卫星导航系统又添新丁：韩国增强卫星系统 （KASS）性能出炉

韩国增强卫星系统 （KASS） 是韩国的星基增强系统 （SBAS），目前由韩国宇宙航空研究院 （KARI） 开发。其任务是在韩国地区提供符合国际民用航空组织 （ICAO） SARPS 附件 10 [1] 的 SBAS 服务，服务水平达到规定 的APV I级别。KASS 将为民用航空提供安全关键服务，以及可供其他形式的运输以及可能的其他位置、导航和授时 （PNT） 应用提供开放式服务。为了在约定的服务区域内为配备适当设备的用户提供改进的 GNSS 导航服务，KASS 将广播美国全球定位系统 （GPS） 标准定位服务 （SPS） 的增强信号。增强信号将提供 GPS 卫星、轨道和时钟的校正以及轨道/时钟残余误差的完好性边界，以及电离层延迟的校正和完好性边界。增强信号将由两颗对地静止地球轨道 （GEO） 卫星广播，并由 GPS/SBAS 用户设备用于计算导航解决方案。

泰雷兹阿莱尼亚宇航公司是这一开发项目的行业主要承包商。

1. 深入了解 KASS

（1）KASS 系统实施从不同制造商或服务提供商处获得的以下部分：

• 地面段，包括 KASS的 参考站 （KRS）、冗余处理站 （KPS）、控制站 （KCS）、上行链路站 （KUS） 和外部数据接口网络。

• 网络段，确保分布在韩国的所有子系统 （WAN） 和 WAN 网络监控 （WNM） 之间的通信网络。

• 空间段，包括 两个GEO 上的导航有效载荷。

KASS 系统部署于 2020 年底开始，并于 2022 年底完成，地面段与 GEO 卫星 （MEASAT-3D） 集成。KASS 导航信号自 2022 年 12 月起通过开放服务配置（消息类型 0/2 广播）进行广播。最终的系统认证于 2023 年 12 月进行，从而可以开始安全生命服务。这里介绍了整体 KASS 架构，以及在完全部署 KASS 操作配置的情况下，在站点认证阶段获得的性能结果。

（2）KASS 系统旨在确保四个安全关键服务级别：

• 在仁川 FIR 地区上空的途中，到达初始巡航高度后的航段，直到开始下降到目的地。

• 仁川 FIR 区域上的终端，用于从飞机下降到初始进近修复。

• 仁川 FIR 区域上的 NPA，用于航空中的非精密进近 （NPA），使用横向引导但不使用垂直引导的仪表进近和着陆。

• 在韩国陆地（包括济州岛）上空进行 APV I，用于垂直制导的精密进近。

KASS 将在仁川 FIR 地区提供开放服务。图 1 显示了 KASS 服务区域。KASS 旨在成为一个系统的系统，确保以下主要功能：

• 在大韩民国的不同地点收集 GPS 数据（将来可能在其他州收集）。

• 根据 KASS 的 GPS 卫星测距测量计算校正和相关的完好性边界。

• 电文格式符合 ICAO SARPS 附件 10 [1] 和 RTCA MOPS 229-D 变更 1 [2] 中标准化的 SBAS 用户界面。

• 将携带这些电文的信号上行传输到 KASS GEO 上的导航有效载荷。

• 将转频后信号广播给用户。

（3）KASS 架构的主要元素是：

• 7 个 KRS 站点上的 14 个 KRS（参考站）频道。

• 两个 KPS（处理单元）和两个 KCS（监测和控制单元）部署在两个主要控制中心站点。

• 在 3 个 KUS 卫星广播站点部署了 3 个 KUS（上行链路站）。

• 确保站点间数据交换的广域网。

图 2 显示了整个 KASS 架构。

（4）关键性能参数

在分析框架中，评估 KASS 性能以验证 SBAS 的主要要求。

卫星导航系统的性能可以通过五个标准来表示：精度、完好性、连续性、可用性和警报时间 （TTA）。

精度特征是用户位置的计算值与实际值之间的差值。完好性风险是指在操作期间，无论来源如何，错误都可能导致计算出的位置误差超过最大允许值（称为警报限制）的概率，并且未在特定 TTA 中通知用户。警报限制是在特定 TTA 中发出警报之前，用户位置解决方案中允许的最大误差。此警报限制取决于飞行阶段，每个用户都有责任根据 SBAS SIS 提供的信息确定自己在给定操作阶段的此限制的完好性。系统 TTA 定义为从警报情况发生到警报在驾驶舱中显示的时间。检测警报条件的时间作为完好性的一个组成部分。连续性特征定义了系统在用户计划的操作期间（例如飞机的着陆阶段）不间断地执行其功能的能力。它被评估为从操作开始时完成精度和完好性标准的那一刻起，它们在操作期间保持不变的概率。最后，可用性特征是在某个地理区域内满足准确性、完整性和连续性标准的时间百分比。

（5）性能要求包括：

• 无故障条件下的系统性能。

• Feared Events（GPS FE、KRS FE、硬件 FE）之前的系统性能。

在系统鉴定时评估的附加系统性能是 KASS 系统时间与 GPS 系统时间的同步，该同步应保持在 50 ns 的范围内。

2. 总体绩效资格认证活动结果

性能鉴定阶段于 2022 年 12 月至 2023 年 6 月进行。对四个不同的时期进行了深入分析。表 3 列出了合并性能结果（所有观察期的平均值）。此外，在整个资格测试活动期间没有提出完好性问题。

3. 关注 5 月至 6 月最终测试阶段的全球表现

显示的最终性能结果是在 2023 年 5 月 24 日至 2023 年 6 月 6 日的 15 天内计算得出的。

（1）卫星校正的完好性

为了显示每个 GPS 卫星的卫星校正的完整性，使用 UDRE 安全指数的概念来评估完整性裕度。UDRE 安全指数定义为比率。2023 年 5 月 30 日的 UDRE 安全指数计算结果表明，在这一天，所有 GPS 卫星的卫星 SFI 都保持在 1 以下，这表明 KASS 广播的 UDRE 校正的完好性裕度很大。

（2）电离层校正的完好性

为了显示每个 IGP 的电离层校正的完整性，使用了 GIVE 安全指数的概念。GIVE 安全指数定义为比率。实际显示了 2023 年 5 月 30 日期间的 GIVE 安全指数计算结果表明，当天所有 IGP 的电离层 SFI 都保持在 2.6 以下，这表明 KASS 广播的电离层校正具有较大的完好性裕量。鉴于卫星校正和电离层校正的完好性评估，无故障条件对完整性风险的贡献与真实数据可以忽略不计，并且与系统部署之前使用的综合场景获得的结果相似。

（3）用户级别的准确性

用户位置在东经 124° 到 134° 的经度网格上定义，以及北纬 30° 到 39° 的纬度网格，步长为 1°。演示仅限于 APV I 服务级别。其他服务的性能要求也得到满足。水平和垂直导航服务误差（HNSE 和 VNSE）以米为单位显示每个用户位置。对于 APV I 服务（95 个百分位），将计算整个观察期间的性能。

精度性能证明了 KPS 算法非常好的行为，在垂直轴和水平轴上都以高效和高精度校正了 GPS 轨道、时钟和电离层。

（4）服务可用性

对于 APV I 服务，KASS 性能为：

APV I 服务在整个服务区域内的可用性得到充分保证。某些可用性下降仅限于最南端、任何 KASS 服务区域之外，并且不会影响性能。

对于 NPA/码头/航路服务，KASS 的性能为：

NPA 服务可用性在整个服务区域得到 100% 保证。

（5）服务连续性风险

对于 APV I 服务，KASS 性能显示表明，APV I 服务在韩国陆地（包括济州岛）的连续性得到充分保证。

对于NPA/Terminal/En-route 服务，KASS 性能显示表明，NPA/码头/航路服务的连续性在对应于仁川 FIR 的整个服务区域得到充分保证。

（6）KASS 网络时间同步性能

KASS 导航算法确保 KASS 网络时间 （KNT） 与 GPS 系统时间同步。同步性能的计算方式和结果表明，KASS 系统时间与 GPS 系统时间同步保持在 5 ns 的范围内，符合最大指定值 50 ns。

（7）本地参考点的绩效达成

KASS 系统在主控中心级功能上实施在线性能监控，从而可以近乎实时地验证所实现的性能并报告每日性能整合。结果表明， 2023 年 5 月 14 日一整天在位于济州跟踪站 （JJT） 的 KASS 参考站达到的每日性能。在参考站实现的水平性能证实了整体 KASS 性能，特别是应用 SBAS 校正后的残余误差分布在 95% 的 1.2 m 范围内。保护限制计算还显示，与 40 m 处的警报限制相比，裕量很大，从而确保完整的服务可用性。在参考站实现的垂直性能也反映了全球 KASS 性能。应用 SBAS 校正后的残余误差分布小于 2.6 m。保护限制计算还显示，与 50 m 处的警报限制相比，具有良好的裕量，从而确保完整的服务可用性。

4. 结论

获得的性能测试结果显示了KASS非常好的精度、连续性、完好性和可用性。KASS 信号目前正在广播生命安全服务。下一步计划步骤将是宣布生命安全、服务可用性和集成目前正在开发的第二颗 GEO 卫星。