原始GPS包括载波相位和伪距测量是通过ADS-B广播导出飞行器机位置。但广播数据反而使使飞行路线预测的数量级提高，从而降低即将被无人机拥挤的天空中的碰撞风险。这种方法还可以改善GPS受损环境中的操作和非GPS数据源的集成。这项技术非常有前景，全球标准组SAE国际已经开始制定标准来支持它。这项工作是在新推出的smcpnt技术委员会正在进行中，它将跨越部门作为SAE的新系统管理委员会的一部分。
如果航空界利用当今GPS接收机中已经存在的原始测量，即使在无人驾驶的无人驾驶飞机（UAV）的天空中也可以实现避免碰撞将更为实际和普遍实现，但在很大程度上忽略了使用GPS位置坐标。对现有航空设备的更改可以使飞机更准确地估计其他飞机的飞行路径，即使在受损情况下也能更安全地运行。使用原始数据，一旦集成到标准化的飞行协议中，即使飞机中的一个或两个是无人驾驶，也能大大有助于防止空中事故。
这次飞行验证的方法使用已建立的算法，现成的通用访问收发机（系统）和现有的通信消息格式（如P. Duan等其他额外的资源描述）。从目前的实践有一个本质出发：包括在自动相关监视原伪距和载波相位数据广播（ADS-B）在派生的位置坐标位置信息。这种方法可以应用于具有很大的好处应该一个独立的系统，类似ADS-B，需要开发支持无人机操作。
这种经飞行验证的方法使用已建立的算法，容易获得的通用接入收发信机（UAT）和现有的通信消息格式（如P.Duan等人在其他资源中所述）。 与现行做法有一个根本的偏差：在自动相关监视 – 广播（ADS-B）消息内包括原始伪距和载波相位数据，而不是派生位置坐标。 如果需要开发类似于ADS-B的单独系统以支持无人机操作。
多年来，将不同类型各种精度的的间歇性部分数据与不同时间的不同方向的不同灵敏度组合在一起，并提取其中的所有益处是可行。 在信息中使用原始测量的表面上没有考虑到的步骤为使用强大的，广为人知的方法来预测飞行路径以及由于干扰或者由于没有足够的卫星限制了潜在碰撞点和位置确定的处理情况。，在没有建立广泛的新雷达或其他地面基础设施认证，应该可以在各种高度上为飞机做所有这些工作。
本文主要涉及全球定位系统和空中操作，但半个世纪的数据结合经验使这一技术得到了极大的延伸。 整合不同的传感器（eLoran，DME等）是直线前进; 声称已被验证和记录。
原始测量提高估计值
出于许多原因，使用原始测量的技术（存在于任何导航传感器中）将优于数量级的技术的位置报告。差分GPS（DGPS）因其原始测量的使用而获得了巨大的成功。卡尔曼跟踪器使用基于大量数据的权重。
那里是在不同方向上的误差分量之间，位置和速度分量之间的轴间相关性，以及每个单独观测对这些分量中的每一个的灵敏度都被考虑在内。
不幸的是，从原始测量得到的坐标开始时，这些特征都不能使用。由于ADS-B链路带宽不能保持其现有内容加上所有相关信息，所以ADS-B消息不包含相关性，但是具有原始测量历史的机载计算可以推断出所有这些。对比几乎没有什么吸引力。
除了通过原始测量替换位置和速度外，扩展的电文信息可以保持不变。 由于导航系统通常允许多种信息类型，所以位置报告并不被严格排除。 偶尔还可以使用另一种消息类型来广播位置，例如跟踪文件启动。 然而，为了实现性能潜力，包含原始测量数据的消息将更为频繁。
但是，为什么要根据卡尔曼滤波的考虑去改变已经建立的方法（即位置报告）呢？ 有多种原因。 也许最明显的是，即时的位置对于空中的任何事物都是短暂的; 数据必须合并。 即使卫星导航也使用了几个观测值来确定位置（即，四颗卫星在空中）。 另一个原因来自于必须确定的位置的性质：为了支持避免碰撞，一个物体的位置信息必须相对于附近空间中的其他物体确定，并预测到未来。 使用原始数据使得这些计算的远，更准确。
例如，考虑一对位置坐标，其中一个具有完美的经度，但是在北方有一公里的误差，另一个具有精确的纬度，但是其东/西位置被离开一公里。 平均他们两个“只”500米误差！
即使考虑到不同位置报告的不同容差，忽略灵敏度和相关参数的广泛变化也是毁灭性的。 因此，ADS-B没有严格的速度精度要求。
准确的速度必不可少
实际上，ADS-B的速度要求多种多样。对于避免碰撞的重要特征，速度是一个矢量 – 相对于附近空间中的其他物体的矢量，而不管这些物体的纬度或经度如何，并且误差具有统计特性。已发表在综合ADS-B的误差值有数米/秒，甚至高达10米/秒。更微妙的一点是，即使是低于1米/秒的误差值也是危险的统计。没有详细的阐述，这一点需要认识到：极值理论（EVT）表明，即使所有的误差都是高斯的，混合高斯概率的提供远不如直觉所暗示的。超过10西格玛的实例不能不重视（参见Farrell J.和F. van Graas，其他资源）。忽视就是接受过度和不安全的风险; “不太可能”通常是没有足够。因此，10米/秒的误差并不太值得考虑。一系列的位置报告可以满足越洋飞行的要求，但不能在拥挤的空域内进行。
避免空中坠毁需要重新审视系统优先事项。 例如，具有高精度位置报告并不重要。 对于几十米长，几百公里时速飞行的飞机，精确的位置是短暂而不必要的。 目前的位置误差几米将是微不足道的，努力改善位置误差将是毫无意义的。
然而，重要的是要有高度精确的速度。 （速度误差）×（最接近的时间）的乘积是占主导地位的
原始测量的优点
次飞行验证使用GPS，不增加系统校正，但从接收机进行原始测量。二十年前，林肯实验室，在洛根机场用S模式信标转发器成功地演示了GPS的广播E.T贝利斯等人所描述的。（注：2012航班在第一种情况下，使用UATs代替S模式）。发送的位置使每个参与者跟踪每一个其他参与者的数据，同时减少或消除干扰，通过在分配的时隙信息取代传统的审讯（ADS-B目前规定）。
林肯实验室方法的一个基本修改是由J.Farrell和E.McConkey的工作所提倡的，并与其他系统联合战术信息分发系统（JTIDS）联系起来形成一个更一般的应用。传输信息的48个信息位可以包含原始未校正的测量值，而不是坐标。数据压缩和基于GPS卫星的循环可以减少带宽的限制。
前一篇文章的标题“发送测量，而不是坐标”（J. Farrell等人）的引言段指出了八个关键的优点。结合每个跟踪每一个其他功能已经注意到-后来论文扩大（J.）
这份文件的扩充（J. Farrell和M. Farrell，其他的资源）提供了更广泛的优势列表：二十年的惊人成功，差分GPS操作演示这种方法误差源的消除能力，对每个测量的特定灵敏度是差分GPS的具体能力。
利用这些敏感度自适应分配数据加权的机会 ，众所周知，从适应性快速测定全信息造成的统计误差最小化技术（侧向以及沿距离），存在于精确的动态和当前位置的信息中能够使用动态来预测最接近能力的时间推断，从动态中推断未来时间的失去距离。
如果计算必须仅依靠瞬时位置报告，则这些好处完全不存在。
能够轮流解决冲突或变速而不是爬升/潜水适用于3-D（空中）和2D（跑道侵入）遇到的情况，可见的卫星太少时基准参考不均匀性的情况下消除潜在的危险充分使用可用数据 ，启用任何数量的卫星观察无限制算法释放完全修复完整性检查（没有附加条件或专有声明）不需要从地面站增强（更正）
对不同星座中使用的不同模型不灵敏分享适用的未参加的保留意见的机会或没有前瞻性现代化。
避免碰撞。
而不是米每秒的速度准确性，客机需要厘米/秒的准确性; 否则，随着时间的推移，预测的位置是如此粗糙以至于无法避免碰撞。
避免碰撞需要保证距离最近的时候有足够的距离。 这显然需要精确的了解速度知- 特别是相对速度矢量。 从纬度+经度+高度（“LLH”）的报告拼接坐标不能实现，这就解释了为什么ADS-B不能保证良好的速度。 已经发表了10米/秒的误差，但没有详细阐述（不是相对的，也不是矢量的，并且没有统计界限）。 如果最接近的方法是一分钟，那么即使是最基本的算法也会为未来的位置分配600米的不确定性。
例如，考虑两架飞机在同一高度飞行：位置O处的速度为VO的“机”和速度为VA的位置A处的“另一架”。 它们被向量R瞬间分开，对于关闭情况，它正在缩小。 最接近的方法将发生在时间T，当平行于R的相对速度的分量（矢量差VA-VO，未示出）通过零 – 垂直分量是脱靶距离时。 这种简单的情况已经出现在无数情境依赖的形式中（例如，在A的入侵者和在O的躲避者，或在A的目标以及在军事行动中的O的拦截器或子弹）。 T和最小间隔距离的确定可以很容易地从刚才陈述的关系中得出，只要操纵随后改变速度就容易被取代。
现在要确认精确速度的情况，而不是现在的位置，避免碰撞需要准确的将来位置（即 时间T）。 当位置在T秒前方投射时，10米/秒的速度误差将导致预测的未来位置10T米的误差。两个水平轴中的每一个都有很大的误差，乘积平方产生不可接受的大面积不确定性。 试图摆脱一个陌生的地方是没有意义的。 交通碰撞避免系统（TCAS）使用爬升/俯冲机动。 想象一下，随着无人飞机充满天空，成为一个平凡的事件。
这个主题有很多方面，但是上面的简单的固定高度的情况有助于建立一些基本面：
上面使用的时间T仅在碰撞过程中与交通碰撞避免系统（TCAS）的“tau”匹配
当前位置误差的影响远小于速度误差
厘米/秒精度，而不是速度米/秒可以实现水平回避策略
的长值（更早的回避行动）也因此成为可能
早期的回避行动比TCAS突然猛烈的操纵更为可取
由于有效的决策需要准确的跟踪，TCAS不能提前采取行动
跟踪是通过准确的范围，但横向数据非常粗糙
横向信息仅在视线旋转时才会改善
视线旋转近距离增加 – 正好是滑铁卢避免碰撞！
前面提到的P. Daun等文章（其他资源）中使用的精确卫星导航数据可以快速提供完整的3-D跟踪
在很多情况下，必要的速度变化和T已经量化（参见Farrell，J.，“通过变速避免碰撞”，附加资源）。
原始测量改善跟踪
正如关于机场地面监视的文章（J.Farrell，和E. McConkey，其他资源）在任何情况下计算机现在可以轻松维护每个参与者的综合跟踪文件。即使在二十世纪七十年代，两枚导弹加两架飞机在白沙滩上用电子操纵的雷达天线同时进行实时跟踪。在白沙案例中的估算算法是由原始观测资料（在这种情况下的距离，方位角和仰角） – 从不用坐标伪测量 – 而用从高动态平台和“本位”导航跟踪是从静止位置直接跟踪的扩展。
当今的计算能力使得每个参与者能够为每个参与者维护一组扩展的卡尔曼滤波器（EKF），并为每个参与者分配一个跟踪文件，每个参与者在来自所有参与者的已发送消息序列中具有指定的时隙。所有参与者应该包括可能涉及任何碰撞的每个对象。任何参与者数据库中的跟踪文件都不与坐标绑定;它是标量。每个参与者可以从这些标量中构建一组向量，所有这些向量都是正确的，并且可以用他自己的感知参考来表示。如果这种看法与其他参与者（由于失调或甚至不同的数据）有所不同，性能不会受到丝毫影响。
空中跟踪一直把上面例子中所描述的作为其自己小的中心。
完整性测试：超简单和严格验证卷已经写在接收机自主完整性监测（RAIM）上，通过复杂的分析方法和大量的数学发展支持。好消息是已经做了辛勤工作。一个程序所需要的是一组表达式放入代码中。更偶然的是进一步简化这些表达方式 ，这也已经完成。而且，简化已经完成的方式允许扩展到GNSS之外，包括用于导航的每一个数据。
传统的RAIM算法使用五颗卫星进行故障检测，六颗卫星进行故障排除或隔离。由于这些集合中的每4个子集都必须支持适当的几何稀释（GDOP），排除或隔离并不总是可用的。那么，当五卫星探测表明误差过大时，传统的RAIM拒绝整个五重奏，好与坏。迫使有效数据遭受“联合犯罪”是非常浪费和不必要的。
当数据可用性很小时，扭转损失尤为迫切。 各种先进的完整性功能提供：
在不改变导航解决方案的情况下增加循环偏差估计
为传统的故障隔离/排除添加了奇偶矢量操作
用奇偶校验标量替换该奇偶校验矢量，而不会丢失任何能力
将该奇偶校验标量归一化为方差等于1的形式（无量纲）
由差分计算引起的相关影响
包含封闭形式的矩阵解决方案，用于故障检测和相关性的隔离/排除
扩展每个测量单独验证，不论是否存在其他测量
有多个卫星进行单一测量测试的机会
隔离/排除是可行的
通过严格的技术支持（矩阵分解等），在运行中无需使用它。
每个单独测量的标准化奇偶校验测试（每个人都理解sigma = 1的无量纲标量随机变量）为使用任何可用的导航信息源提供了一个重要手段。
因为这些测量是标量独立于任何坐标系的，与他人共享卫星导航数据不会引入任何错误。 如果必须确定一个参与者超越权限，则其中一个参与者可以是塔楼。 除了塔楼之外，如果有的话，移动的参与者将根据场景展开时收到的每条消息进行路径调整。 那些更小，重复随着时间的推移调整将远不如在近距离开始从头开始改变那么突然。
世界“没有任何退化。 重要的是，本船的“自己的小世界”中的相对状态（地位，速度……）以一致的方式表达和保持。
处理太少的卫星
使用原始数据也可以在没有足够的GPS卫星的情况下开发跟踪文件。事实上，在一些城市峡谷的情况下，有可能永远没有足够的卫星提供足够的几何图形。
就目前而言，如果飞机的GNSS接收机看不到足够的卫星不能够确定它的位置，因此没有对ADS-B广播。这是对准确信息的可耻浪费。每秒钟测量一次的原始数据会比使用GPS坐标提供更好的跟踪文件。将坐标拼接在一起以获得速度给出了完全不足的性能。这就是为什么ADS-B，即使所有的ADS-B和ADS-B信息，不能提供准确的速度的原因。
无人机的特殊考虑
尽管无人机将负责采取规避行动，但在其他方面，它们将承担较少的负担。他们较低的速度提供了多种优势：更多的时间逃避，跟踪文件在短期内开始（允许在低功耗操作）和更紧密的转弯能力。所有这些因素都有意义，无人机比移动快速客机更容易避免。 其他额外的资源中，无人机也不需要P. Duan等人使用复杂性，在精心准备的载波相位测量中使用1秒的变化。许多卫星导航接收机不使用载波相位，但都有伪距伪距，只要他们提供适当的时间戳，这些就足够了。另外，因为无人机速度慢，分米/秒，而不是厘米/秒的速度误差也是可以接受。例如，通过加速或减速规避，简单的程序（参见J. Farrell，“避免速度变化的碰撞”，在附加的资源中）可以有不同的参数。最后，规避策略不限于速度变化，在某些情况下可以使用下降或转弯。
挑战
虽然使用原始测量的优势是显而易见的，但变化并不容易。使用位置，最近几十年源于GPS位置，在ADS-B信息长期以来一直是既定的方法。然而，无人飞机的集成是一个巨大的挑战，正在考虑无人机新技术和空中交通管理系统。将原测量不仅提供了一个支持安全无人机集成能力，而且提供了载人飞行真正的优势，并且有一个坚实的记录，同时支持双重差分（见“双差分”栏，52页）和所有跟踪模式（空对空、空对地、地对空，表地对表地）的自适应现代估计。
结论和建议
使用原始测量，而不是仅仅依赖于使用这些测量计算出的位置，可以应用差分GPS取得的如此成功的技术。这种方法也为从完全不同于GNSS的信息来源集成数据打开了大门。原测量提供了实现真正的集成系统像测距装置（DME）、远距离无线电导航系统 eLoran）、铱系统（Iridium）的唯一途径，特别是与无人机合作，有利的环境信号，（见R. Kapoor等等，额外的资源），范围也可以扩大到包括未参加者的观察额外的资源（见J法瑞尔图9.4中的，“GNSS导航和跟踪-惯性增强或自治”。
情境意识的改善足够戏剧性地建议重新定义操作的可用性和连续性。不那么明显但同样具有决定性的是这种方法如何加强完整。每一个测量都可以直接验收测试，容易且独立于所有其他，支持严格的等价认证，被广泛接受的平价法（见“完整性测试：超简单和严格验证”侧栏，第50页）。
这些戏剧性的改进不需要新发现或新设备的发明。ADS-B信息内容的修订，希望通过软件更新和任何新系统的开发支持无人机原测量将从已有的现成数据中获益。事实上，使用原始测量是如此有前途，SAE国际已经开始制定标准，使这种方法成为主流。
也有非专有导航算法已经可用，可以挖掘原始测量值。这些算法有助于降低成本并对测试这种方法，特别是在无人驾驶飞机的情况下加快试验项目的启动。
整合无人机纳入国家领空存在巨大的商业、政治和管理压力。一个试验性的项目可以通过加强可靠性和鲁棒性，同时提高精度和完整性来支持载人和无人驾驶航空，从而帮助保持飞机相互之间的距离。
老电影的场景显示鲍勃·霍普跋涉沙漠，绝望地说“水，水”，然后发现自己齐腰深的溪流中的片刻之后，喃喃自语“幻影，幻影。” 使用ADS-B和系统原始测量的优势 类似于ADS-B不是幻影。我们所知道的和我们所做的之间是一个很大的鸿沟。让我们关闭它。
附录其它的话题
来自最近的导航通讯<< http://www.ion.org/publications/upload/ v26n3.pdf >两个独立但相关的文章讨论了GPS/GNSS接口的重要发展。从第1页开始，并继续到第7页。
双重差分忽略灵敏度和相关参数的广泛变化是毁灭性的，但可以恢复这些信息。
年8月，我将原始测量信息概念作为GPS双差分的自然延伸，并要求RTCA SC186WG4成员设想两个事件：
让现有的每个系统和每个计划只是补充/备份
让每个参与者将每个单独卫星的自己的数据与所有其他参与者的相应测量结果进行比较，根据其信息内容（我们已经优化半个世纪的部分信息权重）自适应地加权每个个体差异。
一个坚如磐石的记录支持双差分和所有跟踪模式（空对空，空对地，地对空，地对地）的现代估计。一个序列的位置报告可以足够的越洋飞行，但不能在拥挤的空域进行。正如[ 4 ]计算机化的“簿记”所指出的那样，在任何情况下都可以为每个参与者很容易地跟踪文件。
首先描述Android手机的主要改进。第二，14-15页，宣布一个汽车工程师协会（SAE）国际工作组，工作组将根据本条结论和建议部分所引用的标准开展工作，确保绝大多数设备的利益扩大。（SAE国际是一个全球性的协会，拥有在航空航天、汽车和商用汽车行业的128000多名工程师和相关技术专家。）这些都是之前其他出版物通过测量数据提供的福利。一、超过25年（J. Farrell和F. van Graas，其他资源）事实上是在之前（1977）的一个不起眼电子学报（NAECON）论文。
两个最近的视频 < https: / / YouTube / 1orcay-b9mk >和<https://www.youtube.com/watch？V = 2 X8 8 S 4 O 74 C4和li S T = U U S P H Z H 7 revj G 0 Wh 3pw0zfa & index= 1 0 >加一个演示文稿 < http://www.gps.gov/governance/ advis o ry/m e etings/20 15- 06/far rell.p d f>提供了额外的背景。
。Daun等人在其他资源中描述的先前飞行测试中达到的厘米/秒误差是通过使用每秒测量一次的载波相位测量的连续变化获得的。与载波相位本身不同，在1秒的变化是可互操作的（即，不管不同的定时和/或大地水准面协议用于分离的星座）和免疫灾难性的错误（见https：/ / j a m e sl fa r re l l.c o m额外资源中的内容）。此外，由于传播误差的两种主要来源在一秒钟内变化不大，无需掩模角度，这是有利于速度的误差几何放大因子（GDOP）。
额外的资源
。贝利斯，E，R E L?布瓦韦尔先生，M. L. 伯罗斯，和W。H。哈曼，“来自模式信标转发器的飞机基于GPS监测位置广播”，导航学会gps94”。
。Duan, P., M.U. De 哈格 and J. 法雷尔 “基于ADS-B系统分离的保证飞行试验的测量结果” 2013年导航，航海学院学报 60卷，第 3期，221 – 234页；摘要：http：／／
。法雷尔，J和E D麦康基“量子改善在机场表面离子监测”，1998年导航学会NTM，；http：／／
。法雷尔J，E，D麦康基和C G 斯蒂芬斯，“发送测量，不是坐标” 1999年航海学院学报，导航，60卷，第 3期，203-215页）。
。法雷尔，J，GNSS辅助导航与跟踪-惯性增或自治，2007年美国文学出版社， http：／／JAM eslfarrell.com / w p – content/u pi oad s 2010/05 P1传单
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，RS Ramasamy，A. Gardi，R. Sabatini，“无人机导航利用城市环境中的机遇信号：现有方法概述”:第一届能源与动力国际会议(ICEP) 2016年12月14-16日， 网址：www.sc iencedi rect.com）
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，G.，“用于军事监视的GPS”，1996年11月，GPS世界。
环球新时空
斗室智库