胡耀坤

地基增強系統(tǒng)驗證飛行性能分析

胡耀坤

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，西安 710068）

地基增強系統(tǒng)（GBAS）在通過差分定位提高衛(wèi)星導(dǎo)航精度的基礎(chǔ)上，增加了一系列完好性監(jiān)視算法，提高系統(tǒng)完好性、可用性和連續(xù)性的指標(biāo)，使機(jī)場覆蓋空域范圍內(nèi)的配置相應(yīng)機(jī)載設(shè)備的飛機(jī)獲得達(dá)到I類精密進(jìn)近（CAT-I）甚至更高標(biāo)準(zhǔn)的精密進(jìn)近和著陸引導(dǎo)服務(wù)。GBAS驗證飛行的目的是確認(rèn)GBAS地面設(shè)備的信號穩(wěn)定性和可靠性，同時驗證GBAS地面設(shè)備與飛機(jī)機(jī)載設(shè)備的交聯(lián)能力。本文主要介紹了GBAS系統(tǒng)的系統(tǒng)組成和工作原理，重點介紹了驗證飛行測試方法以及對天津濱海國際機(jī)場驗證飛行實測數(shù)據(jù)分析等，為國產(chǎn)GBAS地面設(shè)備性能評估和后續(xù)GBAS投入應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

地基增強系統(tǒng)；驗證飛行；精密進(jìn)近

0 引言

導(dǎo)航是空中交通管理的重要組成部分，特別是在飛機(jī)起降階段的引導(dǎo)服務(wù)對技術(shù)和設(shè)備的安全性要求極高，并且是影響機(jī)場容量和航班安全準(zhǔn)點運行的核心因素。地基增強系統(tǒng)（Ground-Based Augmentation Systems，GBAS）基于衛(wèi)星導(dǎo)航為航班提供起降引導(dǎo)服務(wù)，是國際民航重點推進(jìn)的導(dǎo)航新技術(shù)，支持北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）的GBAS不僅代表著BDS的高端和典型的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，也是國家和中國民航的戰(zhàn)略性要求，GPS+BDS的多星座應(yīng)用，能夠更進(jìn)一步地提高GBAS服務(wù)的安全性和可用性，是國際民航和中國民航明確規(guī)劃的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用趨勢。

GBAS是國際民航組織提出的航空系統(tǒng)組塊升級[1]（Aviation System Blocks Upgrade，ASBU）計劃中的核心導(dǎo)航技術(shù)之一。GBAS利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）播發(fā)的導(dǎo)航信號，經(jīng)過一系列精密算法處理，為飛機(jī)進(jìn)近提供更安全、更可靠、更精確的引導(dǎo)信息，從而引導(dǎo)飛機(jī)精確進(jìn)場、著陸，是一種全新的精密進(jìn)近著陸引導(dǎo)方式。新系統(tǒng)可以支持飛機(jī)從跑道任意一端降落，并提供包括并行進(jìn)近、曲線進(jìn)近等更多線路進(jìn)港，緩解空域擁堵，提升機(jī)場吞吐能力，提高航班準(zhǔn)點率。

利用商用客機(jī)開展GBAS驗證飛行是GBAS地面設(shè)備審定的一個重要環(huán)節(jié)，通過驗證飛行，確認(rèn)GBAS地面設(shè)備信號性能是否滿足標(biāo)準(zhǔn)儀表飛行程序要求。

1 GBAS地面設(shè)備組成及工作原理

GBAS地面設(shè)備通過甚高頻（Very High Frequency，VHF）數(shù)據(jù)廣播（VHF Data Broadcast，VDB）發(fā)射電臺向機(jī)載子系統(tǒng)提供差分修正、完好性參數(shù)和精密進(jìn)近航路數(shù)據(jù)?？臻g部分[2]為GBAS地面設(shè)備和機(jī)載子系統(tǒng)提供GNSS和星基增強系統(tǒng)（Satellite-Based-Augmentation System，SBAS）測距信號和軌道參數(shù)。機(jī)載子系統(tǒng)將GBAS地面設(shè)備修正數(shù)據(jù)應(yīng)用到GNSS和SBAS測距信號中以獲取滿足精確度、完好性、連續(xù)性和可用性要求的定位結(jié)果。使用航路數(shù)據(jù)和差分修正后的定位結(jié)果為支持終端區(qū)域和精密進(jìn)近運行的航空器系統(tǒng)提供導(dǎo)引。

GBAS地面設(shè)備組成包括：4臺基準(zhǔn)接收機(jī)及其配置天線、數(shù)據(jù)處理機(jī)、監(jiān)控設(shè)備、VDB（包括VDB發(fā)射電臺、VDB接收電臺）和地面站授時單元等。VDB接收電臺、發(fā)射電臺和數(shù)據(jù)處理機(jī)一般采用雙冗余結(jié)構(gòu)[3]。典型的GBAS地面設(shè)備在機(jī)場布局如圖1所示。

圖1 GNSS地基增強系統(tǒng)示意圖

2 GBAS驗證飛行測試科目

GNSS地基增強系統(tǒng)地面設(shè)備驗證飛行，主要是確認(rèn)GBAS地面設(shè)備信號性能是否滿足標(biāo)準(zhǔn)儀表飛行程序要求，通過商用客機(jī)驗證機(jī)載設(shè)備和地面設(shè)備的一致性能。

測試項目及方法參考有關(guān)國內(nèi)民航行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，實時記錄GBAS地面設(shè)備和GNSS播發(fā)的數(shù)據(jù)，通過評估機(jī)載設(shè)備的運行性能[4]，驗證飛行科目包括地面檢查和進(jìn)近飛行驗證。

2.1 地面檢查

在允許的區(qū)域進(jìn)行驗證，開始跑道滑行檢查和進(jìn)近飛行測試前需要進(jìn)行停機(jī)坪靜態(tài)檢查，包括：飛機(jī)在停機(jī)坪上開機(jī)，檢查機(jī)載多模接收機(jī)[5]設(shè)備GNSS接收衛(wèi)星情況；檢查最后進(jìn)近航段（Final Approach Segment，F(xiàn)AS）標(biāo)識信息與驗證飛行程序是否一致；檢查調(diào)諧通道號，并與衛(wèi)星著陸系統(tǒng)（GNSS Landing System，GLS）進(jìn)近方向調(diào)諧一致。完成以上檢查后，才能進(jìn)入到進(jìn)近飛行等科目。

2.2 進(jìn)近飛行驗證

結(jié)合天津濱海國際機(jī)場現(xiàn)行程序，進(jìn)行飛行程序進(jìn)近飛行（標(biāo)準(zhǔn)五邊或者短五邊），執(zhí)行進(jìn)近飛行（標(biāo)準(zhǔn)五邊或者短五邊），執(zhí)行GLS模式的進(jìn)近著陸，檢查程序的一致性。進(jìn)近飛行測試內(nèi)容包括：檢查滑行過程中GLS調(diào)諧和模式狀態(tài)；航向、下滑道和距離指示狀態(tài)；飛行指引模式狀態(tài)；維護(hù)字（標(biāo)號）狀態(tài)。

3 天津濱海機(jī)場驗證飛行結(jié)果

3.1 地面檢查結(jié)果

2019年11月16日UTC 05:11至08:35，中電科西北集團(tuán)有限公司聯(lián)合中國民航飛行校驗中心，在天津濱海國際機(jī)場實施了GBAS驗證飛行測試。GBAS地面設(shè)備采用的是中電科西北集團(tuán)有限公司研制的DH-GEGBAS-LGF-1A型GBAS地面設(shè)備。機(jī)載平臺采用的是一架配備有柯林斯GLU925型多模接收機(jī)（Multi Mode Receiver，MMR）的飛機(jī)。

通過地面靜態(tài)檢查和跑道滑行檢查，確認(rèn)選擇的跑道方向標(biāo)識在MMR上保持正常運行，并且數(shù)值與調(diào)諧的跑道一致。在MMR上，GLS Ident正確解碼，并且與調(diào)諧的跑道一致。在整個檢查階段參數(shù)都輸出為正常運行。

3.2 進(jìn)近飛行驗證結(jié)果

飛機(jī)在UTC 07:57:50，高度600 m，距離天津濱海機(jī)場16R跑道入口約20 n mile處截獲航向信號，執(zhí)行GLS模式的著陸進(jìn)近。

飛行過程中，航向截獲從26.27 μA到0 μA，然后在UTC 08:03:28跟蹤直到著陸。下滑在UTC 08:03:28截獲，然后跟蹤直到UTC 08:05:21飛機(jī)著陸。飛機(jī)距跑道入口距離變化如圖2所示。

圖2 飛機(jī)距跑道入口距離隨時間的變化

飛機(jī)無線電高度表（Radio Altimeter，RA）指示的高度變化如圖3所示。

航向（Localizer，LOC）和下滑（Glide Slope，GS）偏差變化如圖4～圖5所示。

圖3 飛機(jī)高度隨時間的變化

圖4 航向（LOC）偏差隨時間的變化

圖5 下滑（GS）偏差隨時間的變化

4 結(jié)論

從上述試驗結(jié)果來看，GBAS信號符合現(xiàn)行規(guī)范要求，滿足GLS的要求，飛機(jī)飛行指引系統(tǒng)準(zhǔn)確捕獲并跟蹤了跑道的GLS信號。天津機(jī)場GBAS系統(tǒng)地面差分服務(wù)滿足I類精密進(jìn)近精度要求。

GNSS地基增強系統(tǒng)在天津濱海國際機(jī)場的安裝和長期運行，將對我國I類GBAS系統(tǒng)應(yīng)用與運行規(guī)范的制定提供重要的試驗依據(jù)。同時，天津濱海國際機(jī)場GBAS系統(tǒng)的順利運行，為開展基于GNSS的GBAS系統(tǒng)的試航取證和運行許可工作，提供了有力的支撐條件，對提升我國空管設(shè)備自動化水平以及國產(chǎn)化水平有重要的意義。

[1] IB-TM-2015-002. 中國民航航空系統(tǒng)組塊升級（ASBU）發(fā)展與實施策略[EB/OL]. 信息通告：中國民用航空局空管行業(yè)管理辦公室，2015.1.13.

[2] DO-245A, Minimum Aviation System Performance Standards for The Local Area Augmentation System (LAAS)[S]. Washington D.C.: RTCA, 2004.

[3] MH/T 4045-2017. 民用航空地基增強系統(tǒng)（GBAS）地面設(shè)備技術(shù)要求——I類精密進(jìn)近[S]. 北京：中國民用航空局，2017.

[4] DO-253C, Minimum Operational Performance Standards for GPS LAAS Airborne Equipment[S]. Washington D.C.: RTCA, 2000.

[5] ARNIC-755-5. MULTI-MODE RECEIVER (MMR)——DIGITAL[S]. Maryland: ARNIC, 2018.1.25.

Flight Performance Analysis of Ground-Based Augmentation System

HU Yaokun

The GBAS system will improve the navigation accuracy by using differential positioning. With the help of integrity monitoring algorithm, the system will keep a high accuracy, continuity, integrity and availability index. The airport covered by the GBAS system is to obtain a I class precision approach (CAT-I) even higher precision approach and landing guidance services. The purpose of the flight test for GBAS is to confirm the signal stability and reliability of the GBAS ground equipment. The cross-linking ability of GBAS ground equipment and aircraft airborne equipment will be verified at the same time. The paper mainly introduces the system composition and working principle of the GBAS system, and focuses on the flight test method as well as the conclusion of the data analyzing in Tianjin Binhai International Airport, which provides a way of evaluating the GBAS performance as well as a technical basis of popularization and application.

Ground Based Augmentation System; Verify Flight; Precision Approach

V217

A

1674-7976-(2021)-04-242-04

2021-05-17。胡耀坤（1984.06-），江西豐城人，碩士研究生，高級工程師，主要研究方向為民航衛(wèi)星導(dǎo)航增強技術(shù)。