胡鳳亮

（中國民用航空華北地區(qū)空中交通管理局天津分局，天津 300300）

0 引言

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)技術(shù)在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)得到了廣泛的認同。 國際民航組織（International Civil Aviation Organization，ICAO）一直在倡導(dǎo)采用GNSS 技術(shù)作為單一的導(dǎo)航手段來實現(xiàn)飛機所有飛行階段的導(dǎo)航。衛(wèi)星導(dǎo)航地基增強系統(tǒng)（Ground Based Augmentation System，GBAS）是國際民航組織提出的航空系統(tǒng)組塊升級[1]（Aviation System Block Upgrades，ASBU）計劃中的核心導(dǎo)航技術(shù)之一。GBAS 技術(shù)通過應(yīng)用差分增強和完好性監(jiān)測技術(shù)，可以滿足民用航空精密進近著陸引導(dǎo)關(guān)于完好性、連續(xù)性和可用性的嚴格需求。 中電科西北集團有限公司研制的LGF-1A 型GBAS 設(shè)備于2018年5月完成了天津濱海機場的GBAS 地面設(shè)備安裝并開展現(xiàn)場測試。2019年12月20日，中電科西北集團有限公司該型GBAS 設(shè)備獲得中國民航頒發(fā)的臨時使用許可證書，是國內(nèi)首個通過中國民航使用許可認證的衛(wèi)星導(dǎo)航地基增強系統(tǒng)。2020年底，該系統(tǒng)通過了投產(chǎn)飛行校驗和竣工驗收，即將投入正式運行。

1 GBAS 地面設(shè)備組成及工作原理

GBAS 利用GNSS 播發(fā)的導(dǎo)航信號，經(jīng)過一系列精密算法處理，為飛機進近提供更安全、更可靠、更精確的引導(dǎo)信息，從而引導(dǎo)飛機精確進場、著陸，是一種全新的精密進近著陸引導(dǎo)方式。新系統(tǒng)可以支持飛機從跑道任意一端降落，并提供飛機包括并行進近、曲線進近等更多線路進港，緩解空域擁堵，提升機場吞吐能力，提高航班準點率。

GBAS 地面設(shè)備的總體框架示意圖如圖1 所示。主要組成包括：4 臺基準接收機及其天線、數(shù)據(jù)處理機、監(jiān)控設(shè)備、甚高頻（Very High Frequency，VHF）數(shù)據(jù)廣播（VHF Data Broadcast，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、發(fā)射電臺和數(shù)據(jù)處理機一般采用雙冗余結(jié)構(gòu)[2]。

GBAS 地面設(shè)備通過VDB 發(fā)射電臺向機載子系統(tǒng)提供差分修正、完好性參數(shù)和精密進近航路數(shù)據(jù)。空間部分為GBAS 地面設(shè)備和機載子系統(tǒng)提供GNSS 和SBAS 測距信號和軌道參數(shù)。機載子系統(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[3]。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)域和精密進近運行的航空器系統(tǒng)提供適當(dāng)?shù)膶?dǎo)引。

2 GBAS 地面設(shè)備維護

根據(jù)中國民航《衛(wèi)星導(dǎo)航地基增強系統(tǒng)開放與運行管理實施細則（試行）》的規(guī)定，空管運行單位負責(zé)GBAS 設(shè)備的選址、建設(shè)和運行保障工作。

LGF-1A 型GBAS 設(shè)備運行維護包括日常維護、周維護、月維護、季度維護和年度維護[4]。各項維護內(nèi)容如表1 所示。

表1 維護項目

LGF-1A 型GBAS 設(shè)備運行維護過程中，涉及到儀器/儀表測試操作的項目包括：VDB 輸出頻率測試、VDB 信號功率測試、VDB 天線駐波比測試和授時信號測試等四項測試內(nèi)容。上述四項測試內(nèi)容，涉及到GBAS 提供的VDB 信息是否滿足服務(wù)信息覆蓋要求，是GBAS 運行維護過程中關(guān)注的重點，本文將重點介紹上述四項的測試方法。

3 天津機場GBAS 定期維護

3.1 VDB 輸出頻率測試

VDB 射頻輸出頻率測試主要目的是確認VDB發(fā)射機工作頻率的準確性，要求射頻輸出頻率不超過設(shè)定頻率±2 PPM。測試所使用的儀器儀表工具及材料包括頻率計和同軸線纜。作為正常的定期維護的一部分，或者當(dāng)VDB 發(fā)射電臺更換后，必須對RF 輸出頻率進行測量。RF 輸出頻率的測量在GBAS 地基增強系統(tǒng)測試模式下進行。首次安裝系統(tǒng)或更換設(shè)備后，需要在系統(tǒng)允許廣播之前執(zhí)行該過程。在正常運行模式，如果沒有更換過射頻設(shè)備，并且系統(tǒng)已經(jīng)正常運行，連接上VDB 的發(fā)射電臺，測試檢查每個射頻頻率可以作為常規(guī)檢查的一部分。VDB 射頻輸出頻率測試連接如圖2 所示。

VDB 射頻輸出頻率測試步驟為：

（1）在MCT 軟件中，單擊“設(shè)備面板”組件，點擊測試模式切換按鈕，進入測試模式；

（2）使用同軸線纜，兩端分別連接發(fā)射電臺備機前面板的“RF TEST”和頻率計射頻輸入接口；

（3）頻率計上電；

（4）按住發(fā)射電臺備機前面板“TEST”按鈕；

（5）讀取頻率計上顯示的頻率值，頻率值精確到千分位，進行記錄；

（6）步驟（1）～（5）操作完畢后，關(guān)閉頻率計，拆除連接發(fā)射電臺備機前面板的“RF TEST”和頻率計射頻輸入接口的同軸線纜；

（7）在MCT 軟件的“設(shè)備面板”組件界面，對發(fā)射電臺進行主備切換；

（8）重復(fù)步驟（2）～（6），對當(dāng)前發(fā)射電臺備機進行頻率測試；

（9）測試完畢退出測試模式。

3.2 VDB 信號功率測試

VDB 信號功率測試的主要目的是確認VDB 發(fā)射機功率的準確性，其要求射頻輸出功率不超過設(shè)定±1 dB。測試所使用的儀器儀表工具及材料包括：脈沖式峰值功率計和假負載。射頻輸出功率測量需要作為正常定期維護的一部分，或當(dāng)VDB 發(fā)射電臺或其它射頻設(shè)備已被更換，用峰值功率計按照以下過程進行測量。射頻輸出功率的測量應(yīng)當(dāng)將GBAS 設(shè)備設(shè)置在測試模式下進行。

在發(fā)射電臺備機上，VDB 信號功率測試步驟為：

（1）斷開設(shè)備電源；

（2）定向耦合器1 輸出端斷開電纜VDB-RFL2，連接功率輸入端；

（3）功率計的輸出端連接假負載；

（4）功率計上電；

（5）設(shè)備上電；

（6）在MCT 軟件中，單擊“設(shè)備面板”組件，點擊測試模式切換按鈕，進入測試模式；

（7）峰值功率計允許運行2～3 分鐘，獲得足夠的發(fā)射脈沖串進行平均測量；

（8）讀取平均功率值，該值必須在設(shè)定的功率電平1.0 dB 之內(nèi)。如果測量結(jié)果不在范圍內(nèi)，先檢查VDB 子系統(tǒng)；

（9）在MCT 軟件中，對“發(fā)射電臺進行主備切換”，重復(fù)（7）～（8）步驟；

（10）測試完畢退出測試模式；

（11）關(guān)閉設(shè)備，恢復(fù)定向耦合器1 和VDB發(fā)射天線之間的VDB-RFL2 線纜連接。

3.3 VDB 天線駐波比測試

測試所使用的儀器儀表工具及材料為功率計。

VDB 天線駐波比測試步驟為：

（1）關(guān)閉設(shè)備電源；

（2）在VDB 發(fā)射電臺與VDB 天線的電纜中串聯(lián)功率計探頭（正向功率100 W）；

（3）開啟設(shè)備電源；

（4）使用本地維護終端調(diào)整設(shè)備為測試模式；

（5）在運行的發(fā)射電臺，按住發(fā)射機前面板上的TEST MODE 按鈕，讀取駐波比數(shù)值，駐波比數(shù)值應(yīng)＜2；

（6）測試完畢退出測試模式。

3.4 授時信號測試

測試所使用的儀器儀表工具及材料為示波器。授時信號實例如圖3 所示。授時信號測試步驟為：

（1）在MCT 軟件中，單擊“設(shè)備面板”組件，點擊測試模式切換按鈕，進入測試模式；

（2）連接示波器；

（3）示波器探頭的“+”連接授時轉(zhuǎn)發(fā)單元前面板調(diào)試口的“PPS+”，探頭“－”連接授時轉(zhuǎn)發(fā)單元前面板調(diào)試口的“PPS－”；

（4）使用示波器測量脈沖幅度、脈寬和周期，并記錄數(shù)值；

（5）確認脈沖幅度范圍為2～6 V；周期范圍1000 ms ±5 ms。

（6）將兩臺授時轉(zhuǎn)發(fā)單元的授時信號同時引入示波器，測量授時信號起始時間差，差值應(yīng)小于0.1ms。

4 結(jié)論

天津濱海機場地基增強系統(tǒng)自2018年5月18日運行以來，完成了多次飛行校驗。連續(xù)運行期間，空管技術(shù)人員持續(xù)對設(shè)備進行檢測，完成了定期巡視、檢測和參數(shù)記錄等工作，確認了設(shè)備工作性能穩(wěn)定，設(shè)備連續(xù)運行期間狀態(tài)正常。

通過實施定期維護，能夠及時有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行過程中潛在的故障風(fēng)險，提高系統(tǒng)運行的安全性。GBAS設(shè)備作為民航空管導(dǎo)航新裝備，國內(nèi)首次在天津濱海國際機場的安裝和長期運行，探索GBAS 設(shè)備運行維護操作模式，將對我國I 類GBAS系統(tǒng)應(yīng)用提供重要的依據(jù)，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。