E劳兰系统和应用.doc

E劳兰系统和应用1、概述E劳兰目前唯一的国际标准由国际劳兰协会于2006年在美国海岸警卫队导航中心组织国际上的专家团队编写。国际航标协会E航海委员会也着手开展相关技术标准的制定工作，如 90-110 kHz 频段E劳兰性能和监测标准。E劳兰是增强劳兰系统的简称，能为多种交通方式和其它应用提供国际标准的定位、导航和授时服务。E劳兰能够满足航空、航海、车辆等方式对于精度、可用性、完善性和连续性的性能要求，也能为无线电通信提供授时和频率服务。E劳兰系统核心组件包括升级版控制中心、发射台和监测站。E劳兰和传统劳兰C系统的最大核心区别是在发射信号中附加了一个数据通道。附加数据可以向接收机传输具体应用改正、校验、信号完善性等信息。E劳兰系统通过这个数据通道可以满足船舶在能见度不良情况下进港的高要求。E劳兰也能为语音和互联网通信等无线电通信应用提供高精度授时和基准频率服务。E劳兰包括核心服务以及航海、航空等具体应用数据服务。定位精度可以达到820米，可用性达到99.9%99.99%，完善性可达到99.9999%，连续性达到每150秒99.9%99.99%。E劳兰服务可以实现：支持全航段航空操作；支持e航海建设，包括设置永久或临时虚拟航标；支持车辆交费；为有线和无线通信保持同步。2、E劳兰系统E劳兰工作原理不同于并独立于全球导航卫星系统（GNSS）,是对GNSS 系统的补充和完善。E劳兰弥补了GNSS系统在卫星导航服务受到干扰而无法工作的缺陷，能为用户提供连续一致的服务。E劳兰符合相关国际标准的要求并完全独立运行于GPS、GLONASS、Galileo以及其他未来GNSS系统。E劳兰接收机在任何提供E劳兰服务的区域都能使用并自动工作，很少需要用户手动操作。E劳兰信号性能要求目前还主要是基于美国海岸警卫队劳兰C信号发射性能规范。为满足E劳兰的更高要求，该标准中的众多参数公差进行了调整。此外，E劳兰的建设不影响劳兰C接收机的使用。用户发射台发射台监测站控制中心E劳兰系统示意图2.1 E劳兰信号E劳兰在发射信号中附加了一个数据通道。附加数据可以向接收机传输具体应用改正、校验、信号完善性等信息。数据中至少包含以下信息： 台站标识；发射和差分监测站分布信息； 基于协调时间时（UTC）的绝对时间；E劳兰系统和UTC之间闰秒设定； 无线电传输状况异常警告；信号失常警告； 用户甄别E劳兰发射的报文；官方专用报文； 差分劳兰改正信息； 差分GNSS改正信息。2.2 发射台E劳兰系统均采用固态发射机（SSX）和控制技术，以及UPS电源。发射机的时间和频率控制系统专门为E劳兰设计并采用连续相位改正技术。时间基准采用多重铯原子钟。E劳兰发射功能通过独立于GNSS系统的方法与一种可识别、经过公证的协调世界时（UTC）源同步，这使得E劳兰与GNSS同步运行又独立于GNSS，并且同步于公共时间源可实现接收机对E劳兰和卫星信号都能予以处理。当监测到E劳兰发射信号超出误差允许范围时，发射台能立即停止发射确保接收机停止使用其信号。2.3 控制中心E劳兰发射台自动运行，工作人员主要在控制中心值班，快速处置系统失常。2.4 监测站/基准站监测站，建于E劳兰系统覆盖范围内，用于向用户群提供完善性指标。监测站的接收机用于监测E劳兰发射信号并向控制中心提供实时信息。如发现异常，用户能立即收到相关信息。部分监测站用作参考站，产生数据通道报文。部分站点至少建有一座高精度时钟以同步UTC，提供时间和频率改正信息。多座监测站构成监测网，提供海上实时差分改正信息。2.5 用户设备E劳兰系统接收机与GNSS系统接收机采用类似的工作模式，同时跟踪、捕获和使用多个台站，以达到精度最高、可靠性最强。通过接收、解码和应用附加数据通道报文信息，以及信号播发改正信息，实现高精度PNT服务。控制中心验证和存储来自监测站的改正信息控制中心向相关发射台传送改正信息发射台验证收到的改正信息并以固定格式对外播发发射台通过数据通道播发改正信息发监测站接受信号并使用改正信息提供完善性指标监测站接受信号并产生改正信息数据通道报文3、E劳兰应用E劳兰的最低性能标准根据不用的应用而设定。3.1 航空美国联邦航空局一直把劳兰C用于飞机进港、离港和空中飞行的导航服务，但是不能用于起飞和着陆阶段。但E劳兰系统已满足起飞和着陆的性能要求。由于E劳兰系统不能对高度进行测量，仅能为航空提供水平方向位置参考。3.2 航海E航海的发展需要高精度和高可靠性的定位、导航和授时系统（PNT），目前主要为GNSS星基系统。GNSS系统却不能满足E航海对高可用性和高可靠性的需求。通过陆基E劳兰系统的建设，可作为GNSS的备份和冗余系统，独立运行和工作，并向未来E航海提供包含两种系统信息的数据流，实现E航海对PNT系统的要求。导航系统如要加入IMO全球无线电导航系统（WWRNS）中，必须满足其规定的性能标准，尤其是通航密度较高的沿岸和港口水域。比如，精度要在95%的情况下不小于10米，信号可用性2年内不低于99.8%，可靠性3小时不低于99.97%。美国和欧洲的一些E劳兰项目证实满足这些要求。尤其是10米精度要求最高，而E劳兰两项技术是关键。第一是，港口航道信号传播误差要全部进行测量并将信号传播改正公布和存储在所有接收机中。第二是，实时差分劳兰改正数据消除天气或凌日时刻变化引起的信号小幅波动。不止E航海，E劳兰也能为AIS系统以及航标同步闪光提供精确的授时服务。E劳兰还能提供一项GNSS系统无法实现的功能，E劳兰罗经。当接收机安装磁极环状天线时，可实现对发射台的自动方位识别。基于此，接收机可计算出船首向，精度优于1度，无论船舶处于何种运动状态。总体而言，除了对于潜在的减少事故等带来的经济效益，E劳兰的作用和优点还包括： E劳兰弥补了GNSS系统在卫星导航服务受到干扰而无法工作的缺陷，能为用户提供连续一致的服务，保持E航海持续有效；设置永久或临时虚拟航标标识危险水域；GNSS系统受到干扰时，支持碰撞预警系统；GNSS系统受到干扰时，与AIS系统共同实现对船舶交通管理态势感知。3.3 车辆陆上移动终端应用，除了常规PNT和罗经外，E劳兰还可以通过其数据通道鉴别其自身和GNSS系统数据，支持车辆交费和监控。E劳兰在陆上应用，相对GNSS系统最具价值的是其强大的抗干扰能力。E劳兰采用大功率发射机，其信号到达接收机时较GNSS系统要强很多，更难干扰，即便是在一个非常狭小的区域。而在一个城市范围对GNSS系统信号进行干扰的技术难度也不是很大。另外一个GNSS系统信号难以比拟的优势是，E劳兰低频信号的穿透能力，由于城市峡谷效应GNSS信号无法接收或者时断时续或者精度很低。劳兰信号可以穿透钢制海运集装箱、冷藏车、仓库等。这一特性在贵重货物或安全性时效性很强的货物跟踪上具有很高的应用价值。比如对危险货物的连续跟踪。3.4 位置服务/个人应用服务E劳兰除PNT数据服务外，还能提供加密、区域监控和入侵跟踪、观测气球跟踪、人员跟踪、个人防护、定位营销和付款。3.5 时间和频率目前,使用GNSS系统是更新UTC时间的最常用手段，并在电信等行业作为时间源得到广泛应用。E劳兰系统也可以作为备选的时间源，其发射精准的与UTC同步。数据通道传送的报文可以识别、改正时间信息，实现更新UTC时间，并能达到50纳秒的精度，完全满足作为时间源的要求。E劳兰较GNSS的突出优势是在室内也能收到其信号，而无需安装室外天线。E劳兰也能作为基准频率使用，只需安装室内天线不需差分就能满足标准频率的要求。总体上，E劳兰作为时间和频率基准的用途包括：保障电信网的连续性；维持电力网相同步、流控制和断网隔离；为加密通信提供时间源；保持有线和无线通信同步；银行业务和股票交易时间标记服务；数字电视同步。4、E劳兰服务提供E劳兰包括核心服务以及航海、航空等具体应用