交通安全關(guān)鍵應(yīng)用被定義為具有直接或間接對(duì)人類造成傷害（死亡或受傷）、毀壞運(yùn)載工具、損害外部財(cái)產(chǎn)或環(huán)境的可能性。

責(zé)任關(guān)鍵應(yīng)用被定義為未檢測(cè)到的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）誤操作可能導(dǎo)致重大法律或經(jīng)濟(jì)后果的應(yīng)用。

一、GNSS用戶技術(shù)的主要特征和關(guān)鍵性能參數(shù)

導(dǎo)航性能必須保障交通安全與責(zé)任關(guān)鍵解決方案。本節(jié)主要介紹GNSS接收機(jī)技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，用于滿足航空、海運(yùn)、鐵路和公路運(yùn)輸中日益增長(zhǎng)的交通安全與責(zé)任關(guān)鍵應(yīng)用需求。這些領(lǐng)域使用成熟的交通安全與責(zé)任關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)建立，并且通常需要經(jīng)過(guò)認(rèn)證。

交通安全關(guān)鍵應(yīng)用的自動(dòng)化性能的發(fā)展對(duì)精度和完好性的需求不斷增加，以至采用高級(jí)、強(qiáng)健的GNSS接收機(jī)技術(shù)作為緊密耦合的傳感器組件的一部分，以提供核心定位能力。這在所有子市場(chǎng)和專業(yè)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域都很普遍。

車(chē)載導(dǎo)航設(shè)備（PNDs）歸入“大眾市場(chǎng)”部分，不包含在本節(jié)中。授時(shí)和同步接收機(jī)則歸入“高精度和定時(shí)解決方案”部分中。

GNSS交通安全與責(zé)任關(guān)鍵應(yīng)用始終需要對(duì)導(dǎo)航性能（包括完好性和強(qiáng)健性）充滿信心。最近，“保證導(dǎo)航性能”這一術(shù)語(yǔ)的使用越來(lái)越多。雖然沒(méi)有正式商定的定義，但它通常是指系統(tǒng)最大限度地降低完好性風(fēng)險(xiǎn)并在有意或無(wú)意干擾的情況下繼續(xù)發(fā)揮作用的能力。

本節(jié)的具體性能參數(shù)有：

完好性：在交通安全關(guān)鍵應(yīng)用中，特別警告是否超出精度限制對(duì)于避免災(zāi)難性事件（包括生命損失）至關(guān)重要。在責(zé)任關(guān)鍵應(yīng)用中，完好性至關(guān)重要，以避免錯(cuò)誤的收費(fèi)或罰款。

連續(xù)性：對(duì)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，確保連續(xù)性非常重要。例如，在航空活動(dòng)中，如果在某個(gè)進(jìn)程中失去導(dǎo)航，會(huì)導(dǎo)致這個(gè)進(jìn)程被丟棄。高度依賴可靠性的應(yīng)用需要連續(xù)性以確保記錄可用。

強(qiáng)健性：干擾（特別是在責(zé)任關(guān)鍵應(yīng)用中的自干擾）會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用不可用，而欺騙信號(hào)（包括自欺騙）可能會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的安全或責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)。

精度：越來(lái)越多的應(yīng)用，特別是那些具有新興自動(dòng)化功能的應(yīng)用，需要高精度性能，并且此參數(shù)成為本節(jié)的較高優(yōu)先級(jí)。

可用性：應(yīng)用需能在任何時(shí)間點(diǎn)和大型地理區(qū)域進(jìn)行，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施和天氣條件的依賴程度較低。

二、GNSS應(yīng)用行業(yè)規(guī)劃

自動(dòng)駕駛汽車(chē)和自動(dòng)無(wú)人機(jī)交通管理的出現(xiàn)對(duì)成熟市場(chǎng)帶來(lái)破壞性影響。

1.接收機(jī)行業(yè)

雖然核心GNSS技術(shù)可以在各行業(yè)中通用，但不同行業(yè)的其他技術(shù)要素通常需要量身定制。例如，航空獨(dú)有的甚高頻全向信標(biāo)臺(tái)（VOR）和測(cè)距儀（DME）技術(shù)與GNSS一起集成到飛行管理系統(tǒng)中。在鐵路部門(mén)，應(yīng)答器裝置固定在軌枕上測(cè)量列車(chē)位置。海事部門(mén)使用捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）。汽車(chē)行業(yè)使用雷達(dá)和超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航控制和停車(chē)輔助等功能。

不同行業(yè)用戶對(duì)GNSS硬件技術(shù)的要求趨同（這些行業(yè)越來(lái)越需要更高的精度，這實(shí)際上需要多頻能力），并可能出現(xiàn)橫向業(yè)務(wù)整合。例如，許多正在開(kāi)發(fā)的用于汽車(chē)應(yīng)用的芯片可能對(duì)于專業(yè)無(wú)人機(jī)應(yīng)用也具有吸引力。由于采用較短的生命周期，這種整合可能是必要的，以解決固有的高開(kāi)發(fā)成本、長(zhǎng)壽命周期和相應(yīng)的技術(shù)過(guò)時(shí)問(wèn)題。解決的關(guān)鍵在于不同運(yùn)輸部門(mén)的交通安全關(guān)鍵需求如何演進(jìn)。

例如，在汽車(chē)領(lǐng)域，未來(lái)的車(chē)輛可能會(huì)使用經(jīng)過(guò)安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的GNSS芯片支持所有車(chē)載應(yīng)用。這些芯片需要提供高精度和可靠性支持自動(dòng)化。一旦成本可以承擔(dān)，就不用為其他應(yīng)用添加額外芯片了。如集成導(dǎo)航顯示器，當(dāng)已有高性能傳感器時(shí)就不必添加了。

2.安全關(guān)鍵價(jià)值鏈的監(jiān)管環(huán)境受有影響力創(chuàng)新公司的影響

本節(jié)被劃分為具有特定監(jiān)管、認(rèn)證和運(yùn)營(yíng)框架的領(lǐng)域。每個(gè)領(lǐng)域都有自己的監(jiān)管和標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，主要參與者傾向于在價(jià)值鏈上下垂直整合，而不是橫向整合。在這些領(lǐng)域的專業(yè)技能和聲譽(yù)比規(guī)模經(jīng)濟(jì)更重要，安全優(yōu)先意味著可以接受專業(yè)產(chǎn)品的成本。

價(jià)值鏈頂端有影響力的跨國(guó)公司（亞馬遜、特斯拉、谷歌、DHL、空中客車(chē)、優(yōu)步等）的進(jìn)入正在改變用戶需求，并應(yīng)用“上行”壓力，以比過(guò)去更快的速度發(fā)展。

這些有影響力的公司不僅帶來(lái)了大量資金和游說(shuō)力量，而且還帶來(lái)了以更快的創(chuàng)新步伐進(jìn)行開(kāi)發(fā)和實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)。

與此同時(shí)，監(jiān)管“下行”壓力限制了現(xiàn)有監(jiān)管框架的發(fā)展，這些監(jiān)管框架無(wú)法應(yīng)對(duì)來(lái)自該行業(yè)的創(chuàng)新。

創(chuàng)新公司現(xiàn)在有機(jī)會(huì)幫助制定未來(lái)的法規(guī)，使其能夠支持在交通安全關(guān)鍵環(huán)境中采用創(chuàng)新技術(shù)。重點(diǎn)是從技術(shù)本身的細(xì)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢詼y(cè)量其性能的方式，以確保安全。法規(guī)不再基于規(guī)則，而是需要以性能為基礎(chǔ)——由創(chuàng)新公司提供證據(jù)支持，以確保對(duì)技術(shù)的信心。

三、接收機(jī)能力

在交通安全領(lǐng)域，雙頻和多星座將變得常見(jiàn)。

1.采用多星座方式

目前接收機(jī)在很大程度上已經(jīng)具備了多星座能力。自2016年10月5日發(fā)布第一版《GNSS用戶技術(shù)報(bào)告》以來(lái)，支持伽利略和北斗星座的百分比有所上升。支持所有星座的設(shè)備數(shù)量現(xiàn)在已接近30%，可以預(yù)見(jiàn)，它將是未來(lái)接收機(jī)最常見(jiàn)的配置。

然而，由于監(jiān)管的原因，航空仍然受到僅使用（星基增強(qiáng)系統(tǒng)，SBAS） 支持的GPS解決方案的限制，但未來(lái)的SBAS升級(jí)將納入多星座。由于產(chǎn)品生命周期長(zhǎng)和認(rèn)證要求，這將需要一些時(shí)間。例如，作為V3的一部分，歐洲地球靜止軌道導(dǎo)航重疊服務(wù)（EGNOS）將增強(qiáng)GPS和伽利略系統(tǒng)，V3計(jì)劃于2025年投入使用。

汽車(chē)應(yīng)用，譬如自動(dòng)呼叫系統(tǒng)（eCall）和高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS），通過(guò)法規(guī)的出臺(tái)或在受限環(huán)境中具有充足信號(hào)來(lái)提供性能的需要，正在推動(dòng)新星座的快速采用。

2.采用多頻段方式

2018年推出了幾組支持多頻段的新芯片。目前，只支持 L1 頻段的車(chē)型比例已降至65%以下。

推動(dòng)多星座進(jìn)入航空市場(chǎng)的SBAS升級(jí)也將推動(dòng)L5頻段的采用。同時(shí)， 對(duì)于自動(dòng)駕駛車(chē)輛，經(jīng)認(rèn)證的汽車(chē)安全完整性等級(jí)（ASIL）/ISO 26262芯片的前身已支持多個(gè)頻段（ L1 頻段和可選擇L2或L5的第二個(gè)頻段）（見(jiàn)圖1、2、3、4）。

本節(jié)整體要求高完好性，同時(shí)要求提高精度。雖然傳感器和數(shù)據(jù)融合將越來(lái)越多地發(fā)揮作用，但多頻GNSS是提供這種性能的起點(diǎn)。例如，雖然商船通常使用單頻、多星座接收機(jī)，但深海石油平臺(tái)支援船（OSV）已經(jīng)在使用多星座、多頻段接收機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)定位。

圖1 支持每個(gè)頻段的接收機(jī)的百分比

圖2 能跟蹤每個(gè)星座的接收機(jī)的百分比

圖3 能跟蹤1、2、3或所有4個(gè)頻段的接收機(jī)的百分比

圖4 能跟蹤1、2、3或所有4個(gè)GNSS星座接收機(jī)的百分比

四、接收機(jī)影響因素

監(jiān)管和認(rèn)證關(guān)注接收機(jī)的完好性。

GNSS航空接收機(jī)供應(yīng)商的數(shù)量相當(dāng)有限。成熟的制造商包括佳明（Garmin）、泰雷茲——阿萊尼亞航天公司（Thales）、羅克韋爾·柯林斯（Rockwell Collins）、CMC Electronics、Universal 和 Trimble/Ashtech，最近還增加了 Aspen/Accord和美國(guó)的Avidyne公司。最新認(rèn)證的機(jī)載接收機(jī)除了 SBAS通道外，還能夠跟蹤 100多個(gè) GNSS 衛(wèi)星信號(hào)。這些新的接收機(jī)支持所需導(dǎo)航性能（RNP）應(yīng)用，包括依賴增強(qiáng)的應(yīng)用，并能支持廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）應(yīng)用的性能需求。

側(cè)重于海上應(yīng)用的GNSS接收機(jī)通常采取集成船載用戶接收機(jī)的形式。主要通信信道是無(wú)線電信標(biāo)、衛(wèi)星 L頻段和船載自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）中的甚高頻或甚高頻數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)（VDES）。多星座和多頻設(shè)備提高了在阻塞情況下進(jìn)行導(dǎo)航的可能性。幾乎所有的海事接收機(jī)都啟用了 SBAS，SBAS的使用將在特別指南/法規(guī)出臺(tái)之后拓展。在國(guó)際海運(yùn)事業(yè)無(wú)線電技術(shù)委員會(huì)（RTCM）框架下，GSA、歐盟委員會(huì)（EC）、歐洲航天局（ESA）和地球系統(tǒng)科學(xué)聯(lián)盟（ESSP）起草了 “在海事接收機(jī)中使用 SBAS 的指南”，以推動(dòng)采用SBAS。

汽車(chē)行業(yè)值得注意的一項(xiàng)創(chuàng)新發(fā)生在2018年2月，意法半導(dǎo)體有限公司推出了全球首款多頻GNSS接收機(jī)，稱其符合自動(dòng)駕駛精度和汽車(chē)安全I(xiàn)SO 26262國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，可進(jìn)行精確定位和實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)處理，定位精度可達(dá)分米。這款新接收機(jī)在兩個(gè)頻段同時(shí)跟蹤GNSS星座的所有衛(wèi)星。使用該GNSS接收機(jī)可作為自動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，如自適應(yīng)巡航控制、車(chē)道偏離警告、自動(dòng)駕駛和代客泊車(chē)。

目前的趨勢(shì)是將穩(wěn)固的完好性概念從航空領(lǐng)域轉(zhuǎn)換到其他市場(chǎng)，例如具有其特殊性和挑戰(zhàn)性的公路。這將需要GNSS與所有機(jī)載傳感器緊密集成，因?yàn)椴粌H要實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定位的功能，而且也要實(shí)現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的功能。集成還需要深刻的環(huán)保意識(shí)和理想的協(xié)同導(dǎo)航。

在 EGNOS V3的研發(fā)中，EGNOS新能力將支持 L1/E1 和L5/E5頻段的增強(qiáng)。這將使未來(lái)多頻接收機(jī)的使用大大改進(jìn)民航、海運(yùn)和鐵路的測(cè)量和定位精度。

五、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

1.GNSS接收機(jī)是高端汽車(chē)應(yīng)用發(fā)展的核心

（1）自動(dòng)化程度提高將需要多頻接收機(jī)

目前針對(duì)高端汽車(chē)應(yīng)用的多頻GNSS接收機(jī)的開(kāi)發(fā)是在2018年首次推出用于汽車(chē)應(yīng)用的多頻芯片之后進(jìn)行的。雖然這些芯片在某種意義上可能被視為消費(fèi)級(jí)，但其代表了將專門(mén)設(shè)計(jì)用于自動(dòng)駕駛安全標(biāo)準(zhǔn)的下一代的鏈路。

多頻段和多星座接收機(jī)可以將定位精度從米級(jí)提高到分米級(jí)。高度自動(dòng)化的車(chē)輛（4級(jí)和5級(jí)自動(dòng)化）需要滿足ASIL/ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的芯片。目前的芯片為未來(lái)需要集成關(guān)鍵GNSS功能的芯片提供了基準(zhǔn)，例如：衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量控制；利用載波相位測(cè)量跟蹤多個(gè)頻段內(nèi)所有可用的GNSS信號(hào)；原始GNSS數(shù)據(jù)適合支持精確定位技術(shù)，如PPP和RTK（由針對(duì)公共和私人應(yīng)用的增強(qiáng)服務(wù)支持）；與慣性和其他車(chē)載傳感器的緊密和超緊密耦合。

（2）智能記錄儀

在歐盟內(nèi)部，約有質(zhì)量超過(guò)3.5t（貨物運(yùn)輸）或載有包括司機(jī)在內(nèi)的9人以上（客運(yùn)）的600萬(wàn)車(chē)輛安裝了記錄儀。2019年6月后注冊(cè)的新車(chē)需要安裝智能記錄儀，目的是方便與記錄儀有關(guān)的管理，減少篡改。

智能記錄儀采用GNSS，可在工作日開(kāi)始和結(jié)束時(shí)自動(dòng)記錄車(chē)輛的位置，并在累計(jì)每三個(gè)小時(shí)行駛時(shí)間后進(jìn)行一次更新。

安全性對(duì)于記錄儀至關(guān)重要，由于記錄儀記錄了很多事件，如電源中斷、安全漏洞修復(fù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等。智能記錄儀還將輸入智能交通系統(tǒng)，從而輕松地與遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)集成。

2.當(dāng)業(yè)界發(fā)布第一臺(tái)協(xié)調(diào)兼容車(chē)型時(shí)，歐洲部署eCall

GSA和歐盟聯(lián)合研究中心（JRC）（根據(jù)歐盟法規(guī)2017/79）公布了實(shí)施指南，以促進(jìn) eCall 測(cè)試的實(shí)施。它們還負(fù)責(zé)為 eCall車(chē)載單元（OBU）頒發(fā)EC類型批準(zhǔn)證書(shū)。

GSA發(fā)起了一項(xiàng)測(cè)試活動(dòng)，讓 eCall 設(shè)備制造商有機(jī)會(huì)對(duì)其設(shè)備進(jìn)行預(yù)測(cè)試，并確保伽利略和EGNOS的兼容性，作為對(duì)歐洲委員會(huì)發(fā)布的《授權(quán)法規(guī)（EU）2017/79 》的回應(yīng)。該法規(guī)規(guī)定，自2018年3月31日起，所有新車(chē)型的乘用車(chē)（m1）和輕型車(chē)輛（n1）都必須配備eCall車(chē)載系統(tǒng)。業(yè)內(nèi)人士對(duì)此表示贊賞，并接受了對(duì)改進(jìn)其產(chǎn)品的支持。

同樣，新的《聯(lián)合國(guó)車(chē)輛法規(guī)》第144條關(guān)于事故緊急呼叫系統(tǒng)（AECS）的法規(guī)于2018年7月生效，允許將性能要求和測(cè)試程序與其他系統(tǒng)（如俄羅斯的ERA- GLONASS緊急呼叫系統(tǒng)）統(tǒng)一起來(lái)。

通過(guò)這些測(cè)試，可以徹底審查需求和測(cè)試程序，評(píng)估各種不同的測(cè)試實(shí)現(xiàn)選項(xiàng)。除其他項(xiàng)目外，這些測(cè)試還評(píng)估：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下的定位精度；冷啟動(dòng)首次定位時(shí)間；信號(hào)中斷后的重新采集性能；接收機(jī)靈敏度。

3.GNSS在鐵路和物流中的應(yīng)用提高運(yùn)行安全和效率

（1）鐵路網(wǎng)將受益于GNSS

歐洲鐵路部門(mén)正努力建立一個(gè)架構(gòu)，使基于GNSS 的列車(chē)定位概念引入歐洲鐵路交通管理系統(tǒng)（ ERTMS）。在最新的 ERTMS諒解備忘錄框架內(nèi)，基于衛(wèi)星的定位已被鐵路行業(yè)列為ERTMS五大關(guān)鍵的改變游戲規(guī)則之一。2017年，在意大利的 Pinerolo-Sangone 鐵路線上啟動(dòng)了第一條打算使用GNSS的商業(yè)運(yùn)營(yíng)線路的籌備工作，通過(guò)促進(jìn)技術(shù)發(fā)展，進(jìn)一步培育了歐洲空間和鐵路行業(yè)的創(chuàng)新重點(diǎn)。作為 GSA地平線2020 STARS 項(xiàng)目（H2020 STARS）的一部分，對(duì)選定的 ERTMS參考體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行的功能性風(fēng)險(xiǎn)分析得出了關(guān)鍵的目標(biāo)性能和安全要求。根據(jù)STARS 項(xiàng)目的結(jié)果和GNSS性能測(cè)量活動(dòng)，主要鐵路業(yè)務(wù)相關(guān)方在“轉(zhuǎn)移至鐵路”（Shift2Rail X2Rail2）項(xiàng)目中最終制定了列車(chē)定位系統(tǒng)架構(gòu)，這也將影響未來(lái)具有特定要求（多頻段、多星座和 SBAS 特性） 的GNSS接收機(jī)的發(fā)展。此外，在與安全無(wú)關(guān)的應(yīng)用方面，運(yùn)營(yíng)商繼續(xù)為其車(chē)隊(duì)（在特定情況下包括貨車(chē)）配備GNSS接收器，為物流服務(wù)提供商及其客戶提供改進(jìn)的供應(yīng)鏈可視性，他們?cè)谄渌懧愤\(yùn)輸模式中習(xí)慣了類似的性能水平。在這種情況下，對(duì)GNSS的用戶要求可與道路跟蹤和可追溯解決方案相比較，有可能還利用伽利略公開(kāi)服務(wù)導(dǎo)航電文授權(quán)（Galileo OS-NMA），進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)鐵路資產(chǎn)位置的信心。

（2）使用經(jīng)認(rèn)證的GNSS管理危險(xiǎn)品運(yùn)輸

運(yùn)輸?shù)奈ｋU(xiǎn)品包括具有爆炸性、易燃性、毒性、傳染性或腐蝕性的物質(zhì)和物品。充分可靠地了解車(chē)輛位置和狀況成為有效預(yù)防或解決此類危機(jī)的一個(gè)基本要素。除了基本的跟蹤能力外，GNSS 還可以通過(guò)伽利略系統(tǒng)的身份驗(yàn)證功能提供增強(qiáng)的安全性，這有助于檢測(cè)欺騙攻擊。CEN研討會(huì)協(xié)議（CWA）16390是基于 EGNOS/EDAS/多GNSS 和伽利略O(shè)SNMA 支持的芯片提供的服務(wù)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品和應(yīng)用的技術(shù)規(guī)范。聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（UNECE）同意采用遠(yuǎn)程信息處理，并將 CWA 16390 : 2018危險(xiǎn)品國(guó)際運(yùn)輸納入考量中。

（3）持續(xù)優(yōu)化的彈性安全全球供應(yīng)鏈（CORE）

CORE 項(xiàng)目涵蓋基于EGNOS 提供服務(wù)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品。該項(xiàng)目由“歐盟第七科技框架計(jì)劃”（FP7）出資，目的是提高貿(mào)易和協(xié)調(diào)的可靠性、速度和效率，同時(shí)提高全球貿(mào)易監(jiān)督的效力。CORE項(xiàng)目的目的是展示如何通過(guò)集成互操作性、安全性、實(shí)時(shí)優(yōu)化和彈性來(lái)獲得具有成本效益、快速和可靠的解決方案。

4.展望航空采用多星座、多頻段

GNSS是航空通信、導(dǎo)航和監(jiān)視基礎(chǔ)設(shè)施的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。它不僅可以支持飛行所有階段的導(dǎo)航應(yīng)用，例如線性參變（ LPV）方法和所要求的導(dǎo)航性能， 還可以支持ADS-B等監(jiān)視應(yīng)用。產(chǎn)品生命周期長(zhǎng)和對(duì)標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證的安全驅(qū)動(dòng)需求，意味著航空利用GNSS幾乎完全限制在一個(gè)星座和頻段。然而，采用多星座和多頻段的情況就要到來(lái)。雖然GNSS在航空中最明顯的用途是導(dǎo)航，但它也可用于監(jiān)視。

（1）廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）

ADS-B是飛機(jī)確定其位置的一項(xiàng)技術(shù)，一般通過(guò)GNSS來(lái)實(shí)現(xiàn)，并定期廣播飛機(jī)的位置，以便空中管制人員和其他飛機(jī)進(jìn)行跟蹤。在一些地點(diǎn)，ADS-B 是主要的監(jiān)視手段，因?yàn)榈孛胬走_(dá)基礎(chǔ)設(shè)施不足或經(jīng)濟(jì)上不可行，但GNSS的普及提供了一項(xiàng)解決方案。

在歐洲，監(jiān)視性能和互操作性實(shí)施法規(guī)127/2011（SPI IR）規(guī)定，飛行器（大于5700kg或超過(guò) 250海里/小時(shí)）在2015年前必須符合S模式和ADS-B模式輸出要求。由于所要求設(shè)備的認(rèn)證和可利用率方面的延誤，以及裝配飛機(jī)的工業(yè)能力的限制，運(yùn)營(yíng)商遵從SPI IR要求的日期已經(jīng)修訂并推遲到2020年。

雖然 ADS-B是一項(xiàng)最新的技術(shù)，但最近天基ADS-B接收機(jī)的發(fā)展意味著它很可能會(huì)被更多采用。最近，美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）、加拿大導(dǎo)航公司（Nav Canada）以及 Aireon公司使用以125W運(yùn)行的 ADS-B轉(zhuǎn)發(fā)器完成了基于衛(wèi)星 ADS-B系統(tǒng)的兩次飛行測(cè)試。66個(gè)天基 ADS-B 接收機(jī)中的三分之一不受地基ADS-B和雷達(dá)技術(shù)視線受阻的限制，在試驗(yàn)期間成功地接收了數(shù)據(jù)。預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，采用多星座和多頻段將對(duì)強(qiáng)健性和完好性產(chǎn)生積極影響。

（2）機(jī)載分離輔助系統(tǒng)（ASAS）

ASAS是利用ADS-B將信息從飛機(jī)傳輸?shù)降孛婧推渌w機(jī)的應(yīng)用程序的集合。ASAS使機(jī)組人員能夠?qū)w機(jī)彼此分離開(kāi)來(lái)，并提供周?chē)煌顩r的飛行信息。ASAS有望提高駕駛艙的安全性，包括態(tài)勢(shì)感知、自主操作模式以及直接呈現(xiàn)給機(jī)組人員的指導(dǎo)。這些都對(duì)能力、飛行效率以及成本和環(huán)境具有積極影響。

（3）ADS-B 中的原始數(shù)據(jù)

預(yù)計(jì)原始GNSS測(cè)量將是監(jiān)視的未來(lái)。ADS-B消息在派生位置坐標(biāo)處廣播原始數(shù)據(jù)（包括偽距和載波相位數(shù)據(jù)），使飛機(jī)能夠更準(zhǔn)確地估計(jì)其他飛機(jī)的飛行路線，即使在受損的條件下也可以較安全地運(yùn)行。原始測(cè)量也是實(shí)現(xiàn)與距離測(cè)量設(shè)備（DME）、遠(yuǎn)距離無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)（eLoran）、銥星（Iridium）等系統(tǒng)真正集成以及與無(wú)人機(jī)和泛在無(wú)線信號(hào)結(jié)合的一種方法。這些改進(jìn)只需要ADS-B消息內(nèi)容的軟件更新，國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)（SAE international）已經(jīng)開(kāi)始制定標(biāo)準(zhǔn)，將這一方法納入主流趨勢(shì)中。

5.GNSS增強(qiáng)推動(dòng)航空導(dǎo)航的演變

（1）用于定位和導(dǎo)航的混合傳感器解決方案

長(zhǎng)期以來(lái)，航空在其導(dǎo)航系統(tǒng)中一直將GNSS和慣性技術(shù)結(jié)合起來(lái)。基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的導(dǎo)航系統(tǒng)的研究已經(jīng)進(jìn)行了一段時(shí)間， 但增強(qiáng)視覺(jué)系統(tǒng)（EVS）和合成視覺(jué)系統(tǒng)（SVS）的最新發(fā)展或可在儀表飛行規(guī)則（IFR）或邊界條件上提供新的可能性。

（2）先進(jìn)接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)（ARAIM）開(kāi)發(fā)

隨著新的GNSS星座和新信號(hào)的出現(xiàn)，有很大的潛力擴(kuò)大接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)（RAIM）在飛機(jī)導(dǎo)航中的作用，并開(kāi)發(fā)一種新的GNSS完好性方法，能夠支持所有飛行階段的飛機(jī)運(yùn)行，包括實(shí)現(xiàn)LPV-200的全球覆蓋。

（3）伽利略地基增強(qiáng)系統(tǒng)（GBAS）

為伽利略和GLONASS提供增強(qiáng)信號(hào)的GBAS可以實(shí)現(xiàn)多星座和多頻段精度，并有可能克服儀表著陸系統(tǒng)（ILS，也成盲降系統(tǒng)）的局限性，不管能見(jiàn)度如何，可用III類（CAT III）盲降系統(tǒng)著陸。

6.專業(yè)無(wú)人機(jī)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)步

精準(zhǔn)可靠的跟蹤信息、連接性、各種數(shù)據(jù)源的混合以及監(jiān)管統(tǒng)一對(duì)讓無(wú)人機(jī)市場(chǎng)充分發(fā)揮潛力至關(guān)重要。

1）預(yù)計(jì)近期內(nèi)無(wú)人機(jī)流量增大將需要自動(dòng)無(wú)人機(jī)/無(wú)人機(jī)交通管理系統(tǒng) （UTM）， 該系統(tǒng)將與每架無(wú)人機(jī)保持聯(lián)系，并根據(jù)不斷變化的空域環(huán)境和任何檢測(cè)到的交通危險(xiǎn)改變飛行路線。預(yù)計(jì)無(wú)人機(jī)交通的很大一部分將包括主要在低空（＜ 500 英尺）的短程飛行，那里存在諸多障礙。空域進(jìn)入限制（地理圍欄） 將使情況進(jìn)一步復(fù)雜化。由于天氣、事件或緊急情況等因素，預(yù)計(jì)地理圍欄將發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。因此，可靠的連接解決方案對(duì)于實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)交通至關(guān)重要。所使用的技術(shù)可能會(huì)根據(jù)環(huán)境而變化，例如在復(fù)雜的城市環(huán)境中，精度和高連通性很關(guān)鍵，而在農(nóng)村環(huán)境中，會(huì)更加重視確保長(zhǎng)距離中保持連接?？赡苄枰獮閺?fù)雜的低層環(huán)境中的無(wú)人機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)新的經(jīng)航空認(rèn)證的GNSS接收機(jī)， 因?yàn)槿缃褫d人航空中所使用的接收機(jī)的準(zhǔn)確性不夠，必須研發(fā)微型化測(cè)量接收機(jī)（具有多星座多頻段、實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)和精確點(diǎn)定位功能）。在這種情況下，自主操作將大大受益于如相機(jī)這樣的其他傳感器的數(shù)據(jù)混合。神經(jīng)處理等技術(shù)將利用從視覺(jué)來(lái)源獲得的信息驗(yàn)證無(wú)人機(jī)的位置，并識(shí)別感興趣的物體。

2）歐洲航空安全局（EASA）即將頒布NPA-2017-05規(guī)章制修訂通知和2018年1月意見(jiàn)稿中概述的歐洲無(wú)人機(jī)聯(lián)合規(guī)定的最終版。該規(guī)定建議采用基于風(fēng)險(xiǎn)的方法對(duì)無(wú)人機(jī)提出不同的要求。通過(guò)提高伽利略系統(tǒng)彈性，對(duì)于確保維護(hù)適當(dāng)?shù)陌踩陵P(guān)重要。另外，歐盟委員會(huì)和單一歐洲天空項(xiàng)目聯(lián)合執(zhí)行體（SESAR）正在謀求開(kāi)發(fā)使歐洲U-Space空域藍(lán)圖成為可能的服務(wù)。目標(biāo)是用U1到U4 四個(gè)步驟引入U(xiǎn)-Space空域藍(lán)圖，在日益復(fù)雜的環(huán)境中逐步實(shí)現(xiàn)“超視距視線”（BVLOS） 的自主運(yùn)行。為確保安全，將根據(jù)無(wú)人機(jī)的工作環(huán)境，對(duì)無(wú)人機(jī)的完好性和安全性提出某些最低要求。由于其固有的安全性，伽利略系統(tǒng)和EGNOS系統(tǒng)可在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中使用。初始運(yùn)行將作為 IFR交通規(guī)則引入受管制空域。一旦開(kāi)發(fā)出完全滿足需要的檢測(cè)與避讓技術(shù)，BVLOS 無(wú)人機(jī)有望也與目視飛行規(guī)則（VFR）無(wú)縫集成。迄今為止，已發(fā)布了一些發(fā)展U-Space 概念的提案。

7.正在進(jìn)行改進(jìn)海洋監(jiān)視、跟蹤和監(jiān)測(cè)的開(kāi)發(fā)

（1）用于海事用戶的 SBAS

GNSS是海上定位、導(dǎo)航與授時(shí)（PNT）的主要手段，但完好性和精確性的需求意味著單獨(dú)將GNSS用于沿?；蚋劭谧鳂I(yè)是不夠的。多年來(lái)，國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)（IALA） 差分GNSS（DGNSS）系統(tǒng)一直是解決方案，但如今，海事部門(mén)也在考慮使用SBAS， SBAS可與海洋無(wú)線電信標(biāo)DGNSS互補(bǔ)。

（2）改進(jìn)AIS

AIS是一個(gè)海岸跟蹤系統(tǒng)，自動(dòng)向其他船舶和海事部門(mén)廣播船只的信息。AIS通信使用甚高頻應(yīng)答器（雙頻161.975 MHz和161.975 MHz）進(jìn)行，帶寬為25 kHz。該應(yīng)用支持安全導(dǎo)航和碰撞避免。搭載在低地球軌道衛(wèi)星上的AIS接收機(jī)增加了覆蓋范圍。船舶現(xiàn)在可以檢測(cè)到陸基AIS 接收機(jī)發(fā)出的40nm范圍以外的信號(hào)，從而有助于AIS作為漁業(yè)監(jiān)測(cè)工具的使用。對(duì)海上安全和非法捕魚(yú)的關(guān)切促使?jié)O船強(qiáng)制引入AIS（歐盟對(duì)超過(guò)15m的船只強(qiáng)制實(shí)行）。

伽利略的OS-NMA可以通過(guò)提高彈性為AIS應(yīng)用提供更多好處。OS-NMA能夠通過(guò)在E1頻段中對(duì)開(kāi)放服務(wù)導(dǎo)航電文進(jìn)行數(shù)字簽名來(lái)保護(hù)用戶免受欺騙攻擊。

此外，AIS在緊急無(wú)線示位標(biāo)（EPIRBs）中被用作尋位信號(hào)，搜救直升機(jī)可用其來(lái)尋找遇險(xiǎn)船只。

8.GNSS是在太空中提供可靠PNT的關(guān)鍵

星載GNSS接收機(jī)為飛行任務(wù)提供了一系列能力：導(dǎo)航（特別是精確的軌道確定）、姿態(tài)確定、精確計(jì)時(shí)、地球科學(xué)應(yīng)用（作為遙感工具）和發(fā)射裝置導(dǎo)航。與地面接收機(jī)相比，雖然星載接收機(jī)需要應(yīng)對(duì)極端的動(dòng)力、環(huán)境輻射和發(fā)射的機(jī)械應(yīng)力，但總體而言，它們提供的位置、速度和時(shí)間（PVT）服務(wù)與地面接收機(jī)相同。

GNSS在太空中的使用有很長(zhǎng)的歷史。第一臺(tái)星載GNSS接收機(jī)于1982年7月16日在Landsat-4衛(wèi)星上使用，自20世紀(jì)90年代初以來(lái)普遍使用。自2004年以來(lái)，美國(guó)航空航天局（NASA）一直致力于在其空間導(dǎo)航服務(wù)域（SSV）中具體說(shuō)明GPS的性能。

對(duì)于一些低地球軌道任務(wù)（如立方星），采用VHDL描述的COTS FPGA硬件應(yīng)用于高動(dòng)態(tài)（包括加寬多普勒窗口）是常見(jiàn)的做法。只有在任務(wù)壽命較短、不穿越范艾倫帶的情況下，這種做法才是可行的，因?yàn)榉栋瑐悗У母咻椛渌叫枰馆椛溲b置。

除低地球軌道GNSS在使用外，多星座還提供了更好的可用性。在3000～36000km的高度上，由于地球的暗影對(duì)GNSS信號(hào)的遮蔽，單一星座GNSS的使用具有挑戰(zhàn)性。使用 “聚合信號(hào)” （包括旁瓣） 會(huì)從根本上增加可視衛(wèi)星數(shù)量。NASA的磁層多尺度（MMS）任務(wù)在2016年創(chuàng)造了紀(jì)錄，星載設(shè)備有迄今飛行高度最高（超過(guò)70000km）的實(shí)用GPS接收機(jī)，也是運(yùn)行速度最快的 GPS 接收機(jī)，在近地點(diǎn)為每小時(shí) 35000km。在本報(bào)告發(fā)布之時(shí)，聯(lián)合國(guó)GNSS國(guó)際委員會(huì)正準(zhǔn)備印發(fā)一份有關(guān)SSV的文件，其目的是描述低地球軌道與近地球靜止軌道之間GNSS的使用情況。GNSS之間的互操作性被視為在太空，特別是在地球靜止軌道上，提供可靠PNT的關(guān)鍵，這很可能通過(guò)使用通用參考時(shí)鐘或時(shí)間尺度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

正如NASA研究報(bào)告中所說(shuō)的那樣，多星座提供了更多好處：“僅使用來(lái)自每個(gè)星座的主波束‘溢出’地球覆蓋信號(hào)進(jìn)行的初步幾何分析表明，將GPS和伽利略相結(jié)合可使地球靜止軌道上平均可視3顆衛(wèi)星，30% 的時(shí)間可視4顆衛(wèi)星。相比之下，GPS、伽利略、GLONASS、北斗、準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)（QZSS）以及印度的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（NavIC）相配合，使用L1頻段信號(hào)將近95% 的時(shí)間在地球靜止軌道上可視4顆衛(wèi)星。

9.搜救信標(biāo)將很快受益于伽利略返向鏈路服務(wù)

伽利略提供搜索與救援（SAR）初始服務(wù)，每天可挽救5條生命，在2019年返向鏈路服務(wù)（RLS）投入運(yùn)行時(shí)將帶來(lái)更多好處。

全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)（Cospas-Sarsat）是一個(gè)國(guó)際衛(wèi)星通信系統(tǒng)，可偵測(cè)和定位激活緊急信標(biāo)，并向搜索和救援部門(mén)發(fā)送遇險(xiǎn)警報(bào)。隨著信標(biāo)技術(shù)的不斷改進(jìn)和多星座能力的不斷提高，GNSS在提供精確定位信息方面的作用日益重要。尤其是，GSA承諾支持引入伽利略增值服務(wù)- RLS，這將提高賦能，例如可在15分鐘內(nèi)確認(rèn)向遇險(xiǎn)信標(biāo)發(fā)出的信息，并遠(yuǎn)程激活信標(biāo)，還可能檢測(cè)到假警報(bào)。

隨著合成孔徑雷達(dá)（SAR）信標(biāo)的年產(chǎn)量以5% 的速度增長(zhǎng)（根據(jù)2017年的數(shù)據(jù)估計(jì)），并考慮到70% 接受調(diào)查的SAR 制造商宣布將伽利略定位系統(tǒng)納入其產(chǎn)品路線圖，伽利略RLS將給目前的搜索與救援業(yè)務(wù)帶來(lái)更多好處。

10.所有交通運(yùn)輸模式中的關(guān)鍵性能參數(shù)受益于伽利略和EGNOS

（1）伽利略系統(tǒng)

交通安全與責(zé)任關(guān)鍵解決方案需要準(zhǔn)確可靠的定位信息，這在大多數(shù)情況下都可以獲得。與其他GNSS一起使用，伽利略系統(tǒng)對(duì)此做出了重大貢獻(xiàn)。由于增加了伽利略系統(tǒng)，現(xiàn)有衛(wèi)星數(shù)量增加，大大提高了所提供地點(diǎn)的精確性和可用性。這在像城市峽谷這樣具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中特別重要，主要原因是高樓的密度，建筑對(duì)接收機(jī)和導(dǎo)航衛(wèi)星形成遮擋。伽利略衛(wèi)星還支持實(shí)現(xiàn)更快的首次定位時(shí)間。

增加伽利略系統(tǒng)也提高了強(qiáng)健性。一方面，伽利略信號(hào)、數(shù)據(jù)和頻段的增加使欺騙和干擾更容易被檢測(cè)到。另一方面，伽利略獨(dú)特的身份驗(yàn)證功能，即導(dǎo)航電文身份驗(yàn)證（NMA）和信號(hào)身份驗(yàn)證服務(wù)（SAS），可確保信號(hào)沒(méi)有被篡改。

因此，伽利略系統(tǒng)將有助于估計(jì)一個(gè)充分可靠的地點(diǎn)，用于交通安全與責(zé)任關(guān)鍵應(yīng)用，譬如車(chē)聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)駕駛汽車(chē)等。

（2）EGNOS

與伽利略系統(tǒng)一樣，由于不同的校正廣播，在交通安全與責(zé)任關(guān)鍵解決方案中使用EGNOS，也在實(shí)現(xiàn)精確性方面做出了積極貢獻(xiàn)。然而，EGNOS的真正附加值在于提供完好性和連續(xù)性，使其成為航空和海事解決辦法的重要補(bǔ)充。