(hù)。

（3）KASS 架構(gòu)的主要元素是：

7 個(gè) KRS 站點(diǎn)上的 14 個(gè) KRS（參考站）頻道。 兩個(gè) KPS（處理單元）和兩個(gè) KCS（監(jiān)測(cè)和控制單元）部署在兩個(gè)主要控制中心站點(diǎn)。 在 3 個(gè) KUS 衛(wèi)星廣播站點(diǎn)部署了 3 個(gè) KUS（上行鏈路站）。 確保站點(diǎn)間數(shù)據(jù)交換的廣域網(wǎng)。

圖 2 顯示了整個(gè) KASS 架構(gòu)。

（4）關(guān)鍵性能參數(shù)

在分析框架中，評(píng)估 KASS 性能以驗(yàn)證 SBAS 的主要要求。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的性能可以通過(guò)五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)表示：精度、完好性、連續(xù)性、可用性和警報(bào)時(shí)間 （TTA）。

精度特征是用戶(hù)位置的計(jì)算值與實(shí)際值之間的差值。完好性風(fēng)險(xiǎn)是指在操作期間，無(wú)論來(lái)源如何，錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致計(jì)算出的位置誤差超過(guò)最大允許值（稱(chēng)為警報(bào)限制）的概率，并且未在特定 TTA 中通知用戶(hù)。警報(bào)限制是在特定 TTA 中發(fā)出警報(bào)之前，用戶(hù)位置解決方案中允許的最大誤差。此警報(bào)限制取決于飛行階段，每個(gè)用戶(hù)都有責(zé)任根據(jù) SBAS SIS 提供的信息確定自己在給定操作階段的此限制的完好性。系統(tǒng) TTA 定義為從警報(bào)情況發(fā)生到警報(bào)在駕駛艙中顯示的時(shí)間。檢測(cè)警報(bào)條件的時(shí)間作為完好性的一個(gè)組成部分。連續(xù)性特征定義了系統(tǒng)在用戶(hù)計(jì)劃的操作期間（例如飛機(jī)的著陸階段）不間斷地執(zhí)行其功能的能力。它被評(píng)估為從操作開(kāi)始時(shí)完成精度和完好性標(biāo)準(zhǔn)的那一刻起，它們?cè)诓僮髌陂g保持不變的概率。 最后，可用性特征是在某個(gè)地理區(qū)域內(nèi)滿(mǎn)足準(zhǔn)確性、完整性和連續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間百分比。

（5）性能要求包括：

無(wú)故障條件下的系統(tǒng)性能。 Feared Events（GPS FE、KRS FE、硬件 FE）之前的系統(tǒng)性能。

在系統(tǒng)鑒定時(shí)評(píng)估的附加系統(tǒng)性能是 KASS 系統(tǒng)時(shí)間與 GPS 系統(tǒng)時(shí)間的同步，該同步應(yīng)保持在 50 ns 的范圍內(nèi)。

02

總體績(jī)效資格認(rèn)證活動(dòng)結(jié)果

性能鑒定階段于 2022 年 12 月至 2023 年 6 月進(jìn)行。對(duì)四個(gè)不同的時(shí)期進(jìn)行了深入分析。表 3 列出了合并性能結(jié)果（所有觀察期的平均值）。此外，在整個(gè)資格測(cè)試活動(dòng)期間沒(méi)有提出完好性問(wèn)題。

03

關(guān)注 5 月至 6 月

最終測(cè)試階段的全球表現(xiàn)

顯示的最終性能結(jié)果是在 2023 年 5 月 24 日至 2023 年 6 月 6 日的 15 天內(nèi)計(jì)算得出的。

(1)

衛(wèi)星校正的完好性

為了顯示每個(gè) GPS 衛(wèi)星的衛(wèi)星校正的完整性，使用 UDRE 安全指數(shù)的概念來(lái)評(píng)估完整性裕度。UDRE 安全指數(shù)定義為比率。 2023 年 5 月 30 日的 UDRE 安全指數(shù)計(jì)算結(jié)果表明，在這一天，所有 GPS 衛(wèi)星的衛(wèi)星 SFI 都保持在 1 以下，這表明 KASS 廣播的 UDRE 校正的完好性裕度很大。

(2)

電離層校正的完好性

為了顯示每個(gè) IGP 的電離層校正的完整性，使用了 GIVE 安全指數(shù)的概念。GIVE 安全指數(shù)定義為比率。實(shí)際顯示了 2023 年 5 月 30 日期間的 GIVE 安全指數(shù)計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)天所有 IGP 的電離層 SFI 都保持在 2.6 以下，這表明 KASS 廣播的電離層校正具有較大的完好性裕量。鑒于衛(wèi)星校正和電離層校正的完好性評(píng)估，無(wú)故障條件對(duì)完整性風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)與真實(shí)數(shù)據(jù)可以忽略不計(jì)，并且與系統(tǒng)部署之前使用的綜合場(chǎng)景獲得的結(jié)果相似。

(3)

用戶(hù)級(jí)別的準(zhǔn)確性

用戶(hù)位置在東經(jīng) 124° 到 134° 的經(jīng)度網(wǎng)格上定義，以及北緯 30° 到 39° 的緯度網(wǎng)格，步長(zhǎng)為 1°。演示僅限于 APV I 服務(wù)級(jí)別。其他服務(wù)的性能要求也得到滿(mǎn)足。 水平和垂直導(dǎo)航服務(wù)誤差（HNSE 和 VNSE）以米為單位顯示每個(gè)用戶(hù)位置。對(duì)于 APV I 服務(wù)（95 個(gè)百分位），將計(jì)算整個(gè)觀察期間的性能。

精度性能證明了 KPS 算法非常好的行為，在垂直軸和水平軸上都以高效和高精度校正了 GPS 軌道、時(shí)鐘和電離層。

(4)

服務(wù)可用性

對(duì)于 APV I 服務(wù)，KASS 性能為：

APV I 服務(wù)在整個(gè)服務(wù)區(qū)域內(nèi)的可用性得到充分保證。某些可用性下降僅限于最南端、任何 KASS 服務(wù)區(qū)域之外，并且不會(huì)影響性能。

對(duì)于 NPA/碼頭/航路服務(wù)，KASS 的性能為：

NPA 服務(wù)可用性在整個(gè)服務(wù)區(qū)域得到 100% 保證。

(5)

服務(wù)連續(xù)性風(fēng)險(xiǎn)

對(duì)于 APV I 服務(wù)，KASS 性能顯示表明，APV I 服務(wù)在韓國(guó)陸地（包括濟(jì)州島）的連續(xù)性得到充分保證。

對(duì)于NPA/Terminal/En-route 服務(wù)，KASS 性能顯示表明，NPA/碼頭/航路服務(wù)的連續(xù)性在對(duì)應(yīng)于仁川 FIR 的整個(gè)服務(wù)區(qū)域得到充分保證。

(6)

KASS 網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步性能

KASS 導(dǎo)航算法確保 KASS 網(wǎng)絡(luò)時(shí)間 （KNT） 與 GPS 系統(tǒng)時(shí)間同步。同步性能的計(jì)算方式和結(jié)果表明，KASS 系統(tǒng)時(shí)間與 GPS 系統(tǒng)時(shí)間同步保持在 5 ns 的范圍內(nèi)，符合最大指定值 50 ns。

(7)

本地參考點(diǎn)的績(jī)效達(dá)成

KASS 系統(tǒng)在主控中心級(jí)功能上實(shí)施在線性能監(jiān)控，從而可以近乎實(shí)時(shí)地驗(yàn)證所實(shí)現(xiàn)的性能并報(bào)告每日性能整合。結(jié)果表明， 2023 年 5 月 14 日一整天在位于濟(jì)州跟蹤站 （JJT） 的 KASS 參考站達(dá)到的每日性能。 在參考站實(shí)現(xiàn)的水平性能證實(shí)了整體 KASS 性能，特別是應(yīng)用 SBAS 校正后的殘余誤差分布在 95% 的 1.2 m 范圍內(nèi)。保護(hù)限制計(jì)算還顯示，與 40 m 處的警報(bào)限制相比，裕量很大，從而確保完整的服務(wù)可用性。在參考站實(shí)現(xiàn)的垂直性能也反映了全球 KASS 性能。應(yīng)用 SBAS 校正后的殘余誤差分布小于 2.6 m。保護(hù)限制計(jì)算還顯示，與 50 m 處的警報(bào)限制相比，具有良好的裕量，從而確保完整的服務(wù)可用性。

04

結(jié)論

獲得的性能測(cè)試結(jié)果顯示了KASS非常好的精度、連續(xù)性、完好性和可用性。KASS 信號(hào)目前正在廣播生命安全服務(wù)。下一步計(jì)劃步驟將是宣布生命安全、服務(wù)可用性和集成目前正在開(kāi)發(fā)的第二顆 GEO 衛(wèi)星。

>End

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本文轉(zhuǎn)載自“斗室智庫(kù)”，原標(biāo)題《衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)又添新丁：韓國(guó)增強(qiáng)衛(wèi)星系統(tǒng) （KASS）性能出爐》。

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