摘要：在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在社會(huì)工作生活的各個(gè)方面都得到了一定程度的應(yīng)用。近年來，我國(guó)應(yīng)用的是來自美國(guó)在二十世紀(jì)七十年代研制出的的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，結(jié)合目前的發(fā)展趨勢(shì)來看，傳統(tǒng)的衛(wèi)星著陸技術(shù)設(shè)計(jì)，逐漸不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)生活的現(xiàn)實(shí)需求，過去我國(guó)民航機(jī)場(chǎng)，大多采用的是“盲降”的著陸系統(tǒng)，也就是儀表著陸系統(tǒng)，隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，GLS（衛(wèi)星著陸系統(tǒng)）得到了廣泛、深入的推廣和應(yīng)用，在未來，GLS將逐漸取代ILS，成為保護(hù)航空安全的成熟著陸系統(tǒng)。文章將對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)的基本原理以及功能進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析，并對(duì)于衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)目前的發(fā)展現(xiàn)狀和未來的發(fā)展前景分別進(jìn)行分析，為我國(guó)多衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)的整體發(fā)展提出了建設(shè)性的參考優(yōu)化改進(jìn)舉措。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星導(dǎo)航;GLS系統(tǒng);發(fā)展前景

中圖分類號(hào)：TN967.1 ???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1671-2064（2019）17-0000-00

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，航空運(yùn)輸業(yè)的實(shí)際需求越來越大，航空運(yùn)輸業(yè)在社會(huì)生產(chǎn)、工作中的重要性越來越強(qiáng)。我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程中，航空業(yè)的發(fā)展可以有效拉進(jìn)各個(gè)區(qū)域之間的距離，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)外各區(qū)域之間的聯(lián)系。但是在當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展階段，航空產(chǎn)業(yè)的供給，已經(jīng)不能滿足大量的需求，很多機(jī)場(chǎng)在航空運(yùn)輸上都面臨著極大的壓力。因此需要在原有的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大機(jī)場(chǎng)運(yùn)輸人以及貨物的總量，提升飛機(jī)運(yùn)輸?shù)陌踩浴＝陙?，各大機(jī)場(chǎng)逐漸重視起對(duì)著陸新系統(tǒng)的研究，針對(duì)最新制定的國(guó)際航空著陸設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)過去使用的儀表著陸系統(tǒng)中存在的問題和不足，對(duì)機(jī)場(chǎng)的導(dǎo)航、著陸以及離場(chǎng)等工作內(nèi)容，進(jìn)行系統(tǒng)的研究和改進(jìn)。經(jīng)過相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，過去最常使用的儀表著陸系統(tǒng)存在著較大的弊端，急切需要應(yīng)用新技術(shù)的導(dǎo)航著陸系統(tǒng)。我國(guó)近年來對(duì)GLS也就是衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)展開了科學(xué)的研究，讓其取代儀表著陸技術(shù)，廣泛應(yīng)用到了民用、軍用航空運(yùn)輸工作中，滿足了我國(guó)軍民用飛機(jī)著陸的現(xiàn)實(shí)需求，提升了飛機(jī)著陸時(shí)的準(zhǔn)確性和安全性，保障了運(yùn)輸工作人員以及乘客的生命安全，取得了較好的實(shí)踐效果。

1 衛(wèi)星導(dǎo)航GLS相關(guān)概述

1.1 衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)的原理

衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)的功能性，是通過全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)，從本質(zhì)上來講，屬于飛機(jī)進(jìn)近著陸導(dǎo)航系統(tǒng)的范疇。衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)，可以借助衛(wèi)星的定位和導(dǎo)航功能，在飛機(jī)的降落階段，引導(dǎo)飛機(jī)按照準(zhǔn)確的方向和位置，降落在跑道上。雖然衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)可以通過衛(wèi)星的實(shí)時(shí)檢測(cè)，來確定自身在地面上的位置，但是通過衛(wèi)星來進(jìn)行定位的方式，仍存在有一定的數(shù)據(jù)誤差，同時(shí)飛機(jī)的降落位置又非常的關(guān)鍵，稍有偏離就可能導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。所以衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)采用了地面、空中和衛(wèi)星三部分子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)工作的方式。

在衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)的測(cè)試中，通常使用的是模塊設(shè)計(jì)法。通過模塊設(shè)計(jì)法，可以對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)電路模塊的功能性，進(jìn)行逐級(jí)的測(cè)試。在Keil程序中進(jìn)行編寫和編譯的工作，然后將程序?qū)氲絇roteus進(jìn)行仿真，仿真后將程序應(yīng)用到在實(shí)際電路中，進(jìn)行后期的調(diào)試處理。模塊設(shè)計(jì)法中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，通過調(diào)試可以根據(jù)PWM信號(hào)，來調(diào)試電機(jī)的轉(zhuǎn)速。路面檢測(cè)模塊，可以對(duì)4路有效信號(hào)進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試的過程中，紅外傳感器都進(jìn)入到白色路面時(shí)，單片機(jī)接收到的信號(hào)電平為0.25V左右。其中一個(gè)或者兩個(gè)紅外對(duì)管放置在黑線范圍時(shí)，對(duì)應(yīng)的電平變高，為4.23V左右。

1.2 衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)的構(gòu)成

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在其功能性實(shí)現(xiàn)的過程中，借助了空間子系統(tǒng)、地面子系統(tǒng)、機(jī)載子系統(tǒng)以及監(jiān)控子系統(tǒng)四個(gè)部分的作用。

空間子系統(tǒng)的功能，就是播放GNSS空間信號(hào)，為其他部分系統(tǒng)功能提供信號(hào)支持。地面子系統(tǒng)由地面處理站、基準(zhǔn)接收器以及VHF Data Broadcasting處理設(shè)備構(gòu)成。地面子系統(tǒng)可以在接收到空間子系統(tǒng)發(fā)出的GNSS信號(hào)后，處理站經(jīng)過精密的計(jì)算，得出空間衛(wèi)星反饋的各項(xiàng)數(shù)據(jù)的修正差值，對(duì)整體的修正過程進(jìn)行全程監(jiān)督。VHF Data Broadcasting處理設(shè)備可以通過廣播來傳達(dá)修正數(shù)據(jù)。最后，通過地面基站，將修正數(shù)據(jù)、相關(guān)阿德監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息、地面站信息傳達(dá)給飛機(jī)^【1】。

機(jī)載子系統(tǒng)，由機(jī)載接收器和飛行控制顯示設(shè)備構(gòu)成。機(jī)載的多模式接收器可以接收到空間段發(fā)出的GNSS信號(hào)和地面段提供的地面差分?jǐn)?shù)據(jù)信息。機(jī)載子系統(tǒng)可以將接收到的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行完好性的等級(jí)計(jì)算以及差分定位計(jì)算，最終得出差分引導(dǎo)信息并將差分引導(dǎo)信息輸出。這部分的計(jì)算內(nèi)容是基于進(jìn)近段數(shù)據(jù)構(gòu)建出來的理想下滑路徑來實(shí)現(xiàn)的。機(jī)載系統(tǒng)可根據(jù)空間衛(wèi)星的測(cè)距信號(hào)解算出偽距信息，但這樣得到的偽距存在較大誤差，地面基站發(fā)

射的差分修正數(shù)據(jù)可進(jìn)一步修正偽距，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航解算，確定飛機(jī)位置、預(yù)定進(jìn)近航道和導(dǎo)航系統(tǒng)完好性。

監(jiān)控子系統(tǒng)，由系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備構(gòu)成。系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備可以對(duì)地面子系統(tǒng)的設(shè)備工作狀態(tài)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的全過程檢測(cè)，還可以對(duì)最終得出的進(jìn)近數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和修改。

2 衛(wèi)星導(dǎo)航GLS的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

傳統(tǒng)的儀表導(dǎo)航系統(tǒng)，從二十世紀(jì)四十年代末，被規(guī)范為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的航空著陸設(shè)備系統(tǒng)。經(jīng)過了幾十年的發(fā)展變遷，ILS（儀表導(dǎo)航系統(tǒng)）在技術(shù)的先進(jìn)性以及引導(dǎo)著陸工作的精密度、安全程度上，已經(jīng)逐漸失去了原有的優(yōu)勢(shì)。

ILS（儀表導(dǎo)航系統(tǒng)）的局限性，首先是其運(yùn)行的成本過高。儀表導(dǎo)航系統(tǒng)在引導(dǎo)飛機(jī)著陸的時(shí)候，是一種“盲降”的工作模式，需要降落的機(jī)場(chǎng)提供一套雙向的著陸跑道，并且需要為飛機(jī)配備兩套完善額盲降系統(tǒng)。目前的發(fā)展階段，各大機(jī)場(chǎng)的運(yùn)送壓力都比較大，航班數(shù)量比過去有了明顯的增加。所以可供著陸的跑道較少，難以滿足儀表導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)際的工作需求。同時(shí)，各大機(jī)場(chǎng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，多條備用的跑道會(huì)增加機(jī)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)、檢修的資金、人力投入，影響現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)效益。其次，儀表導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)于使用環(huán)境的適應(yīng)性較差，其在使用的過程中，對(duì)場(chǎng)地有著較高的要求。儀表檢測(cè)會(huì)受到場(chǎng)地中車輛、地形以及處于滑行狀態(tài)的飛機(jī)的影響，很可能產(chǎn)生信號(hào)不穩(wěn)定的狀況，給飛機(jī)的安全著陸帶來較大的威脅。儀表著陸系統(tǒng)適用的信號(hào)頻道不足，在機(jī)場(chǎng)建設(shè)規(guī)模不夠的情況下，很容易導(dǎo)致信號(hào)交流頻道緊張的狀況，影響飛機(jī)著陸效果。

而衛(wèi)星導(dǎo)航GLS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，在于環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)行成本較低、運(yùn)行靈活、信號(hào)較為穩(wěn)定這四方面。環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，主要體現(xiàn)在衛(wèi)星著陸系統(tǒng)對(duì)于適用場(chǎng)地的要求較低，也就是說對(duì)比傳統(tǒng)的儀表著陸系統(tǒng)，衛(wèi)星著陸系統(tǒng)不具備臨界區(qū)的保護(hù)限制，一方面可以減少機(jī)場(chǎng)場(chǎng)地的改造、日常維護(hù)的人力物力成本投入。另一方面，可以安裝在地形較為復(fù)雜的機(jī)場(chǎng)，在機(jī)場(chǎng)現(xiàn)實(shí)條件無法滿足儀表著陸系統(tǒng)安裝需求時(shí)，提供精密的進(jìn)近數(shù)據(jù)支持。運(yùn)行成本低的優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)在一套完整的衛(wèi)星著陸系統(tǒng)可以滿足各中規(guī)格的機(jī)場(chǎng)跑道的精密進(jìn)近需求。根據(jù)實(shí)際的衛(wèi)星導(dǎo)航GLS應(yīng)用支出調(diào)查表明，一套完善的GLS設(shè)備，可以同時(shí)為多個(gè)精密進(jìn)近程序，提供數(shù)據(jù)信號(hào)指引。衛(wèi)星著陸系統(tǒng)的設(shè)備的銷售價(jià)格，通常是單臺(tái)儀表著陸系統(tǒng)設(shè)備的三分之一。運(yùn)行靈活的優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)在衛(wèi)星導(dǎo)航GLS并不局限與單一的直線進(jìn)近著陸方式，而是與RNAV/RNP協(xié)同實(shí)現(xiàn)曲線進(jìn)近，可以根據(jù)實(shí)際的著陸情況，選擇適宜的著陸方式，在改變著陸路線的過程中具有較強(qiáng)的靈活性^【2】。衛(wèi)星導(dǎo)航GLS系統(tǒng)在引導(dǎo)飛機(jī)著陸的過程中，可以在跑道入口、最后進(jìn)近下滑角進(jìn)行快速、簡(jiǎn)化的調(diào)整過程，有利于降低機(jī)場(chǎng)噪聲、縮短尾流間隔。信號(hào)穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)在衛(wèi)星導(dǎo)航GLS受到外界影響因素的干擾程度較低。衛(wèi)星導(dǎo)航GLS在引導(dǎo)飛機(jī)著陸的過程中，不易受地面、空中活動(dòng)影響。在遇到雷雨、大風(fēng)等極端天氣時(shí)，信號(hào)會(huì)處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。信號(hào)的穩(wěn)定性，為縮小管制間隔（特別是II/III 類運(yùn)行時(shí)，五邊前后飛機(jī)之間的間隔）創(chuàng)造了條件。

3 衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

由于我國(guó)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)的研究起步時(shí)間較晚，因此目前階段還未建立起來完善的衛(wèi)星導(dǎo)航著陸體制。我國(guó)航空工作中，對(duì)于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用能力較差，在應(yīng)用的過程中，主要采用的是GPS差分技術(shù)，對(duì)GPS技術(shù)有著較強(qiáng)的依賴，這樣的依賴性也就導(dǎo)致了在技術(shù)應(yīng)用的過程中，工作的完備性以及抗干擾性較差^【3】。

在我國(guó)電子科技集團(tuán)長(zhǎng)期的研究工作下，在二十一世紀(jì)初，我國(guó)逐漸研制出了基于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的GBAS系統(tǒng)原理樣機(jī)以及正樣設(shè)備。并在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)過程中，使用衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)在多個(gè)大型機(jī)場(chǎng)進(jìn)行了精密進(jìn)近數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)，衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)提供的的進(jìn)近數(shù)據(jù)支持，得到了精密性以及完好性的驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的信號(hào)覆蓋能力，信號(hào)的穩(wěn)定性在國(guó)際上也處于較高的水準(zhǔn)。

4 衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)的發(fā)展前景

基于COMPASS的GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)，是衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要包括GPS衛(wèi)星系統(tǒng)、COMPASS以及GALILEO三個(gè)部分。地面設(shè)備主要包括括數(shù)據(jù)處理機(jī)、監(jiān)控設(shè)備和 4臺(tái)基準(zhǔn)接收機(jī)。衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)中的本地地面設(shè)備，主要負(fù)責(zé)進(jìn)行系統(tǒng)的差分修正以及計(jì)算播發(fā)完好性參數(shù)。衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)中的地面試驗(yàn)車輛，主要負(fù)責(zé)測(cè)試著陸系統(tǒng)整體的性能以及工作狀態(tài)，評(píng)估系統(tǒng)關(guān)鍵算法?；贑OMPASS的GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)，將COMPASS衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，確定成為整體系統(tǒng)運(yùn)行的重要優(yōu)勢(shì)，結(jié)合接收到的衛(wèi)星信號(hào)，可以為飛機(jī)的著陸提供安全穩(wěn)定的信號(hào)資源支持，形成多頻點(diǎn)、多系統(tǒng)的衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)。

基于COMPASS的GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)，應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，包括多頻點(diǎn)差分處理技術(shù)、多系統(tǒng)完好性檢測(cè)技術(shù)以及綜合測(cè)試與驗(yàn)證評(píng)估技術(shù)。通過先進(jìn)技術(shù)的支持，來實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)的精細(xì)性、安全性、實(shí)用性的切實(shí)提升。多頻點(diǎn)差分處理技術(shù)，就是在差分處理的過程中，采用多個(gè)導(dǎo)航頻點(diǎn)來提升處理工作的精度。基于COMPASS的GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)可以通過混合星座的方式，構(gòu)建完善的系統(tǒng)組網(wǎng)。多系統(tǒng)的完好性檢測(cè)技術(shù)，可以為飛機(jī)的著陸，提供更豐富的信息資源。但是多系統(tǒng)的介入，會(huì)給衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)的安全性帶來一定程度的威脅，所以需要在工作的準(zhǔn)備階段，設(shè)定好完善的系統(tǒng)完好性風(fēng)險(xiǎn)模型，更好地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分配管理工作。綜合測(cè)試與驗(yàn)證評(píng)估技術(shù)，具體來說就是通過關(guān)鍵性算法，來制約和規(guī)范衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)的整體性能。建立完善的綜合測(cè)試與驗(yàn)證評(píng)估環(huán)境，可以對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)中的多頻點(diǎn)差分處理、多系統(tǒng)完好性監(jiān)測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行分析評(píng)估，從而達(dá)到優(yōu)化算法性能，最終提升系統(tǒng)性能的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)發(fā)展，需要積極進(jìn)行技術(shù)的提升研究，提升航空運(yùn)輸中降落、著陸、疏散等工作程序中的精密性、安全性以及實(shí)用性。借鑒國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，提升自主研究能力，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航著陸系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，為航空單位提供更多的市場(chǎng)效益。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2019-07-26

作者簡(jiǎn)介：管世龍（1988—），男，河南濮陽(yáng)人，本科，工程師，研究方向：民航空管導(dǎo)航設(shè)備維護(hù)。