GBAS带来的改变

薛飞

今年4月底，中国民航首次GLS（GBAS Landing System）的演示验证在上海浦东机场顺利完成，一架来自东方航空的空客A320飞机和一架来自山东航空的波音737飞机执行了此次验证飞行任务。这套GBAS系统是由霍尼韦尔航空航天集团提供的SmartPath精准着陆系统。

信号可靠性是关键

GBAS Landing System是GLS的全称，中文为地基增强型着陆系统，这是一种利用卫星对飞机着陆进行定位计算的一项技术。相比目前被广泛应用的仪表着陆系统，应用GPS信号对飞机着陆进行定位被认为是一种更精确、高效的着陆技术。但是在飞机进近阶段，普通的全球定位定位系统（GPS）信号传输的准确性和可靠性，无法满足飞机着陆阶段的精度要求。所以，卫星定位系统需要一套独立的误差修正基站，对飞机的定位数据进行修正，才能满足着陆所需精度的要求。

GBAS（Ground Based Augmentation System）是地基增强系统，采用在地面建设地面站的形式，收集并计算一定范围内对伪距和电离层广域差分校正数据，并将此数据广播给机载用户，消除一定范围内的GPS信号定位误差，并提供GPS完好性信息，为飞机着落提供精确引导服务。

“GBAS的技术原理很简单，原理并不是核心问题，”霍尼韦尔航空航天集团亚太区业务发展总监那保罗（Paul Nef）表示：“重要的是如何证明这个技术的可靠性和准确性，我们在GBAS系统中设置了很多探测器，会对系统本身的运转情况和信号准确性进行实时监测。此外，霍尼韦尔还为GBAS设置了冗余系统，防止在特殊情况下一套系统失效时，仍能保证可靠性。”

在飞机进近阶段，一旦遇到突发情况，留给机组做出准确判断的时间非常短暂，飞行员往往需要在极短的时间内来决定是落地还是复飞，所以对着陆系统可靠性和准确性的要求非常高。

“其实只要是信号传输都会发生干扰，对于仪表着陆来说，没有人预先知道它是否发生了干扰，只有飞行员在着陆过程才会发现，所以飞行员已经习惯了因为干扰导致飞机‘跳舞的现象，但这种波动的不稳定性，会给飞行员带来不安全感。”那保罗表示：“对于GBAS来说，系统层面就能监测这种干扰，不管是基站接收的卫星信号发生干扰，还是基站发射给飞机的信号发生干扰，都会报告给飞行员，GBAS可以给飞行员带来更大的安全感和确定性。”

测试不同进近角度

GBAS系统是一个综合了空中、地面、机载设备的集成系统，它包含了3个部分：空中卫星子系统、地面站子系统、机载子系统。据霍尼韦尔方面介绍，其提供的GBAS系统允许多达4条跑道、26架次飞机的同时精准进近，机场无需再为多条跑道配备数套仪表着陆系统。相对于仪表着陆系统，新系统能有效降低维护成本，每年最高可节省40万美元的维护成本。通过减少飞机起飞前的排队等待时间，该系统可以缓解机场跑道拥堵情况并提高机场吞吐能力。

对于大型的枢纽型机场，GBAS系统可以为不同类型航空器提供独立的进场、进近和离场引导。目前，各种类型的大小飞机普遍采用同一个航迹进行着陆，当类似空A380、波音777这样的宽体飞机飞过时，受尾流的影响，其后的小飞机需要很长的空中间距才能进入着陆程序，这也增加了飞机的排队时间。使用GBAS技术以后，它可以让大飞机和小飞机在进近的航迹上采用不同的倾角，大飞机采用比较小的倾角，小飞机采用比较大的倾角。

据那保罗介绍，在本次GBAS演示验证试验中，与常规的3度进近角度不同，试验采用了3.2度的进近角度，并将飞机接地点向后移动了100米，希望理论上可以完全避开尾流的影响。根据霍尼韦尔方面的计划，采用中小型涡桨飞机更适合采用类似的进近方案，不过，传统的进近引导灯光照射角度的调整问题依然没有解决，如果专门针对中小型飞机设置一套灯光系统，显然会遇到较大的成本阻力。

GBAS潜力巨大

与传统的ILS系统相比，GLS不会因干扰导致信号弯曲，可以更加精确地引导飞机进近，并可以最大限度的降低天气对飞行的影响，大大提高机场的可用性。同时GLS地面站是全向广播数据，相对于ILS系统一个频率支持一条跑道，使得一个地面站支持多条跑道甚至邻近机场成为可能。

那保罗表示，目前GLS技术正处于推广期，这项技术完全可以代替现有的仪表着陆系统，目前国外已经有一些新建机场计划完全采用GLS技术，这也意味着所有想在这个机场降落的航班都需要加装GBAS。

多位参与验证飞行的东方航空机长均表示，GLS技术使得着陆变得非常稳定，可以说是“未来技术的发展方向”。相对于传统的仪表着陆系统，GLS成本较低且安装灵活，对机场净空要求降低，可以节约大量基础设施建设成本。不过对于相对较老的飞机，仍需要一笔不小的改装费用。此外，GLS维护简单，校验成本低，不需要周期性校验，GLS飞行验证主要是修正VDB数据链覆盖范围内连续性服务问题。

对于年代较新的机型，实施GLS运行只需要在机载设备的软件上稍加修改和升级，同时对MMR接收机进行一定的线路改装以用来激活GLS功能，除此之外无需加装新的硬件诸如计算机、天线等设备，因而机载设备改装起来容易实现。另一方面，飞机在加装GLS系统之后，对驾驶舱控制面板、仪表等的改动微乎其微，飞行员可以快速适应从ILS向GLS系统操作的过渡。“对飞行员来说学习成本非常低，澳航给飞行员的飞行通告只有半页A4纸。”那保罗表示。

GLS系统的组成

卫星系统

卫星系统（主要是GPS卫星群）为机载接收机（MMR）和地面站接收机提供位置信息，这些位置信息由于GPS在定位计算中不可避免地存在如星历误差、电离层反射等误差，是不太准确的位置信息。

地面站系统

地面站系统主要包括2部或以上的GPS接收机、一个数据处理器、一部水平极化全向VDB（VHF data broadcast）天线。每个GPS地面接收机根据卫星到接收机之间传输信号的时间来测量在其一定区域范围内卫星的伪距，发送到数据处理器，数据处理器会将计算的伪距与实际的距离进行比较计算差分修正值。同时地面站也会运用相关的测试和技术处理手段对卫星的完好性、健康状态进行监控，即如果附近范围内有卫星有潜在的故障或者无法被监控到，那么地面站会停止向外广播该卫星的校正数据，阻止机载设备使用该卫星的定位数据。

在获取了差分修正值以及卫星完好性信息之后，由全向的VDB天线（频率范围108MHz～117.9MHz）将以上信息发送给一定范围内的关联好的机载接收机，用来修正机载接收机对飞机位置计算的误差。除此之外，处理器还通过VDB将每条跑跑道的最终进近路径FAS（Final Approach Segment）包含水平和垂直的限制警告，以及当地机场的大气数据模型等信息发送到关联飞机上。

机载用户系统

机载系统主要包括FMS和MMR。FMS根据一个5位的通道编码从数据库内调取并调谐相应的GLS频率以便从地面站获得本架飞机进近跑道的FAS数据，调谐可以是FMS自动或是MCDU人工输入，也可以是RMP中进行备用导航的人工调谐。MMR中的GPS接收机接收空间GPS数据，计算飞机“大概”的位置数据，同时飞机上的LOC天线接收来自地面站广播的差分修正信息、完好性信息发送给机载MMR中VDB接收机，由MMR内部处理器对其进行进一步处理，计算出更加精确地位置信息。这些“准确”的位置信息一方面提供给FMS、EGPWS等系统，另一方面MMR综合接收到的FAS数据，计算水平和垂直偏差值，由FMS控制飞机去“截获”横向道和下滑道，一旦截获，由MMR接管FMS控制自动驾驶仪进行着落程序。