地基增强系统验证飞行性能分析

胡耀坤

地基增强系统验证飞行性能分析

胡耀坤

（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068）

地基增强系统（GBAS）在通过差分定位提高卫星导航精度的基础上，增加了一系列完好性监视算法，提高系统完好性、可用性和连续性的指标，使机场覆盖空域范围内的配置相应机载设备的飞机获得达到I类精密进近（CAT-I）甚至更高标准的精密进近和着陆引导服务。GBAS验证飞行的目的是确认GBAS地面设备的信号稳定性和可靠性，同时验证GBAS地面设备与飞机机载设备的交联能力。本文主要介绍了GBAS系统的系统组成和工作原理，重点介绍了验证飞行测试方法以及对天津滨海国际机场验证飞行实测数据分析等，为国产GBAS地面设备性能评估和后续GBAS投入应用提供了技术基础。

地基增强系统；验证飞行；精密进近

0 引言

导航是空中交通管理的重要组成部分，特别是在飞机起降阶段的引导服务对技术和设备的安全性要求极高，并且是影响机场容量和航班安全准点运行的核心因素。地基增强系统（Ground-Based Augmentation Systems，GBAS）基于卫星导航为航班提供起降引导服务，是国际民航重点推进的导航新技术，支持北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）的GBAS不仅代表着BDS的高端和典型的产业应用，也是国家和中国民航的战略性要求，GPS+BDS的多星座应用，能够更进一步地提高GBAS服务的安全性和可用性，是国际民航和中国民航明确规划的技术发展和应用趋势。

GBAS是国际民航组织提出的航空系统组块升级[1]（Aviation System Blocks Upgrade，ASBU）计划中的核心导航技术之一。GBAS利用全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，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。

利用商用客机开展GBAS验证飞行是GBAS地面设备审定的一个重要环节，通过验证飞行，确认GBAS地面设备信号性能是否满足标准仪表飞行程序要求。

1 GBAS地面设备组成及工作原理

GBAS地面设备通过甚高频（Very High Frequency，VHF）数据广播（VHF Data Broadcast，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[2]为GBAS地面设备和机载子系统提供GNSS和星基增强系统（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运行的航空器系统提供导引。

GBAS地面设备组成包括：4台基准接收机及其配置天线、数据处理机、监控设备、VDB（包括VDB发射电台、VDB接收电台）和地面站授时单元等。VDB接收电台、发射电台和数据处理机一般采用双冗余结构[3]。典型的GBAS地面设备在机场布局如图1所示。

图1 GNSS地基增强系统示意图

2 GBAS验证飞行测试科目

GNSS地基增强系统地面设备验证飞行，主要是确认GBAS地面设备信号性能是否满足标准仪表飞行程序要求，通过商用客机验证机载设备和地面设备的一致性能。

测试项目及方法参考有关国内民航行业标准的要求，实时记录GBAS地面设备和GNSS播发的数据，通过评估机载设备的运行性能[4]，验证飞行科目包括地面检查和进近飞行验证。

2.1 地面检查

在允许的区域进行验证，开始跑道滑行检查和进近飞行测试前需要进行停机坪静态检查，包括：飞机在停机坪上开机，检查机载多模接收机[5]设备GNSS接收卫星情况；检查最后进近航段（Final Approach Segment，FAS）标识信息与验证飞行程序是否一致；检查调谐通道号，并与卫星着陆系统（GNSS Landing System，GLS）进近方向调谐一致。完成以上检查后，才能进入到进近飞行等科目。

2.2 进近飞行验证

结合天津滨海国际机场现行程序，进行飞行程序进近飞行（标准五边或者短五边），执行进近飞行（标准五边或者短五边），执行GLS模式的进近着陆，检查程序的一致性。进近飞行测试内容包括：检查滑行过程中GLS调谐和模式状态；航向、下滑道和距离指示状态；飞行指引模式状态；维护字（标号）状态。

3 天津滨海机场验证飞行结果

3.1 地面检查结果

2019年11月16日UTC 05:11至08:35，中电科西北集团有限公司联合中国民航飞行校验中心，在天津滨海国际机场实施了GBAS验证飞行测试。GBAS地面设备采用的是中电科西北集团有限公司研制的DH-GEGBAS-LGF-1A型GBAS地面设备。机载平台采用的是一架配备有柯林斯GLU925型多模接收机（Multi Mode Receiver，MMR）的飞机。

通过地面静态检查和跑道滑行检查，确认选择的跑道方向标识在MMR上保持正常运行，并且数值与调谐的跑道一致。在MMR上，GLS Ident正确解码，并且与调谐的跑道一致。在整个检查阶段参数都输出为正常运行。

3.2 进近飞行验证结果

飞机在UTC 07:57:50，高度600 m，距离天津滨海机场16R跑道入口约20 n mile处截获航向信号，执行GLS模式的着陆进近。

飞行过程中，航向截获从26.27 μA到0 μA，然后在UTC 08:03:28跟踪直到着陆。下滑在UTC 08:03:28截获，然后跟踪直到UTC 08:05:21飞机着陆。飞机距跑道入口距离变化如图2所示。

图2 飞机距跑道入口距离随时间的变化

飞机无线电高度表（Radio Altimeter，RA）指示的高度变化如图3所示。

航向（Localizer，LOC）和下滑（Glide Slope，GS）偏差变化如图4～图5所示。

图3 飞机高度随时间的变化

图4 航向（LOC）偏差随时间的变化

图5 下滑（GS）偏差随时间的变化

4 结论

从上述试验结果来看，GBAS信号符合现行规范要求，满足GLS的要求，飞机飞行指引系统准确捕获并跟踪了跑道的GLS信号。天津机场GBAS系统地面差分服务满足I类精密进近精度要求。

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系统应用与运行规范的制定提供重要的试验依据。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。

[1] IB-TM-2015-002. 中国民航航空系统组块升级（ASBU）发展与实施策略[EB/OL]. 信息通告：中国民用航空局空管行业管理办公室，2015.1.13.

[2] DO-245A, Minimum Aviation System Performance Standards for The Local Area Augmentation System (LAAS)[S]. Washington D.C.: RTCA, 2004.

[3] MH/T 4045-2017. 民用航空地基增强系统（GBAS）地面设备技术要求——I类精密进近[S]. 北京：中国民用航空局，2017.

[4] DO-253C, Minimum Operational Performance Standards for GPS LAAS Airborne Equipment[S]. Washington D.C.: RTCA, 2000.

[5] ARNIC-755-5. MULTI-MODE RECEIVER (MMR)——DIGITAL[S]. Maryland: ARNIC, 2018.1.25.

Flight Performance Analysis of Ground-Based Augmentation System

HU Yaokun

The GBAS system will improve the navigation accuracy by using differential positioning. With the help of integrity monitoring algorithm, the system will keep a high accuracy, continuity, integrity and availability index. The airport covered by the GBAS system is to obtain a I class precision approach (CAT-I) even higher precision approach and landing guidance services. The purpose of the flight test for GBAS is to confirm the signal stability and reliability of the GBAS ground equipment. The cross-linking ability of GBAS ground equipment and aircraft airborne equipment will be verified at the same time. The paper mainly introduces the system composition and working principle of the GBAS system, and focuses on the flight test method as well as the conclusion of the data analyzing in Tianjin Binhai International Airport, which provides a way of evaluating the GBAS performance as well as a technical basis of popularization and application.

Ground Based Augmentation System; Verify Flight; Precision Approach

V217

A

1674-7976-(2021)-04-242-04

2021-05-17。胡耀坤（1984.06-），江西丰城人，硕士研究生，高级工程师，主要研究方向为民航卫星导航增强技术。