内容简介
《航空导航增强数据处理与分析》从航空导航的实际应用需求出发，全面分析了GNSS完好性监测的根源和本质，深入研究了航空导航增强数据处理的过程和方法，构建了完好性监测综合评估系统框架，确保系统的完好性及服务性能。
《航空导航增强数据处理与分析》共分5章。第1章主要介绍航空导航应用需求，分析航空导航增强系统的起源以及各类增强系统的技术发展和体系架构；第2章主要介绍航空导航增强系统可用性预测方法，详细阐述各类增强系统的可用性处理过程、工作原理以及各项关键技术算法验证；第3章分别介绍各类增强系统在电离层异常、对流层异常以及频间偏差下的误差建模方法；第4章分别介绍各类增强系统的完好性监测原理和方法，详尽给出了监测体系设计、各种监测处理算法模型、完好性性能分析结果等；第5章介绍航空导航增强系统完好性风险包络和评估方法。
《航空导航增强数据处理与分析》可供航空信息工程、空中交通管制、航空导航等相关专业的科研与工程技术人员使用，也可作为相关专业的研究生教材。
目录
第1章 绪论 1
1.1 民航卫星导航应用需求 1
1.1.1 传统航空导航应用情况 1
1.1.2 卫星导航在航空中的应用 1
1.1.3 基于性能导航PBN 2
1.1.4 PBN的性能需求 3
1.2 航空导航增强和完好性概念 6
1.3 航空导航地基增强系统（GBAS）技术 9
1.3.1 GBAS的概念 9
1.3.2 GBAS进近服务等级 13
1.3.3 GBAS的应用 15
1.3.4 GBAS的发展趋势 20
1.4 航空导航星基增强系统（SBAS）技术 23
1.4.1 SBAS的概念 23
1.4.2 SBAS的演进过程 24
1.4.3 SBAS的应用 26
1.4.4 SBAS的发展趋势 27
1.5 航空导航机载增强系统（ABAS）技术 33
1.5.1 ABAS的概念 33
1.5.2 ABAS的演进过程 34
1.5.3 ABAS的应用 35
1.5.4 ARAIM技术 36
1.5.5 ABAS的发展趋势 46
第2章 航空导航增强系统可用性预测 50
2.1 SBAS可用性预测 50
2.1.1 EGNOS可用性预测 51
2.1.2 MSAS可用性预测 54
2.1.3 GAGAN可用性预测 55
2.2 GBAS可用性预测 56
2.2.1 EWR可用性预测 58
2.2.2 IAH可用性预测 59
2.2.3 GIG可用性预测 59
航空导航增强数据处理与分析
2.3 ABAS可用性预测 61
2.3.1 Volpe可用性预测 62
2.3.2 MSAS可用性预测 63
2.3.3 AUGUR可用性预测 64
2.3.4 中国航科院可用性预测 64
第3章 航空导航增强系统完好性风险建模 99
3.1 电离层异常建模 66
3.1.1 电离层异常机理 99
3.1.2 电离层时空特性分析 69
3.1.3 电离层威胁模型建模方法 73
3.1.4 电离层暴异常建模 83
3.1.5 等离子体泡异常建模 94
3.2 对流层异常建模 126
3.2.1 对流层异常建模研究现状 126
3.2.2 对流层异常机理 127
3.2.3 中国区域管异常误差 129
3.2.4 中国区域非标称对流层误差 132
3.3 频间偏差建模 136
3.3.1 IFB剩余不确定性估计 136
3.3.2 双频保护级优化 141
3.3.3 基于双频保护级的完好性分析 147
第4章 航空导航增强系统完好性监测 151
4.1 电离层异常监测 151
4.1.1 电离层异常监测研究现状 151
4.1.2 电离层异常风险监测需求 155
4.1.3 单频电离层异常监测方法 159
4.1.4 双频电离层异常监测方法 164
4.1.5 数据驱动的电离层异常监测方法 175
4.1.6 电离层异常监测性能评估（以等离子体泡为例） 188
4.2 对流层异常监测 200
4.2.1 对流层异常监测研究现状 200
4.2.2 基于卡尔曼滤波的保护级计算方法 201
4.2.3 仿真设置与结果 203
4.3 频间偏差（IFB）完好性监测 207
4.3.1 IFB不确定性对双频CCD监测器的影响 207
4.3.2 IFB不确定性对双频MRCC的影响 220
4.3.3 IFB不确定性对σ－μ监测器的影响 222
4.3.4 小结 2
第5章 完好性风险包络和评估 225
5.1 误差包络概述 225
5.2 误差包络总体计算框架 225
5.3 误差分布模型 226
5.3.1 高斯核拉普拉斯尾包络 226
5.3.2 球对称包络 227
5.3.3 极值误差包络 229
5.3.4 混合高斯包络 230
5.4 误差包络方法 232
5.4.1 传统误差包络 2
5.4.2 对包络算法 2
5.5 误差包络改进算法 233
5.5.1 基于时间序列分析的相关误差包络方法 233
5.5.2 基于异方差性建模的误差分布模型 247
参考文献 255
缩略语表 267
前言/序言
航空业在世界经济活动中发挥着重要的作用，它是世界上经济增长最快的行业之一。为了使全球空中航行系统更加安全、更加高效、更加环保，需要充分利用科技的发展，不断提高系统的安全水平和运行效率，为航空业的可持续发展提供强有力的支持和保障。
国际民航组织（International Civil Aviation Organisation，ICAO）近年的工作主要围绕着提升全球空中航行系统安全水平和运行效能而开展。早期，ICAO以技术为出发点，提出通信导航监视/空中交通管理（Communication，Navigationand Surveillance/Air Traffic Management，CNS/ATM）系统的概念，简称新航行系统，并制订了《CNS/ATM系统全球空中航行计划》（Doc9750号文件）来指导CNS/ATM系统的实施。但是，随着工作开展过程中一系列问题的出现，ICAO认识到CNS/ATM技术本身并不能够改进航行系统。提升航行系统运行水平，需要以明确的运行效能要求为目标，建立全球一体化的空中航行系统。
随着对卫星导航相关理论的深入研究和全球卫星导航系统（Global Naviga－tion Satellite System，GNSS）的广泛应用，系统导航服务性能（精度、连续性、完好性、可用性）得到了极大的提高，系统完好性也越来越成为用户关注的重点；特别是航空用户，在航空全飞行阶段对卫星导航系统都有着非常严格的完好性要求。完好性是指当卫星导航系统发生任何故障而导致用户定位误差超过允许限值时，系统及时发出报警的能力。如果没有完好性的服务性能保障，那么GNSS只能充当辅助导航的角色，因此想要将GNSS作为主导航源，必须解决系统完好性这个难题。为了保证系统安全有效地运行，利用增强系统进行完好性监测已成为目前国内外学者的研究热点。
本书针对当前国内外GNSS完好性监测和航空导航增强数据处理与分析研究中存在的热点和难点问题，依托北斗卫星导航系统重大专项“北斗民航国际标准化推进工程（2015－2023）”、国家重点研发计划课题项目“北斗航空服务性能无人空基测试验证关键技术研究”等课题研究成果，全面分析了GNSS完好性监测的根源和本质，深入研究了航空导航增强数据处理的过程和方法，构建了完好性监测综合评估系统框架确保系统的完好性服务性能。
本书在总结国内外航空导航增强系统及完好性技术研究成果的基础上，系统阐述了“航空导航增强系统可用性预测”、“航空导航增强系统完好性监测”和“航空导航增强系统完好性风险包络”三大主题：重点介绍了航空导航增强系统设计、算法实现、完好性监测、可用性分析等关键技术的实现过程和分析结果。
本书共分5章。第1章主要介绍航空导航应用需求，分析航空导航增强系统完好性的起源，以及介绍地基增强系统（Ground－Based Augmentation System，GBAS）、星基增强系统（Satellite－Based Augmentation System，SBAS）和空基增强系统（Aircraft Based Augmentation System，ABAS）的技术发展和体系架构。第2章主要介绍航空导航系统可用性预测。各系统可用性处理过程和工作原理，以及各项关键技术算法验证。第3章分别介绍了各航空导航增强系统在电离层异常、对流层异常以及频间偏差下航空导航系统误差的建模方法。第4章分别介绍了各航空导航系统完好性监测原理和方法较为详尽地给出了相应的监测体系设计、各种监测处理算法模型、完好性性能分析结果等。第5章介绍了航空导航增强系统完好性风险包络，从误差包络由来误差包络总体架构设计、误差包络分布模型和误差包络方法四个方面介绍误差包络在航空导航增强系统应用中的关键作用。
本书由王志鹏教授策划并确定了全书的总体思路，融入了作者近年来在航空导航增强领域的原创性科研成果，并编写了大部分内容。由于作者水平有限，书中错误和不当之处在所难免，恳请读者批评指正。
作者
2024年10月
