天津GNSS地基增强系统测试验证探索及实施

胡凤亮

（中国民用航空华北地区空中交通管理局天津分局，天津 300300）

0 引言

全球导航卫星系统技术在航空领域中的应用已经得到了广泛的认同。国际民航组织（ICAO）一直在倡导采用GNSS技术作为单一的导航手段来实现飞机所有飞行阶段的导航。卫星导航地基增强系统（Ground Based Augmentation System，GBAS）是国际民航组织提出的航空系统组块升级[1]（ASBU）计划中的核心导航技术之一，中国民航导航技术应用政策指出，GBAS在中期将作为ILS的备份系统和有特殊需求机场的精密进近引导主用系统，远期将作为主用系统。

GBAS利用GNSS播发的导航信号，经过一系列精密算法处理，为飞机进近提供更安全、更可靠、更精确的引导信息，从而引导飞机精确进场、着陆，是一种全新的精密进近着陆引导方式。新系统可以支持飞机从跑道任意一端降落，并提供飞机包括并行进近、曲线进近等更多线路进港，缓解空域拥堵，提升机场吞吐能力，提高航班准点率。

目前，Honeywell公司的SLS-4000 GBAS地面站已安装于上海浦东机场开展民航导航设备使用许可审定测试工作。同时，中国电子科技集团公司第二十研究所研制的国产地基增强系统已经完成了使用许可审定工厂型号测试工作，2018年5月，完成了天津滨海机场进行GBAS地面设备升级，9月完成了第1次飞行校验，取得了较好的效果，目前正开展现场测试。国产主知识产权的GBAS系统的研发，对保障地形和气象条件复杂的高原山区机场、飞行密集的终端区和机场的运行安全，提高运行效率具有重要意义。

1 GBAS地面设备组成及工作原理

GBAS地面设备的总体框架示意图如图1所示。主要组成包括：

设备主要包括四组基准接收机及其配天线、数据处理机、监控设备、甚高频（Very High Frequency，VHF）数据广播（VHF Data Broadcast，VDB）（包括 VDB发射电台、VDB接收电台）、地面站授时单元等。

VDB接收、发射电台和数据处理机一般采用双冗余结构。

图1 GNSS地基增强系统示意图

GBAS地面设备通过为VDB发射电台向机载子系统提供差分修正、完好性参数和精密进近航路数据。空间部分为GBAS地面设备和机载子系统提供 GNSS和 SBAS（Satellite-Based-Augmentation System，SBAS）测距信号和轨道参数。机载子系统将 GBAS地面设备修正数据应用到 GNSS和SBAS测距信号中以获取满足精确度、完好性、连续性和可用性要求的定位结果。使用航路数据和差分修正后的定位结果为支持终端区域和精密进近操作的航空器系统提供适当的导引。

2 GBAS地面设备测试

按照中国民航《民用航空空中交通通信导航监视设备使用许可管理办法》和《民用航空空中交通通信导航监视设备使用许可工作管理细则》的要求，GBAS地面设备测试包括工厂型号测试、现场测试和飞行测试。

测试项目及方法应参考有关国内民航行业标准、ICAO文件和EUROCAE标准的要求，实时记录GBAS地面设备和GNSS播发的数据，通过后处理来评估GBAS地面设备的运行性能。处理的内容包括水平/垂直精度随时间分布、水平/垂直保护级和水平/垂直精度关系[2]（斯坦福图）、地面精度指示（GAD）角度分布以及定位误差累计概率分布（CDF）。也可以根据用户需要提供可用性、连续性和准确性的统计信息[3]。

3 GNSS地基增强系统测试验证

采用中电科现代导航（西安）科技有限公司研发的GBAS专用测试工具，处理2018年1月天津机场GBAS数据，该型GBAS测试工具是依据中国民航和国际民航组织相关标准以及中国民航GBAS测试方案[4][5]开发的一套可以独立运行，监测GBAS地面设备运行状态，评估其性能的监测仪器。

3.1 准确性

基于GBAS系统的差分静态试验定位误差统计结果见图2、图3和图4所示。测试结果表明，GBAS运行差分性能能够满足I类GBAS要求。

四台基准接收机GAD曲线满足GAST-C的性能指标要求。

图2 GBAS地面静态试验定位水平误差

3.2 可用性

GBAS地面静态试验可用性统计如图7所示。

图3 GBAS地面静态试验定位垂直误差

图4 GBAS地面静态试验定位误差累积概率分布

图5 GBAS地面静态试验CAD统计

图6 GBAS地面静态试验GAD统计

图7 GBAS地面静态试验可用性统计

4 总结

从上述试验结果来看，天津机场GBAS系统地面差分服务精度满足I类精密进近精度要求。存在误差超过保护级的情况。下一步将对系统进行升级与参数精化，提高系统可用性，包括：提高电离层、对流层参数以及地面Sigma_Prgnd等参数估计准确度，精化完好性判决门限的包络。确定III类GBAS地面站能够监测与包络电离层故障，保证系统运行的完好性，连续性，可用性指标满足要求。

GNSS地基增强系统在天津滨海国际机场的安装和长期运行，将对我国I类GBAS系统应用、III类GBAS技术研究与标准规范的制定，提供了重要的试验依据。同时，天津滨海国际机场GBAS系统的顺利运行，为开展基于GNSS的GBAS系统的试航取证和运行许可工作，提供了有力的支撑条件。对提升我国空管设备自动化水平以及国产化水平有重要的意义。