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基于民航探究地基增强系统的运用

2020-02-25 364 上传者：管理员

摘要：地基增强系统（GBAS）的关键作用是为机场周围的航空用户提供GNSS空间信号增强服务，解决最后进近航段GNSS系统精度达不到精密进近程序性能要求的问题。文章对GBAS的系统组成为切入点，全面分析GBAS的GLS运行优势及国内外运行状况，以期推动我国民航GBAS系统等空管设备的国产化。

关键词：
GNSS系统
地基增强系统
星基导航
空管设备
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中国作为民航大国，在航行新技术上持续引进国际先进技术，中国民航局近年来也一直出台相关政策积极推进航行新技术在中国的实施与运用。GNSS作为一种星基导航的新技术，在中国已实施多年。国际民航组织（ICAO）与各缔约国和有关国际组织目前已达成共识，将基于性能的导航（PBN）作为未来全球导航技术的主要发展方向。PBN运行的导航设施主要依赖全球导航卫星系统（GNSS）。

GNSS系统可以为航空器提供星基的导航服务，进行水平定位和垂直引导。但是在最后进近航段，GNSS系统精度达不到精密进近程序的性能要求，如RNPAPCH进近程序是类精密进近而不是精密进近。为提高GNSS的导航性能，以满足民用航空用户不同飞行阶段、不同导航应用和导航设施的要求，国际民航组织（ICAO）定义了三类不同的增强系统，以增强卫星导航性能。GNSS系统包括地基增强系统GBAS、机载增强系统ABAS、星基增强系统SBAS。

GBAS在差分定位提高卫星导航精度的基础上，增加了完好性监视算法，用以提高系统完好性、可用性、连续性的指标。在机场覆盖空域范围内，配有相应机载设备的航空器可以获得CATⅠ类甚至更高标准的精密进近引导服务。ABAS利用机载GPS信息和其他传感器信息，实现机载导航系统的完好性监视。在没有其他可用的增强系统时，航空公司的GNSS接收机必须具备ABAS功能，可以通过多种途径获取RAIM预测值。SBAS是基于地球静止轨道卫星建立的地区性广域差分增强系统，该系统保证了GPS信号满足精度、完好性、连续性和可用性。

一、GBAS系统组成

GBAS系统是一种用户接收机导航增强信息来自于地面发射机的卫星导航增强系统，包括空间导航卫星星座系统，地面增强系统和机载接收机系统三个部分。

二、基于GBAS的GLS简介

地基增强型卫星着陆系统GLS（GBASLandingSystem）是一种基于GBAS的卫星着陆系统，与RNPAPCH不同，它可以实现星基导航的精密进近着陆。GLS系统可根据GBAS系统提供的着陆功能和飞行指引，包含自动驾驶和机载GLS设备，GLS可实现精密进近和着陆功能（Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ类）。在GLS进近中，地面甚高频（VHF）数据广播（VDB）传送最后进近航段（FAS）数据块至机载系统，这些信息会定义一个虚拟的LOC/GP，LOC和GP结合GBAS接收机/多模接收机（MMR）的高精度三维定位输出，计算航空器偏离定义标称航迹的相关数据，这些数据形成水平和垂直偏差，并在航空器相关仪表（PFD、ND）上显示。

三、GLS的运行优势

与传统的ILS（仪表着陆系统）进近相比较，基于GBAS的GLS精密进近有很多优势，这些优势主要包括以下几点：

1. 降低运行成本：一套ILS系统只可用于一条跑道的一个方向，而一套GBAS设备可以同时满足多个仪表进近程序运行的需求，并且GBAS设备定期校验时间间隔周期较长（联邦航空局FAA要求一年半），ILS系统的航向台和下滑台校验周期短，因此GBAS的设施/设备建设、维护成本低。

2. 多种航空器混合运行：GLS可以为不同类型的航空器提供进场、进近、独立离场导航服务。

3. 对设备运行场地要求低：ILS设备由航向台和下滑台等地面导航设备组成，这些设备为地基导航设备，在有高大且密集的障碍物或地形较为复杂的地区，由于电磁环境的原因由而不适于安装ILS系统。ILS系统航向台和下滑台由敏感区和临界区保护的限制，对导航台的安装位置和运行的环境要求较高。而GBAS系统对安装场地要求较低，可以为那些因为地理位置限制而无法安装ILS设备的机场提供精密进近导航。

4. 缩小进近航空器间隔：在实际运行中，在最后进近航段上，位于前方的航空器不会遮挡后方航空器的GBAS信号。

5. 信号稳定：GBAS系统不易受地面（如滑行的航空器和作业车辆等）、空中活动影响，为缩小管制运行最小间隔（特备是CATⅡ/Ⅲ运行）创造了很好的条件。

6. 导航性能更优：在GNSS导航的准确性、可用性、完好性和连续性的性能方面，GBAS与PBN（基于性能的导航）结合，可以实现曲线进近从而缩短航程。

7. 与ILS系统相比，因ILS变更下滑道需调试GP参数，而GBAS系统使THR变更更加灵活，最后进近下滑角度也更易于调整，GBAS可应用于降低机场噪声、缩短航空器尾流间隔等。

四、国内外GLS的应用情况

德国、美国、澳大利亚等国家有些机场已实施GLSⅠ类运行。美国联邦航空局已将GBAS作为下一代空管航空器导航的核心支撑系统之一。西班牙、意大利、法国、澳大利亚以及日本韩国等国家和地区开展了GBAS技术研究和运行试验工作。

2015年4月，中国民航在上海浦东国际机场完成了国内首次GLS演示验证飞行。在机载设备方面，B737NG、B737MAX、B747－8、B787、A320等机型已具备GLS功能或GLS改装条件，更过新引进的飞机将具备GLS能力。截止到2015年，有关GLS地面设备已获得美国、德国等国家民航局的审定批准，具备Ⅰ类运行能力，GLSⅡ、Ⅲ类运行正在发展和取证中，预计2020年前可具备Ⅱ、Ⅲ类运行能力。

五、结束语

GLS作为一种基于GBAS的精密进着陆系统，是一种航行新技术，与传统ILS系统相比，它具有设备场地及运行环境要求低、导航信号稳定、使用灵活等特点，可以解决我国地形复杂地区的导航台电磁环境遮蔽等问题。GLS与传统ILS相比较在使用性能和运行成本上有显著改善。随着我国民航在全国范围内推广GLS，相信GLS将会提高中国民航运行安全的可靠性，大力推动我国民航GBAS系统等空管设备的国产化。

刘津宇.地基增强系统在民航中的应用[J].中国科技信息,2019(7):42-42.