杜海浪,袁春娟

（中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院飛行部,西安 710000）

地基增強(qiáng)系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用

杜海浪,袁春娟

（中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院飛行部,西安 710000）

隨著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的快速發(fā)展，以及陸基導(dǎo)航的固有缺陷，空中交通管理系統(tǒng)將逐步從陸基導(dǎo)航系統(tǒng)向星基導(dǎo)航系統(tǒng)過(guò)渡，地基增強(qiáng)系統(tǒng)（GBAS）應(yīng)運(yùn)而生，本文介紹GBAS系統(tǒng)的發(fā)展、基本組成及功能，設(shè)計(jì)了某機(jī)場(chǎng)建設(shè)GBAS系統(tǒng)的建設(shè)方案，并對(duì)未來(lái)GBAS系統(tǒng)在該機(jī)場(chǎng)的應(yīng)用進(jìn)行描述和分析。

GBAS系統(tǒng);進(jìn)近著陸;衛(wèi)星導(dǎo)航

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以提供全球、全天候、連續(xù)實(shí)時(shí)的導(dǎo)航，空中交通管理系統(tǒng)從現(xiàn)有陸基導(dǎo)航系統(tǒng)向星基導(dǎo)航系統(tǒng)過(guò)渡已成為未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。國(guó)際民航組織提出了地基增強(qiáng)系統(tǒng)（GBAS）的概念。GBAS系統(tǒng)是當(dāng)前國(guó)際民航組織認(rèn)可唯一支持I類精密進(jìn)近運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也是航空系統(tǒng)組塊升級(jí)（ASBU）中導(dǎo)航部分的核心技術(shù)之一，其為進(jìn)近及著陸階段的航空器提供精密進(jìn)近服務(wù)，直接關(guān)系航空運(yùn)行安全。但由于GBAS系統(tǒng)屬于新技術(shù)，各國(guó)民航當(dāng)局都需要在系統(tǒng)投入運(yùn)行前進(jìn)行安全驗(yàn)證與評(píng)估，確認(rèn)系統(tǒng)與技術(shù)能夠滿足本國(guó)航空安全運(yùn)行需要。

目前，我國(guó)軍機(jī)使用的著陸設(shè)備主要為微波著陸系統(tǒng)，維護(hù)維修成本高，而且需要進(jìn)行定期校飛。民機(jī)使用的主要著陸設(shè)備為儀表著陸系統(tǒng)，它的信號(hào)受場(chǎng)地影響較大，目前只具有I類的著陸引導(dǎo)能力，所有飛機(jī)必須按照飛行程序規(guī)定的單一下滑道實(shí)現(xiàn)著陸。隨著全球衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的廣泛應(yīng)用，GBAS系統(tǒng)已越來(lái)越受到各國(guó)民航空管系統(tǒng)的重視，它不受地形的限制，使飛機(jī)采取連續(xù)下降進(jìn)近的運(yùn)行方式，達(dá)到I類或更高的精密進(jìn)近和引導(dǎo)著陸。我國(guó)民航計(jì)劃在未來(lái)20年內(nèi)，實(shí)現(xiàn)陸基著陸系統(tǒng)向星基著陸系統(tǒng)的過(guò)渡。

1 GBAS著陸系統(tǒng)介紹

1.1 基本組成及功能

GBAS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要是由三部分組成：衛(wèi)星系統(tǒng)部分、地面系統(tǒng)部分、機(jī)載系統(tǒng)部分。

GPS/GBAS三個(gè)主要部分分別是：

衛(wèi)星系統(tǒng)部分，用于產(chǎn)生目標(biāo)測(cè)距信號(hào)。

地面系統(tǒng)部分，提供地面固定站的差分修正信息和其它相關(guān)信息的VDB信號(hào)。

機(jī)載系統(tǒng)部分，包含接收和處理衛(wèi)星定位信號(hào)和修正信號(hào)的機(jī)載設(shè)備，用于計(jì)算并輸出位置的解，以及相對(duì)于參考路徑的偏離值，并適時(shí)通告。

衛(wèi)星系統(tǒng)部分是為飛機(jī)機(jī)載設(shè)備和地面系統(tǒng)提供所需的測(cè)距信號(hào)的，地面系統(tǒng)部分根據(jù)接收到的信號(hào)和自身位置信息生成差分修正信息、完好性信息以及其他相關(guān)數(shù)據(jù)，包括為進(jìn)近的飛機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航的三維幾何路徑，形成無(wú)限延伸的一條直線作為最終的進(jìn)近路徑，數(shù)據(jù)通過(guò)通信設(shè)備傳到機(jī)載系統(tǒng)。

機(jī)載系統(tǒng)使用衛(wèi)星信號(hào)計(jì)算差分修正位置估計(jì)值，并產(chǎn)生相對(duì)于最終進(jìn)近路徑的偏差信號(hào)，且偏差與當(dāng)前儀表著陸系統(tǒng)接收機(jī)提供的偏差相兼容。機(jī)載系統(tǒng)還可提供系統(tǒng)性能適時(shí)通告，和輸出有完好性信息的位置、速度和時(shí)間。

1.2 GBAS著陸系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

1.2.1 提高機(jī)場(chǎng)和終端區(qū)容量

GBAS著陸系統(tǒng)的應(yīng)用將充分縮小飛機(jī)的縱向和側(cè)向間隔，提高機(jī)場(chǎng)和終端區(qū)容量。

1.2.2 優(yōu)化飛行程序，提高運(yùn)行效率

GBAS著陸系統(tǒng)的使用將大大提高飛行運(yùn)行效率。

1.2.3 可多跑道覆蓋，降低機(jī)場(chǎng)著陸引導(dǎo)設(shè)備成本

與陸基導(dǎo)航著陸系統(tǒng)相比，GBAS系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多跑道覆蓋，可降低機(jī)場(chǎng)著陸引導(dǎo)設(shè)備的成本。

1.2.4 解決地形復(fù)雜地區(qū)或高原機(jī)場(chǎng)進(jìn)近著陸引導(dǎo)問(wèn)題

不少機(jī)場(chǎng)需要建在在無(wú)人區(qū)和地形復(fù)雜的地區(qū)，因此陸基導(dǎo)航設(shè)備會(huì)存在建設(shè)，維護(hù)困難的問(wèn)題，因此在這些地區(qū)，只能采用效率極低的進(jìn)場(chǎng)程序。GBAS著陸系統(tǒng)的應(yīng)用將解決這些機(jī)場(chǎng)的進(jìn)近和著陸引導(dǎo)問(wèn)題。

2 機(jī)場(chǎng)GBAS系統(tǒng)建設(shè)方案

通過(guò)對(duì)某機(jī)場(chǎng)業(yè)務(wù)和需求的綜合考慮，建設(shè)的GBAS系統(tǒng)由三部分組成：GBAS地面系統(tǒng)、GBAS機(jī)載接收機(jī)、GBAS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3 某機(jī)場(chǎng)GBAS系統(tǒng)應(yīng)用構(gòu)想

3.1 GBAS的類ILS進(jìn)近飛行

ILS是在跑道中心延長(zhǎng)線一定角度范圍內(nèi)利用電磁波信號(hào)向空中建立一個(gè)狹窄的“通道”，飛機(jī)ILS 機(jī)載接收設(shè)備通過(guò)接收該電磁信號(hào)，確定其與跑道中心線的相對(duì)位置，若飛機(jī)在該“通道”中央飛行，則表示飛機(jī)沿正確方向接近跑道, 并平穩(wěn)地下降高度，可以安全進(jìn)近并著陸。

GBAS進(jìn)近飛行就是將GBAS作為進(jìn)近引導(dǎo)的主用導(dǎo)航系統(tǒng)，而將目前廣泛使用的儀表著陸系統(tǒng)（ Instrument Landing System，ILS）作為備用導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)施進(jìn)近飛行。

3.2 GBAS連續(xù)下降進(jìn)近

目前的進(jìn)近著陸系統(tǒng)不夠精確，飛機(jī)鎖定跑道、緩慢下降的過(guò)程中，飛行員必須給飛機(jī)留有余地。未來(lái)安裝GBAS著陸系統(tǒng)后，飛機(jī)可以通過(guò)GBAS提供的精確定位和進(jìn)近信息運(yùn)行，不必留更多的余地，可以縮短進(jìn)近距離和時(shí)間，節(jié)約成本，減少開(kāi)支。

3.3 GBAS用于定位的性能分析與應(yīng)用

使用GBAS系統(tǒng)給機(jī)載用戶進(jìn)行定位服務(wù)。分析其定位服務(wù)保護(hù)級(jí)，并將其定位結(jié)果和雷達(dá)定位結(jié)果相比較。

3.4 GBAS測(cè)量值誤差的精確估計(jì)

通過(guò)大地估計(jì)誤差會(huì)損失系統(tǒng)的連續(xù)性和可用性；過(guò)小地估計(jì)誤差會(huì)損失系統(tǒng)的完好性。 GBAS系統(tǒng)具有自我修正誤差的能力，在不斷的飛行保障中，利用GPS差分技術(shù)，系統(tǒng)能夠?qū)w機(jī)進(jìn)近路徑的誤差降至最低。

4 結(jié)束語(yǔ)

GBAS地基增強(qiáng)系統(tǒng)的應(yīng)用可以大大降低飛機(jī)對(duì)地面無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備的依賴，利用飛機(jī)現(xiàn)代化的機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備及GBAS系統(tǒng)引導(dǎo)飛機(jī)著陸，使飛機(jī)沿著精準(zhǔn)定位的航跡飛行，，即使地面設(shè)備故障，也能安全精確地著陸，GBAS系統(tǒng)的使用將會(huì)極大提升飛行安全，減少由天氣原因而造成的復(fù)飛和返航。GBAS地基增強(qiáng)系統(tǒng)的建立可以提高飛機(jī)的定位精度，減少飛行間隔，降低飛行時(shí)間，增加飛行密度，提高飛行運(yùn)輸及著陸能力。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.063

杜海浪（1984-）,男,陜西澄城人,本科,工程師,主要研究方向：通訊導(dǎo)航與監(jiān)視。