浦东机场GBAS数据VPL周期性超限分析

吴悦

摘要

上海浦东国际机场（PVG）的霍尼韦尔SmartPath GBAS地面站正在进行为期八个月的稳定性测试，该试验始于2017年9月在每次为期两周的分析中发现从1月24号开始，在每天大概UTC时间03：45：58至UTC时间04：07：58，约20分钟左右的时间内VPL值超过10米（最大值10.499630米）。针对上述问题，首先对GBAS数据进行了分析，其中VPL值是用于确定GBAS系统性能是否满足精密进近的完整性要求的重要参数。VPL的计算包含选择性屏蔽影响和实时几何筛选，在GBAS系统中要求VPL值必须小于10m。

【关键词】上海浦东国际机场 GBAS 数据 VPL

1 前言

根据一架离GBAS中心6000米（最远决断高度点的近似距离）的飞机结合从GBAS收集到的RSMU数据，以每30秒采样频率，计算出不同时间段内的VPL值如图1-图3所示。

图1所示为基于2018年1月17日21：24UTC（Week 1984，Second 336254）至2018年1月22日03：23 UTC（Week 1985，Second185011）区间数据计算得出的VPL值，其中最大值为8.6655米。

图2所示为基于2018年1月22日21：24UTC（Week 1985， Second 163493）至2018年2月1日03：24 UTC（Week 1986，Second 357864）区间数据计算得出的VPL值，其中最大值为10.525米。

图3所示为基于2018年2月1日3：24UTC（Week 1986，Second 357864）至2018年2月7日21：25UTC（Week 1987，Second336331）区间数据计算得出的VPL值，其中最大值为10.6075米。

2 浦东GBAS数据VPL周期性超限分析

监测有多少颗卫星被GBAS系统用于进行差分修正然后进行数据广播的措施是反映系统可用性的通用指标。接收机至少需要接收到4颗卫星的信号才能使飞机继续使用GPs差分校正来计算自身位置。图4-图6统计了上海浦东机场连续3个双周时间内的可见星数目。

从图4、图5和图6中的统计结果可以看出，在数据统计时间段内浦东机场GBAS系统用于差分修正广播的卫星数目均大于6颗，最大卫星数目为13颗。

同时，依据离GBAS中心6000米处真实的VPL值超过垂直保护门限时间总和计算GBAS运行站的可用性。结果显示，在2018年1月18号-2018年1月23号期间，GBAS运行站的可用性是100%;在2018年1月23号-2018年2月2号期间，GBAS运行站的可用性是98.58%;在2018年2月2号-2018年2月7号期间GBAS运行站的可用性是98.59%。

分析图2和图3结果可知，每天的VPL值会周期性（每天提前4分钟）的超过告警阈值大约22分钟，数据统计结果如下所示：

第一次VPL超限发生在：1月24号，03：46 UTC-04：08 UTC;

第二次VPL超限發生在：1月25号，03：42 UTC-04：04 UTC;

第三次VPL超限发生在：1月26号，03：38 UTC-04：00 UTC;

第四次VPL超限发生在：1月27号，03：34 UTC-03：56UTC;

第五次VPL超限发生在：1月28号，03：30 UTC-03：52 UTC;

第六次VPL超限发生在：1月29号，03：26 UTC-03：48 UTC;

第七次VPL超限发生在：1月30号，03：22 UTC-03：44 UTC;

第八次VPL超限发生在：1月31号，03：18 UTC-03：40 UTC;

卫星绕地球一周的时间是11小时58分，考虑到上述现象是严格周期性发生并每天超前4分钟，所以很有可能是由卫星本身引起的。

从NASA消息得知，美国于1月23号下午16：50UTC开始退役了SVN：54/PRN：18。

New NANU 2018001

U.S.Coast Guard sent this bulletin at01/23/2018 12：23 PM EST

SUBJ：SVN54（PRN18）UNUSABLE刀）AY 023/1650-UNTIL FURTHER NOTICE

1.NANU TYPE：UNUSUFN

NANU NUMBER：2018001

NANU DTG：2316562 JAN 2018

REFERENCE NANU：N/A

REF NANU DTG：N/A

SVN：54

PRN：18

START JDAY：023

START TIME ZULU：1650

START CALENDAR DATE：23 JAN2018

STOPJDAY：UFN

STOP TIME ZULU：N/A

STOP CA]ENDAR DATE：N/A

2.CONDITION：GPS SATELLITESVN54（PRN18）WAS UNUSABLE ONUDA）023

（23 JAN 2018）BEGINNING 1650ZULU UNTIL FURTHER NOTICE.

3.POC：CIVILIAN-NAVCEN AT 703-313-5900，HTTPS：//WWW.NAVCEN.USCG.GOV

MILITARY-GPS OPERATIONSCENTER at HTTPS：//GPS.AFSPC.AF.MIL/GPSOC，DSN 560-2541，

COMM 719-567-2541，gpsoperationscenter@us.af.mil，HTTPS：//GPS.AFSPC.AF.MIL

MILITAR、ALTERNATE-JOINTSPACE OPERATIONS CENTER，DSN 276-3514，

COMM 805-606-3514，JSPOCCOMBATOPS@VANDENBERG.AEMIL

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为验证上述VPL值周期性超限现象是否受PRN18卫星退役影响，对VPL值周期性超限时间段内浦东机场的DOP数据进行了进一步分析，计算浦东机场几何精度因子如图7、图8所示。

分析图7和图8结果，表明由于PRN18衛星不可用，而导致卫星的几何精度因子较大，从而造成了VPL值超限。

为了进一步验证PRN 18卫星不可用对VPL值的影响，持续对VPL数据及GBAS运行站的可用性进行统计，结果如下：2018年2月8号至2018年2月20号，每天02：44UTC至03：06，约22分钟左右的时间内VPL超过10米（最大值10.6698米，并且每天超前4分钟，这是由于GPS卫星的绕轨道运行的周期为11小时58分钟）;2018年2月21号以后，VPL在某些天当中轻微的超过10米（最大值10.0813米）。2018年2月8号-2018年2月20号期间，GBAS运行站的可用性是98.7%;2018年2月20号-2018年3月9号期间，GBAS运行站的可用性是99.98%。分析上述现象可得2018年2月21号开始VPL有较大改善。

由图9所示可知，在浦东机场由于卫星星历的改变，UTC时间2：00时，可观测到的卫星数目增加了1颗，从而使得VPL值有了较大的改善。

进一步分析浦东机场上方当时的可见卫星状态，由图10、12和图11、13所示可知，从2月21号开始，由于卫星星历变化，G31号卫星在2月21号UTC时间2：00开始能够在浦东机场被观测到。通过分析当时浦东机场的DOP数据也能证明在G31号卫星被观测到之后，浦东机场的DOP数据明显改善了。

3 结语

通过连续六周的数据分析，表明18号卫星退役使浦东机场GBAS运行站的可用性降低，在一定时期内VPL超限。通过和Honeywell外方工程师交流获悉，18号卫星退役在别的国家没有造成这些影响，18号卫星在浦东机场占的权重比较大，带来的影响比较明显，18号卫星退役使得几何构型不理想导致DOP值偏大，造成VPL周期性超限。目前分析存盘数据中，超限现象还在持续。要杜绝这个现象，需等发射新的卫星替代18号卫星位置才能使数据恢复。