1.2 国内外研究现状
导航网与通信网服务于不同的业务。导航网强调时空基准的统一和空间位置的确定，关注时效性和连续性；通信网则关注数据在网络中传递的准确性。将导航网与通信网融合成为导航增强自组织网络，需要考虑导航增强动态自组织网络架构、节点动态感知与网络自愈和导航增强3个方面的内容，这3个方面的国内外研究现状如下。
1.2.1 导航增强动态自组织网络架构
导航网传递与时空基准相关的导航电文，注重导航电文传递的时效性和连续性。因此，建立动态自组织网络架构需要对导航增强组网、导航通信一体化、时间同步技术进行研究。
（1）导航增强组网
现有的导航增强平台包括星基增强系统（SBAS，Satellite-Based Augmentation System）、地基增强系统（GBAS，Ground-Based Augmentation System）、空基增强系统（ABAS，Aircraft-Based Augmentation System）和混合增强系统。
SBAS利用地球同步卫星向用户发送测距信号、差分改正信息以及GNSS的完好性信息。SBAS包括美国的广域增强系统（WAAS，Wide Area Augmentation System）、欧洲地球静止导航重叠服务（EGNOS，European Geostationary Navigation Overlay Service）系统和日本的多功能卫星增强系统（MSAS，Multi-Functional Satellite Augmentation System）等。
GBAS，美国定义其属于局域增强系统（LAAS，Local Area Augmentation System），是一种能够在局部区域内提供高精度GNSS定位服务的增强系统。其原理与WAAS类似，只是用地面的基准站代替了WAAS中的地球同步卫星，通过这些基准站向用户发送测距信号、差分改正信息及完好性信息。GBAS能够在局部地区提供比SBAS精度更高的定位信号，并因此用于机场导航。在机场覆盖空域范围内，配置相应接收机的飞机能够获得达到Ⅰ类精密进近甚至更高标准的精密进近着陆引导服务。GBAS在欧洲、美国、澳大利亚、日本和韩国等均有机场导航的实际应用工程案例。
ABAS综合了GNSS信息和机载设备信息，从而保证了导航信号的完好性。它的应用包括接收机自主完好性监测（RAIM，Receiver Autonomous Integrity Monitoring）、飞机自主完好性监测（AAIM，Airborne Autonomous Integrity Monitoring）、全球定位系统（GPS，Global Positioning System）/惯性导航系统（INS，Inertial Navigation System）等。其宗旨是保证定位精度，实现对卫星工作状态的监控，确保使用健康的卫星进行定位。
SBAS和GBAS以美国的WAAS和LAAS为代表，目前已初步形成空地协同的区域导航增强网络，以保障较高的精度和完好性，但仍存在以下局限性：首先，其导航增强网络是静态的，且尚未实现无缝覆盖，在都市、峡谷和一些复杂地形环境下存在盲区，从而极大影响了导航增强服务应用的范围；其次，其仅针对GNSS导航源，在GNSS导航信号受限情况下将无法使用；最后，抗毁性差，当地面监测网络遭到飓风、水灾等重大自然灾害时，将无法工作。为解决上述问题，研究人员试图突破单一导航源与单一静态导航增强网络的瓶颈，引入动态导航增强网络模式。Han Z[1]提出利用移动自组织网络（MANET，Mobile Ad Hoc Network）来实现无人机之间的通信和相对定位，并分析了确保最优网络接入的无人机布局模式，从而为空基导航动态增强提供有效的网络平台；Mourad F[2]在此基础上进一步探讨了通过接收信号能量强度比较来计算MANET中无人机相对位置的方法；Karia D C[3]提出可以利用GNSS实现MANET最优路由，并给出仿真结果，进一步加强了位置信息在移动自组织网络中的重要性。
上述研究的主要贡献在于为MANET能够作为动态导航增强网络提供了理论依据，还需要解决的主要问题如下：首先，如何在高动态拓扑、稀疏节点分布的情况下确保导航增强网络的连通性和高效性；其次，如何选取合理的导航源，以实现天基、地基和空基动态自组织网络的协同导航增强。
我国在SBAS和GBAS方面做过一些研究。对于SBAS，一般通过租用或专门发射通信卫星，以通信卫星作为信号增强或信息增强的平台，在地面设置一定数量的卫星导航监测站，提供测距功能、广域差分校正和广域完好性通道3类增强服务，为用户改善导航精度、完好性、连续性和可用性；对于GBAS，一般由地面参考站、中心处理站等组成增强平台，为用户提供地基伪卫星测距功能、差分校正和完好性通道3类增强服务，改善地面用户的导航精度并提供完好性预警，改善空中用户的导航定位的连续性和可用性。
我国在2002年前后开始发展SBAS，基于北斗一号系统的通信广播链路，卫星定位总站牵头建立了GPS广域增强系统，主要功能是利用北斗一号系统的通信链路向我国及周边区域内的用户广播GPS误差修正信息和完好性信息。其工作在S波段（用户接收频点），与国外普遍采用的L1频段不同，信号格式的设计也与国外SBAS不同，因此该系统的接收机不能与国外共用，实际运行证明该系统在技术上可行。在北斗全球系统设计中，拟在北斗系统的地球同步轨道（GEO，Geostationary Earth Orbit）和倾斜地球同步轨道（IGSO，Inclined Geo Synchronous Orbit）卫星上搭载增强信息广播载荷，向用户广播误差改正信息和完好性信息。
随着伪卫星概念的提出及其硬件技术的不断完善，伪卫星定位系统已在室内、地下、飞行导航、火星探测等方面得到了一些应用，利用伪卫星和GPS组合进行定位也成为提高GPS定位精度的有效途径之一，同时也是有效的地基增强手段。
伪卫星（PL，Pseudo-Satellite）一般定义为地面GPS信号发射器，最初用于GPS卫星发射之前的测试工作。由于伪卫星具有抗干扰能力强、灵活组网、可靠性高、经济性好等特点，可有效解决卫星导航系统的几何构型不佳、冗余度差以及卫星损坏或遮挡所造成的卫星数目不足等问题，为改善卫星导航系统和提高导航定位精度提供了一种有效方案。如今，针对伪卫星定位组网的研究主要包括两个方向：一是针对伪卫星增强系统组网的研究，二是针对伪卫星独立定位系统组网配置的研究。
针对伪卫星技术在飞机精确着陆系统中的应用的研究不断加强，而且针对伪卫星在普通导航和定位中的应用探索也得到了很大的发展。
斯坦福大学的Cobb H S和Lawrence D、Pervan B合作利用低成本伪卫星设计了完好信标着陆系统（IBLS，Integrity Beacon Landing System），在初始化只需要15 s的条件下，该系统取得了厘米级的定位结果。另外，斯坦福大学的Bell T和Connor M L O利用Cobb设计的伪卫星设计普通差分全球定位系统（CDGPS，Common Differential Global Positioning System），实现了对农用拖拉机的自动控制，试验取得了令人满意的效果。同样，利用伪卫星与GPS的组合定位也在船舶航行和监控应用中得到了验证[4-5]。
以新南威尔士大学卫星导航定位研究组为代表的一些团队在伪卫星静态精密观测领域开展了开创性工作，并取得了一些初步成果。此外，英国和加拿大等国家也进行了一些研究，提出了静态观测中GPS和伪卫星几种可能的组合方式，并且证明了该组合方式应用于静态精密定位的可行性[6-8]。
在伪卫星独立定位技术研究方面，在Cobb H S等之前曾有人提出在公路隧道和大型厂房内利用伪卫星定位的设想，斯坦福大学的另外一些学者在此基础上对伪卫星在室内和室外机器人导航领域内的应用做了进一步的研究。
斯坦福大学太空机器人实验室（ARL，Aerospace Robotics Laboratory）[9]利用6颗Cobb设计的简单伪卫星建立了一套室内导航系统，成功地模拟了机器人自动捕获目标的过程。在此之后，斯坦福大学又在NASA的支持下提出了在火星上使用自校准的伪卫星阵列对火星车进行导航的设想[10-11]，并进行了一系列的地面试验，试验中的伪卫星同时具有收发彼此之间导航信号的功能，并采用双向差分定位算法，取得了比较理想的成果。
首尔大学与斯坦福大学的研究者[12-15]合作搭建了室内异步伪卫星导航系统，尽管伪卫星在室内应用时受到多径效应和接收机与伪卫星视线矢量太短等方面误差的影响，但通过载波相位差分技术，并在特殊的起始条件下，其实验的最终结果仍然达到了1～2 mm的静态误差和5～15 mm的动态误差，证明了室内伪卫星精确定位有着坚实的理论基础。
国内对于伪卫星的相关技术研究起步较晚，但研究进展较快，并且得到了一定的实验性应用。相关研究主要包括：临近空间伪卫星增强北斗双星导航系统的组网配置方案研究[16]以及伪卫星室内、水下、城市峡谷等复杂环境独立定位组网构型的研究[17-20]，组网的评价标准一般考虑覆盖性、导航精度因子和定位精度等因素，这些研究对获得最佳的伪卫星定位系统组网布局提供了参考。
导航增强组网在提升导航系统服务性能的同时，也提升了导航系统的生命力和可靠性。
（2）导航通信一体化
为扩展卫星导航的应用范围，基于现存卫星导航系统建立了3个新系统：基于双向卫星通信链路的中国区域定位系统（CAPS，China Area Positioning System）、卫星辅助的地面移动通信和导航系统、地空通信协作多系统多模定位系统[21]。
CAPS是基于卫星通信的定位系统，其利用通信卫星向用户发送地面生成的导航信息，实现了5种结合：导航和通信的结合，导航和高精度轨道测量的结合，导航电文和广域/局域差分处理的结合，不同卫星间频率和码的结合，导航电文和气压高度测量的结合[22]。CAPS的建立，标志着导航通信一体化的发展方向。通信卫星通过发送地面生成的导航信号，实现导航和定位。基于通信卫星的CAPS的导航信息由地面站生成，并通过卫星发送给用户，从而具有通信的整合能力[23]。其利用C频段进行通信，从而能够选择3个频点进行精密导航，结合3个频率上的载波和码尽可能地移除了电离层时延，同时能够在较少的时元内确定相位的整周模糊度[24]。解决了如下技术问题：精确定位和通信卫星的轨道预测，信号传播时间的测量和计算，通信卫星信号发送中载波频率的漂移，星座几何的调整以及导航和通信的融合[25]。目前，CAPS的时间同步精度为0.3 ns，测速精度为4 cm/s[26]，静态定位精度在10 m以内，动态定位精度在15 m以内[27]。小倾角倾斜同步轨道（SIGSO，Slightly Inclined Geostationary Orbit）卫星的机动性改善了CAPS星座配置，有效降低了PDOP，实现了三维定位导航并延长了GEO卫星的寿命[28]。
CAPS和GPS不同，测量伪距时原始导航信号的发送时元是从地面主控站算起而不是从卫星算起。Shi H L等[29]建立了基于通信卫星进行导航定位的3个观测方程，同时讨论了观测特征方程的线性解算和条件数大于4的最小二乘解算，提出的方法对通信卫星的导航定位有潜在价值。对于导航通信一体化的导航通信系统，多径干扰和多接入干扰是影响CAPS性能的主要因素。通过使用扩频序列能够解决上述问题，基于此，Lei L H等[30]基于Chebyshev图的混沌序列，建立了卫星通信系统模型以研究混沌序列在CAPS中的应用。混沌序列在CAPS中的多用户探测和提高系统性能方面具有应用价值。
Shi H L等[31]提出的利用退役的GEO卫星进行导航和通信，使导航完好性和定位精度得到了提高，同时建立了新的卫星通信服务，实验结果表明该研究具有显著的社会价值并能够带来可观的经济效益。
随着移动通信网络的发展，辅助定位方法成为新的研究热点，主要包括基于贝叶斯和Kalman滤波方法的位置指纹方法[32]，利用接收信号强度（RSS，Received Signal Strength）在室内密集多径环境进行定位[33]，A-GPS、Wi-Fi定位和蜂窝网络定位集成的定位方法[34]。而目前采用TOA原理的手机定位算法有两种：最小二乘（LS，Least Squares）和非凸约束加权最小二乘（CWLS，Constrained Weighted Least Squares），Cheung K W[35]的研究表明，CWLS估计比LS性能更优，具有更低的克拉美罗（CR，Cramer-Rao）界，并且在高信噪比的环境下具有更小的误差。Li B提出了GNSS和WLAN融合的方法，利用WLAN TOA估计的距离观测量和GNSS伪距测量信息，采用基于扩展卡尔曼滤波的紧耦合方式，适用于二维室内/城市峡谷环境。
导航通信一体化信号体制不仅仅是单一信号源的信号体制，而且是多源融合的信号体制。
（3）时间同步技术
目前，基于全球导航卫星系统的高精度时间传递方法主要有共视（CV，Common View）法、全视（AV，All in View）法、载波相位定位（CP，Carrier Phase Positioning）法和GNSS精密单点定位（PPP，Precise Point Positioning）法以及基于通信卫星的双向卫星时间频率传递（TWSTFT，Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer）法等。这些方法各有优劣，适用于各种对时间传递精度要求不同的场合。其中，GNSS CV是以卫星钟时间作为参考源的，相距遥远的两个增强平台同步观测卫星，测定增强平台时间与卫星钟时间之差，通过比较两个增强平台的观测结果，确定两个增强平台时间的相对偏差，其最大的优点在于比对结果不受卫星钟误差的影响，而且具有设备便宜、使用费用低、操作简单、可连续运行等优点[36]。在1980年国际频率控制年会上，Allan D W等[37]首次提出了GPS共视法时间传递的原理；1985年，GPS共视法正式被用于远距离时间比对，参与国际原子时（TAI，International Atomic Time）计算；20世纪90年代，GPS共视法开始得到广泛应用[38-39]，1994年，Allan D W代表GPS时间传递标准工作组（GGTTS，The Group on GPS Time Transfer Standards），在Metrologia上发表了“Technical Directives for Standardization of GPS Time Receiver Software”，统一了共视接收机软件的处理过程和单站观测文件的格式，进一步提高了共视比对精度[37]。至今，GPS共视法应用于TAI比对已有20多年，并被不断改进，由最初的GPS单频单通道共视发展到GPS单频多通道共视、GLONASS P码共视、GPS双频共视、GPS全视、GPS载波相位等多种方法，其技术原理都是类似的，只是观测数据量有所不同，其比对精度也不同[36]。目前，GPS共视法是国际原子时系统中应用最广泛的比对方法[40]，是全球70多个时间实验室采用最多的时间传递技术。
为了进一步提高时间同步精度，需要更好地解决路径时延问题，于是出现了TWSTFT技术[41-42]。近年来，卫星双向时间频率传递技术越来越成熟，是目前国际计量局（BIPM，International Bureau of Weights and Measures）进行国际时间比对所采用的主要方法之一。由于参与卫星双向时间频率传递比对的一对地面站同时向同一颗卫星发送时间信号，并接收对方发送并经卫星转发的信号，发送和接收的信号路径基本相同，该技术有效地抵消了卫星位置和地面站位置不准确而造成的测量误差以及电离层异常和对流层干扰引起的时延误差，因此时间同步精度高，目前TWSTFT准确度可达到500～750 ps，稳定度可达到200 ps。如果TWSTFT的潜力得到充分发挥，预计其精度可达到80 ps[40,43]。经国际电信联盟推荐，1999年卫星双向时间频率传递方法比对结果正式参加国际原子时计算。美国、欧洲和亚洲均已组建了卫星双向比对网。
国内学者对导航系统中的时间同步方法展开了系统深入的研究，主要包括站间同步方法、星地时间同步方法和导航卫星自主时间同步方法。站间同步方法主要有卫星双向时间频率传递法[44]、共视法[45]和单星授时法[46]，星地时间同步方法则包括星地双向无线电测距法、伪码激光测距法、倒定位法。最近几年，国内学者又对基于星间链路的导航卫星自主时间同步方法进行了研究，主要方法是采用星间双向测距实现距离和钟差参数的解耦，利用星载滤波器进行实时估计[47-49]。
目前的导航通信一体化侧重解决单一导航信号与通信信息的信号体制一体化，较多讨论的是单一的SBAS方法、单一的GBAS方法，初步讨论了天地协同的方法，而关于空基增强方法的讨论还处于空白。同时，针对天空地一体化的增强组网以及导航增强组网与通信组网的融合的研究还有待进一步发展。
1.2.2 节点动态感知与网络自愈
在节点动态感知与网络自愈方面，国内外学者主要针对无线自组织通信网络的状态感知、自组织网络模型和自愈方法开展了研究。
（1）状态感知
在网络状态感知方面，现有研究主要针对无线传感器网络中的多传感器数据进行融合处理，提高无线传感器网络的状态监视和目标跟踪的精度和可靠性。
多传感器融合的概念是由美国的Tenney和Sandell于20世纪70年代首次提出的[47]。随后，美国国防高级研究计划局（DARPA，Advanced Research Projects Agency）先后将多传感器数据融合列为重大研究课题、国防部22项关键技术之一。近年来，随着无人机技术的迅速发展，美国国防部战略能力办公室、美国海军、DARPA自2014年起，先后启动了以多传感器数据融合技术为技术基础的无人机蜂群、低成本无人机技术蜂群和小精灵等，进一步拓展了对多传感器融合技术的应用研究。
在多传感器数据融合技术研究方面，Nakamura E F等[48]分析了网络中数据融合的方法、模型以及分类。Chen C C等[49]以网络中的能量消耗为目标函数，提出了分布式的跨层多传感器数据融合算法。Diaz M O等[50]基于路由树的构建，提出了动态数据融合算法，通过制定网络中节点周期性休眠策略，进一步节省网络能量消耗。Galluecio L等[51]针对数据融合过程中的数据冗余问题，提出了一种基于熵驱动分析的高效数据融合算法。Ganesan D等[52]针对多传感器网络中时空不规则问题，提出了基于数据空间差分和时序信号分割的数据融合算法，能够有效减少数据传输量。
我国在多传感器数据融合技术方面起步较晚，但发展速度较快。1992年，谢红卫等[53]首次对数据融合技术的设计思路和数据融合的实质进行了总结。潘振中[54]就多传感器数据融合技术在战场侦察中的应用进行了研究。20世纪90年代中期，多传感器数据融合技术得到了我国诸多学者的广泛关注，并在数据融合的理论、系统框架和融合算法方面开展了大量研究[55-57]。进入21世纪，多传感器数据融合技术已被列入国家自然科学基金和国家“863”计划重点支持项目，并已被广泛应用到诸多行业，如目标跟踪[58]、协同定位[59]、水利信息采集与反馈[60]、环境监测[61]、图像处理[62-63]等。
（2）自组织网络模型
在自组织网络模型方面，主要是基于复杂网络理论来研究无线传感器网络拓扑结构中的各种演化行为和动力学特征，包括网络的节点、链接的自组织演化机制以及网络拓扑结构的自组织演化过程。
无线传感器网络拓扑的结构与演化的理论研究可以为覆盖与连通[64-65]、拓扑控制[66]、地理路由[67]等方面提供理论依据和方法。从研究方法上来讲，早期的研究多采用图论[68]、计算几何[69-70]、连续渗流[71-73]、占位[74-75]等方法。随着复杂网络理论的兴起，部分研究人员开始尝试利用复杂网络理论来研究传感器网络的演化机制，例如连续介质[76]等理论。从研究的对象来讲，可以将网络分为同构网络和异构网络两个大类。同构网络假设所有节点具有相同的传输半径，进而通过确定临界传输范围（CTR，Critical Transmission Range），保证网络的某种属性，如能量最小化、连通性最优等。异构网络假定网络节点的传输半径不尽相同，但都不超过最大传输范围。
Helmy A[77]通过随机的链路重连和加边实验，验证了无线传感器网络当中的小世界现象，确定了空间图与小世界网络之间的关系。Iyer B V[78]在系统地研究了无线网络的可靠性和节点容量的基础上，对无线网络的分簇现象进行了分析，并分别设计了优先连接和均匀连接两种演化模型。Ishizuka M等[79]提出了随机幂律部署传感器网络节点的概念，实现了一种节点的度以幂律进行演化的随机部署模型，并验证了这种模型的容错能力和可靠性，实验表明这种具有无标度特征的传感器网络可以显著提高网络的容错能力。Sarshar N等[80]在研究复杂的对等网络与Ad Hoc网络的基础上，设计了一种具备节点增加、节点删除和链路补偿机制的演化模型，该模型较好地再现了真实网络的演化行为。Saffre F等[81]成功实现了一种复杂Ad Hoc背景下的无标度网络拓扑。Borrel等在经典的BA无标度模型的基础上，设计了一种Ad Hoc网络的优先连接演化模型。
（3）自愈方法
在无线自组织网络的研究中，对网络自愈的研究主要集中在建立路由协议及在网络拓扑动态变化条件下保证通信服务质量。近年的研究热点包括自组织网络能量感知路由（如LEAR[82]、COMPOW[83]和PARO[84]等）、有效利用带宽资源的自组织网络路由协议（如DLAR[85]、LBAR[86]和LSR[87]等）和自组织网络服务质量（QoS，Quality of Service）路由（如CEDAR[88-89]、SRL[90]、QoS-MSR[91]、QoS-OLSR[92]和TBP[93]等）。
如何针对多业务的不同需求提供差异化保护，学术界和产业界已进行了较多研究[94-96]。对网络生存性问题的研究正逐渐从定性研究转向定量研究[97]。同时，在网络保护质量方面，目前缺乏有效的量化指标和评价工具，因此需要研究如何定量地评价保护质量。基于定量指标评估，才可以指导和构建保护机制，改善设计和操作，为用户提供差异化的保护质量。流量疏导和带宽分配是网络优化中需要重点解决的问题[98]。通信网以分组化内核承载多业务，分组化固有的流量流向不固定等特征，给网络规划带来了较大的不确定性。这几个方面的差异性决定了不同的链路带宽需求、保护带宽需求、流量负载分布等[99]。由于网络服务质量的不确定性，现有通信网络通常将业务分为高质量要求业务和低质量要求业务。对高质量要求业务的保护容易产生资源过度配置，对低质量要求业务的保护容易产生资源过度订购。
1.2.3 导航增强
一般通过信息增强和信号增强来实现可用性增强、完好性增强和精度增强。本书重点关注可用性增强和完好性增强。
（1）可用性增强方法
尽管GNSS已经能够提供全球、全天候的位置、速度和时间等导航信息，但在都市、峡谷、室内和一些复杂地形环境下，其信号易受遮挡，导致导航服务性能下降，无法满足特定的运行需求。引入多种导航源，采用先进的导航模式成为解决上述问题的主要手段。在2000年年初，美国国防高级研究计划局（DAPRA，Defense Advanced Research Projects Agency）就开始进行相关研究，并将Wi-Fi信号、数字电视信号和移动通信信号纳入备用导航源[100]；Sun等[101]进一步讨论了利用移动通信信号、Wi-Fi信号和自组织传感器信号进行组网以实现定位的技术方案，但其思路仍主要局限为单一导航源和导航网络，且仅针对低动态环境。
随后，佛罗里达大学的研究人员[102]提出将INS与GNSS深组合以提升弱GNSS信号情况下的导航精度和连续性；斯坦福大学研制了GPS与数字电视信号组合的导航终端[103-104]，逐步将多导航源融合与协同定位由理论变成了原型系统。上述研究具有较强的启发性与开拓性，其主要局限表现在以下两方面：首先，尚未讨论和实现对导航性能的增强以满足特定的运行需求；其次，上述研究主要基于静态和低动态环境，其结果在航空环境下的适用性尚有待验证。
为此，研究人员继而将注意力转移到多种导航源的融合方式上以提升动态环境下的导航性能：Nemra A等[105]利用与状态相关的Riccati方程设计了一种非线性滤波器，以实现INS和GPS无人机组合增强定位；密歇根理工大学的研究人员[106]提出了二维环境下多节点的TOA-DOA测距信息融合定位方法，并论证了其在移动自组织网络中的可行性。
随着移动网络的发展，研究人员提出辅助GNSS方案。A-GNSS是一种移动网络和卫星导航相结合的定位技术，利用移动网络的辅助，解决传统GNSS中首次定位时间（TTFF，Time to First Fix）过长以及弱信号下或者有效使用的可见星数小于4颗时的定位问题。其参考网络覆盖全球，全天候监测并记录覆盖区域的卫星星历数据、多普勒频移等定位信息，包括移动台辅助和移动台自主两种模式。哈尔滨工业大学的研究团队[107]在开阔的条件下，在普遍采用的最小二乘估计算法、卡尔曼滤波算法的基础上，提出了最小二乘估计和扩展卡尔曼滤波联合的改进的增强定位算法；在非开阔条件下，提出了基站位置与高程差联合辅助定位法、距离补偿辅助定位法、卫星多普勒辅助三星定位法、多普勒测量与基站位置联合辅助两星定位法、卫星复观测定位法以及基站位置辅助的卫星复观测定位法等[108-113]，以上算法增强了定位精度。
目前尚待解决的主要问题为：首先，在动态自组导航网络中，如何合理优选导航源，使得单一节点获得最佳的导航服务性能；其次，如何将网络中不同节点的导航信息进行有效融合，以保障不同层次的导航运行需求。
（2）完好性增强方法
卫星导航真实定位误差未知且呈现随机分布特征，无法直接判定其是否超过指定容限。现有卫星导航完好性监测系统均通过实时估计伪距误差包络模型，计算满足完好性风险要求的定位误差置信上限，并与运行所允许的容限相比较，实现对卫星导航故障的检测。因为在对伪距误差包络模型估计的过程中所使用的样本数量有限，产生了较大的不确定性，为满足完好性需求，所得的结果过于保守。
对卫星导航故障检测方法进行改进，使其满足更高的运行需求，是近年来卫星导航研究领域的热点。研究人员主要在以下3个方面开展了多项研究。
（a）基于物理原理对真实误差模型进行推导
Braasch M等[114]研究了精密进近和着陆环境中的多径误差特性。Brenner M等[115]基于实验数据研究了漫反射多径的属性。Enge P等[116]研究了多径误差对码相位观测量的影响，建立了多径引起的码相位误差的包络。Counselman C C[117]指出使用三元素垂直阵列天线的抗多径性能比传统地面天线好。Pervan B等[118]根据多径和天线增益图样，推导出天线输出端的含有多径的信号。Sayim I等[119]定义了地面反射多径的季节变化模型，量化和补偿了误差的季节变化影响，并使用实际数据进行了检验，可处理非高斯和非零均值误差。McGraw G等[120]基于上述研究定义了使用现有接收机天线技术的伪距误差标准差模型。
然而，到目前为止，研究发现很难使用这种模型导出可接受的能够包络真实误差的概率分布模型[121]。
（b）基于统计原理对真实误差的分布进行假设
Marshall J[122]证明了在仅限制误差概率密度函数（PDF，Probability Density Function）具有对称性和非增性的条件下，其上限形式为一个在中心点的Dirac Delta函数和一个均匀分布。虽然该分布是一个数学结构，完全不能物理实现，但确实提供了一个小于Chebyshev不等式的理论上限。Braff R等[123]提出正态反高斯（NIG，Normal Inverse Gaussian）分布可被认为是关于尾概率最低上限的合理估计。基于观测的最大误差，Braff使用统计方法导出可行的放大因子，给出了用于估计尾概率模型的一个NIG分布，并分析了最差的模型。Rife J等[124-125]提出处理时间相关序列时，只要样本存在一个概率分布函数，就可通过线性变换使其球对称，并基于此给出了各种环境下的滤波器最差性能模型。Blanch J等[126-127]提出了一种在伪距误差被描述为混合高斯分布的情况下计算最优保护级的方法，展示了这种误差的描述方法在描述厚尾分布的同时，不损失紧核特性所带来的更多的适应性，然而这种算法极大地增加了计算量。
由于难以使用真实数据对上述模型进行验证，上述研究均未得到实际应用。
（c）基于真实数据对误差模型进行统计推断
Rife J[128]提出核心包络方法处理误差分布与高斯分布相差较大的情况，将误差分为核心和尾部两个区域进行分析，表明误差尾部对Ⅲ类精密进近有显著影响，通过使用高斯核高斯边（GCGS，Gaussian Core with Gaussian Sidelobe）方法，给出了误差概率分布尾的允许容限，从而消除了厚尾包络的过保守。Shively C[129]提出将卫星测距均值的偏差加入LAAS的广播数据中，仿真证明这样可以满足Ⅱ/Ⅲ类精密进近要求，但其并不符合目前的LAAS标准，从而限制了其应用。Rife J等[130-132]提出使用Excess-Mass函数可以有效降低放大因子，以及使用双边包络可以验证定位域完好性，并允许真实误差分布是任意的，改进了早期完好性验证方法对零均值、对称性和单峰性的严格要求。定位域监测（PDM，Position Domain Monitoring）[117]的包络算法直接在定位域进行误差监测，大大降低了放大因子，但由于不知道用户在定位计算中究竟使用的是哪几颗卫星的组合，PDM算法必须对视界内卫星的全部可能组合分别进行计算，超出了实际系统的计算能力和数据链的容量[133-134]。
然而，上述统计推断方法的研究未能突破样本数量有限带来的统计不确定性难题。
综合国内外研究现状，现有针对卫星导航故障检测方法的研究均为在原有基于统计推断的误差包络方法基础上的改进，难以突破统计推断方法在误差包络中应用的固有不足。
（1）真实误差模型未知，且无法直接观测，所建立的先验模型灵活性不足，难以适应多星座卫星导航。
（2）用于统计推断的样本数量与所需要的置信度相比极为有限，由此产生了较大的统计不确定性。
从上述国内外调研的情况来看，目前导航增强手段单一，缺乏组网协同。本书针对天空地一体化导航增强的完好性模型进行研究，进一步改善了导航增强的性能，提升了导航服务能力。