基于北斗的地基增强系统

李平++田晓霞

【摘 要】 北斗地基增强系统，由于刚刚启用两年时间，各应用领域对其完好性尚未提出明确要求，2020年将形成覆盖能力充分利用已有国家基础设施开展北斗地基增强系统的建设，能够为国家节约大量资金。为了处理传统导航系统存在的某些问题，如航空运输中的容量、安全以及效率不足等，新航行系统（Future Aero Navigation System，FANS）提出利用全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite Systems，GNSS）及其增强系统来代替传统的地面导航设备，以解决地面设施对于航路导航和航路监视有限制的缺陷，从而降低航空导航成本、优化航路设计和提高进场路线的灵活性、加强飞机进近以及着陆的安全保障。

【关键词】 北斗系统；地基增强系统；航空安全

【Abstract】BeiDou ground-based augmentation system， duo to used just the two years， the application of the field of its integrity has not yet posed a clear request. Before 2020， it will develop the covering ability which makes full use of existing national infrastructure to carry out the Beidou GBAS to enhance the construction of the system， and it can save a lot of money for the country .In order to deal with some problems of the traditional Navigation System， such as lack of capacity， safety and efficiency in air transport， such as the new Navigation System （Future Aero Navigation System， the FANS） puts forward using Global Navigation Satellite System （Global Navigation Satellite Systems， GNSS） and its enhanced System instead of the traditional Navigation equipment on the ground，in order to solve the ground facilities for Navigation route and route surveillance limited defects，thereby lowering the cost of aviation Navigation， optimizing the route design and improving the flexibility of approach route， to strengthen the safety of the aircraft landing approach and security. This request based on satellite navigation and positioning services must meet the integrity monitoring contains performance index.

【Key Words】BDS； GBAS； Aviation safety

【中图分类号】G64.26 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）15-000-02

1.北斗卫星导航系统

1.1 BDS概述

由国家统一规划建设的以北斗卫星导航系统为主，兼容其他GNSS系统的地基增强系统—“北斗地基增强系统”，采用的地面参考站间距为50-300米，通过地面通信数据链播发导航信号修正量及辅助定位信号，提供厘米级至米级的精密导航定位服务于航空用户。

“北斗一号”由三个部分构成，即空间段、控制段、用户段。每部分负责着各自重要的任务。（1）空间段执行地面控制中心与用户端之间的双向无线电信号的中继任务；（2）地面控制段负责的发送、接收无线电信号及监控管理整个系统；（3）用户段是航空用户使用的设备，主要用于接收地面控制中心经卫星转发出的测距信号。

中国于2000年10月31日、12月21日和2003年5月25日，先后发射了3颗“北斗”静止轨道试验导航卫星，建成“北斗一号”——具有自主知识产权的区域导航系统。2007年2月3日和4月14日成功发射的2颗北斗导航卫星，如今已按原计划进入正常工作模式。

2004年，BDS建设工作开始启动；2011年12月27日，BDS试运行；2012年12月27日，BDS正式运行，并发布了正式版的北斗系统空间信号接口控制文件（ICD）；截止2014年12月31日，BDS正式运行，发布了北斗系统空间信号接口控制文件（ICD）正式版；2015年3月30日，第一代BDS卫星发射成功。

1.2 北斗地基增强系统现状

2014年3月，中国着手全力建设北斗地基增强系统。计划在中国境内建设150个基站，目前已经基本完成基本系统建设，并完成了增强型高精度北斗手机的研制，和增强型北斗车载终端的研制。

目前已经开始在杭州、上海、北京、武汉等地进行试验。初步结果表明，通过北斗地基增强系统，在基本不增加设备成本的前提下，可以实现米级、厘米级、后处理毫米级定位，为高精度北斗产品的大规模化推广应用奠定坚实的了基础。

2.地基增强系统

2.1 GBAS基本组成

地基增强系统（Ground Based Augmentation System，GBAS）主要是指安装于机场的GNSS增强系统，用于增强卫星导航系统的完好性信息，以及提高导航系统的定位精度，可以为用户提供24小时高精度的位置、时间和速度信息，可以引导飞机进行精密进近和着陆，形成卫星导航着陆系统（GLS），GLS的明显优势就是使飞机平滑着陆，而目前的仪表着陆系统（Instrument Landing System，ILS）很难满足这一要求。因此，在不久的将来GBAS甚至可以代替ILS。

GBAS由三部分组成：导航卫星子系统、机载子系统和地面子系统。

①卫星子系统：用于测距信号，然后发送给地面子系统和机载子系统。

②地面子系统：指固定在地面的参考接收机（通常2-4个），包括地面信息处理设备和VDB设备地面接收机。

③机载子系统：飞机用户上的接收处理机、GBAS信号接收处理机等设备。（得到飞机自身的精确位置）

2.2 GBAS与ILS比较所具有的优势

（1）对于GBAS系统，每个机场只需要一套设备即可，该系统包括4个基准接收机，1个处理中心和1套VDB电台；而ILS系统比较复杂，它的每条跑道都要安装航向台、下滑台和指点标台。由此可见，GBAS大大减轻了工程量，并缩小了资金的投入，更有利于后期运行时的系统维护。

（2）GBAS系统可以采用直线进近、区间进近、角度进近、平行进近和曲线进近等多种进近方式，而ILS只能采用单一的直线进近方式，GBAS大大提高了终端空域飞行路线的灵活性，可以避开噪音敏感区或是障碍物或是拥挤空域，从而优化进近路线。同时由于增大了精密进近覆盖的范围，从而避免了事故和伤害的发生。

（3）在飞机滑行过程中，GBAS可以提供全天候24小时的引导与监视服务；而ILS只能在飞行着陆过程中提供引导。

综合上述三点优势，GBAS可以提高机场运行效率，采用先进的飞行程序在航线设计上提高机场和终端区的容量，并降低进近和着陆引导设备的成本，减轻了空中交通管制员的负担。

2.3地基增强系统完好性监测技术

平滑滤波技术：利用实时高精度载波相位消除电离层和对流层等对平滑滤波的影响，同时降低观测噪声；误差包络技术即保护级完好性监测：根据实际观测值计算误差标准差的估计值和放大因子，即计算保护级，形成误差包络，实现完好性保护；故障检测技术即故障完好性监测：针对每种故障场景建立故障模型，再根据故障模型设定门限值进行故障的检测，排除错误的卫星数据。

3.结论

北斗地基增强系统，应涵盖两方面的内容：一是提高北斗定位和授时精度，扩大北斗的应用领域，二是提高北斗系统导航服务的完好性，使北斗导航成为经济、生活攸关领域的主导航定位或授时手段。由于北斗系统刚刚启用两年时间，各应用领域尚未对完好性提出具体要求。今后，随着北斗应用的进一步深入，对北斗完好性要求会逐渐明确，或者说，完好性问题将成为北斗系统应用中不可回避的问题。

参考文献：

[1]牛飞.GNSS完好性增强理论与方法研究，解放军信息工程大学博士论文，2008

[2]孙淑光，刘亦石.基于GPS的GBAS机载接收机完好性分析，中国民航大学，2013

[3]赵琳，李亮.陆基增强系统定位与完好性监测技术研究，哈尔滨工程大学，2012.6

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[6]林镝，叶利坤.我国卫星导航产业发展战略研究，华中科技大学，2009.5

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[8]韦金辰，汤继强，沈峰.“北斗”陆基增强系统的信标同步技术，哈尔滨工程大学

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