天津滨海国际机场GBAS地面设备维护与分析

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（International Civil Aviation Organization，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]（Aviation System Block Upgrades，ASBU）计划中的核心导航技术之一。GBAS 技术通过应用差分增强和完好性监测技术，可以满足民用航空精密进近着陆引导关于完好性、连续性和可用性的严格需求。 中电科西北集团有限公司研制的LGF-1A 型GBAS 设备于2018年5月完成了天津滨海机场的GBAS 地面设备安装并开展现场测试。2019年12月20日，中电科西北集团有限公司该型GBAS 设备获得中国民航颁发的临时使用许可证书，是国内首个通过中国民航使用许可认证的卫星导航地基增强系统。2020年底，该系统通过了投产飞行校验和竣工验收，即将投入正式运行。

1 GBAS 地面设备组成及工作原理

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。

GBAS 地面设备的总体框架示意图如图1 所示。主要组成包括：4 台基准接收机及其天线、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）和地面站授时单元等。

VDB 接收、发射电台和数据处理机一般采用双冗余结构[2]。

GBAS 地面设备通过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 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[3]。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适当的导引。

2 GBAS 地面设备维护

根据中国民航《卫星导航地基增强系统开放与运行管理实施细则（试行）》的规定，空管运行单位负责GBAS 设备的选址、建设和运行保障工作。

LGF-1A 型GBAS 设备运行维护包括日常维护、周维护、月维护、季度维护和年度维护[4]。各项维护内容如表1 所示。

表1 维护项目

LGF-1A 型GBAS 设备运行维护过程中，涉及到仪器/仪表测试操作的项目包括：VDB 输出频率测试、VDB 信号功率测试、VDB 天线驻波比测试和授时信号测试等四项测试内容。上述四项测试内容，涉及到GBAS 提供的VDB 信息是否满足服务信息覆盖要求，是GBAS 运行维护过程中关注的重点，本文将重点介绍上述四项的测试方法。

3 天津机场GBAS 定期维护

3.1 VDB 输出频率测试

VDB 射频输出频率测试主要目的是确认VDB发射机工作频率的准确性，要求射频输出频率不超过设定频率±2 PPM。测试所使用的仪器仪表工具及材料包括频率计和同轴线缆。作为正常的定期维护的一部分，或者当VDB 发射电台更换后，必须对RF 输出频率进行测量。RF 输出频率的测量在GBAS 地基增强系统测试模式下进行。首次安装系统或更换设备后，需要在系统允许广播之前执行该过程。在正常运行模式，如果没有更换过射频设备，并且系统已经正常运行，连接上VDB 的发射电台，测试检查每个射频频率可以作为常规检查的一部分。VDB 射频输出频率测试连接如图2 所示。

VDB 射频输出频率测试步骤为：

（1）在MCT 软件中，单击“设备面板”组件，点击测试模式切换按钮，进入测试模式；

（2）使用同轴线缆，两端分别连接发射电台备机前面板的“RF TEST”和频率计射频输入接口；

（3）频率计上电；

（4）按住发射电台备机前面板“TEST”按钮；

（5）读取频率计上显示的频率值，频率值精确到千分位，进行记录；

（6）步骤（1）～（5）操作完毕后，关闭频率计，拆除连接发射电台备机前面板的“RF TEST”和频率计射频输入接口的同轴线缆；

（7）在MCT 软件的“设备面板”组件界面，对发射电台进行主备切换；

（8）重复步骤（2）～（6），对当前发射电台备机进行频率测试；

（9）测试完毕退出测试模式。

3.2 VDB 信号功率测试

VDB 信号功率测试的主要目的是确认VDB 发射机功率的准确性，其要求射频输出功率不超过设定±1 dB。测试所使用的仪器仪表工具及材料包括：脉冲式峰值功率计和假负载。射频输出功率测量需要作为正常定期维护的一部分，或当VDB 发射电台或其它射频设备已被更换，用峰值功率计按照以下过程进行测量。射频输出功率的测量应当将GBAS 设备设置在测试模式下进行。

在发射电台备机上，VDB 信号功率测试步骤为：

（1）断开设备电源；

（2）定向耦合器1 输出端断开电缆VDB-RFL2，连接功率输入端；

（3）功率计的输出端连接假负载；

（4）功率计上电；

（5）设备上电；

（6）在MCT 软件中，单击“设备面板”组件，点击测试模式切换按钮，进入测试模式；

（7）峰值功率计允许运行2～3 分钟，获得足够的发射脉冲串进行平均测量；

（8）读取平均功率值，该值必须在设定的功率电平1.0 dB 之内。如果测量结果不在范围内，先检查VDB 子系统；

（9）在MCT 软件中，对“发射电台进行主备切换”，重复（7）～（8）步骤；

（10）测试完毕退出测试模式；

（11）关闭设备，恢复定向耦合器1 和VDB发射天线之间的VDB-RFL2 线缆连接。

3.3 VDB 天线驻波比测试

测试所使用的仪器仪表工具及材料为功率计。

VDB 天线驻波比测试步骤为：

（1）关闭设备电源；

（2）在VDB 发射电台与VDB 天线的电缆中串联功率计探头（正向功率100 W）；

（3）开启设备电源；

（4）使用本地维护终端调整设备为测试模式；

（5）在运行的发射电台，按住发射机前面板上的TEST MODE 按钮，读取驻波比数值，驻波比数值应＜2；

（6）测试完毕退出测试模式。

3.4 授时信号测试

测试所使用的仪器仪表工具及材料为示波器。授时信号实例如图3 所示。授时信号测试步骤为：

（1）在MCT 软件中，单击“设备面板”组件，点击测试模式切换按钮，进入测试模式；

（2）连接示波器；

（3）示波器探头的“+”连接授时转发单元前面板调试口的“PPS+”，探头“－”连接授时转发单元前面板调试口的“PPS－”；

（4）使用示波器测量脉冲幅度、脉宽和周期，并记录数值；

（5）确认脉冲幅度范围为2～6 V；周期范围1000 ms ±5 ms。

（6）将两台授时转发单元的授时信号同时引入示波器，测量授时信号起始时间差，差值应小于0.1ms。

4 结论

天津滨海机场地基增强系统自2018年5月18日运行以来，完成了多次飞行校验。连续运行期间，空管技术人员持续对设备进行检测，完成了定期巡视、检测和参数记录等工作，确认了设备工作性能稳定，设备连续运行期间状态正常。

通过实施定期维护，能够及时有效地发现设备运行过程中潜在的故障风险，提高系统运行的安全性。GBAS设备作为民航空管导航新装备，国内首次在天津滨海国际机场的安装和长期运行，探索GBAS 设备运行维护操作模式，将对我国I 类GBAS系统应用提供重要的依据，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。