文/程松

1 地基增強(qiáng)系統(tǒng)

地基增強(qiáng)系統(tǒng)（GBAS）因其精度高、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行成本低、支持一套地面設(shè)備服務(wù)多條跑道、支持曲線進(jìn)近、能最大程度降低天氣影響從而提高機(jī)場(chǎng)容量和運(yùn)行效率等優(yōu)點(diǎn)，成為國(guó)際民航組織在《空中航行計(jì)劃》中明確的導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展方向和重點(diǎn)推進(jìn)的新技術(shù)，美國(guó)、歐洲、中國(guó)等國(guó)家和地區(qū)都將其作為未來(lái)終端區(qū)和進(jìn)近運(yùn)行的主用導(dǎo)航系統(tǒng)并制定了相應(yīng)的實(shí)施路線。

GBAS 旨在支持CAT I/II/IIIa/IIIb 精密進(jìn)近運(yùn)行，此外還能支持帶有垂直引導(dǎo)的進(jìn)近運(yùn)行（APV-I，APV-II）。GBAS 服務(wù)類別（GBAS Service Levels，GSL）定義不同的LAAS 進(jìn)近服務(wù)性能。一種服務(wù)類別定義了一個(gè)層級(jí)上對(duì)精度、完好性和連續(xù)性的要求，如表1所示。

2 GBAS的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)際上 GBAS 技術(shù)的發(fā)展包括了幾種不同的運(yùn)行概念：

2.1 支持CAT I運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)

GAST-C：基于GPS 單頻，國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布；

GAST-E：基于Galileo 單頻。

2.2 支持CAT II/III運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)

GAST-D：基于GPS 單頻，國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布；GAST-F：基于雙頻多星座（DFMC），相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還在研究制定中。DFMC GNSS 可以改善導(dǎo)航性能，雙頻信號(hào)的使用可以彌補(bǔ)單頻信號(hào)易受無(wú)線電頻率干擾和電離層擾動(dòng)影響的弱點(diǎn)。多星座信號(hào)的使用可以降低電離層閃爍影響和單星座時(shí)可見星不足的風(fēng)險(xiǎn)。

3 CAT II/III GBAS

3.1 GAST-D GBAS

GAST-D 基于GPS 單頻實(shí)現(xiàn)CAT II/III 類運(yùn)行，在地面設(shè)備部分，在GAST-C 對(duì)偽距做100 秒平滑后進(jìn)行完好性監(jiān)測(cè)和差分校正的基礎(chǔ)上，增加了30 秒平滑偽距差分校正，對(duì)外播發(fā)數(shù)據(jù)增加30 秒平滑偽距差分修正信息MT11，以支持機(jī)載監(jiān)測(cè)器對(duì)電離層影響的監(jiān)測(cè)。

目前，美國(guó)、歐洲、日本和中國(guó)相繼開展了GAST-D 原型系統(tǒng)的研制。FAA 于2017年開始對(duì)美國(guó)Honeywell 公司的GAST-D GBAS 系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)許可（System Design Approval, SDA）審查，但由于資金等原因，F(xiàn)AA 暫停了相關(guān)的工作。歐洲Indra 公司和Thales 公司支持歐洲單一天空計(jì)劃（SESAR）CAT III GBAS 項(xiàng)目的研發(fā)和驗(yàn)證。日本ENRI和NEC 聯(lián)合在新石垣機(jī)場(chǎng)進(jìn)行GAST-D GBAS 原型系統(tǒng)的研發(fā)和驗(yàn)證，2018年完成了地面和機(jī)載子系統(tǒng)軟件的開發(fā)和部署，開始數(shù)據(jù)收集和分析，計(jì)劃2019年進(jìn)行空地實(shí)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)，中國(guó)電科正在其CAT I GBAS 產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行GAST-D 升級(jí)的研發(fā)工作。

表1：GSL 劃分

表2：CAT II/III GBAS 原型系統(tǒng)

GAST-D GBAS 面臨的最大問(wèn)題是電離層威脅，Honeywell 在巴西里約熱內(nèi)盧機(jī)場(chǎng)建立GBAS 系統(tǒng)支持其電離層監(jiān)測(cè)工作，但是否能夠保證達(dá)到CAT III 的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)需要繼續(xù)論證和測(cè)試。

3.2 GAST-F GBAS

全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（美國(guó)的GPS，俄羅斯的GLONASS，歐洲的Galileo 和中國(guó)的BDS）在不斷發(fā)展，各個(gè)衛(wèi)星星座不同頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)也在不斷完善，這為雙頻多系統(tǒng)（Dual-Frequency/Multi-Constellation，DFMC）的GBAS 提供了可能。因此支持II/III 類運(yùn)行，基于雙頻多系統(tǒng)的GBAS 運(yùn)行概念GAST-F 應(yīng)運(yùn)而生。由于雙頻信號(hào)能夠消除電離層的影響，DFMC GBAS 成為了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。歐洲基于Galileo 和GPS 開展雙頻多星座的研究已經(jīng)取得了一些成果，Indra 在在巴塞羅那機(jī)場(chǎng)安裝了用于GAST F 研究和驗(yàn)證的系統(tǒng)，SESAR 形成了DFMC GBAS 的概念框架。在空地接口上，MT2 電文中設(shè)計(jì)了Supported Constellations 指示，提出了不同星座組合下星歷誤差系數(shù)的組合方式，增加了L5 頻點(diǎn)校正量的低頻電文MT42 以及高頻完好性指示報(bào)文MT50，用來(lái)指明系統(tǒng)支持的星座數(shù)量和頻點(diǎn)使用信息。

CAT II/III GBAS 在全球的設(shè)備部署情況如表2所示。

4 基于北斗的GBAS

我國(guó)正在實(shí)施北斗三號(hào)系統(tǒng)建設(shè)。根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)總體規(guī)劃，2018年底，完成19 顆衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)，完成基本系統(tǒng)建設(shè)，向全球提供服務(wù)；2020年前后，完成30 顆衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)，全面建成北斗三號(hào)系統(tǒng)。BDS 正在致力于被納入國(guó)際民航信號(hào)體制，成為民航用戶的可用星座，并為民航提供B1C 和B2a 雙頻信號(hào)。中國(guó)民航將兼容北斗的衛(wèi)星導(dǎo)航民航應(yīng)用列為未來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)之一。發(fā)展兼容北斗的GBAS，特別是基于北斗研究DFMC GBAS 對(duì)于未來(lái)我國(guó)GBAS 的應(yīng)用推廣具有現(xiàn)實(shí)意義。

基于BDS實(shí)現(xiàn)支持CAT I運(yùn)行的GAST-C GBAS，采用B1C 頻點(diǎn)信號(hào)，報(bào)文內(nèi)容需要在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)下增加對(duì)BDS 星座以及星座誤差系數(shù)參數(shù)的分配。GAST-D GBAS 的實(shí)現(xiàn)采用B1C 頻點(diǎn)信號(hào)，需要對(duì)電離層問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，有模型法、依靠未來(lái)BDSBAS支持或?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電離層幾種不同的方法。

結(jié)合BDS 實(shí)現(xiàn)DFMC GBAS，需要關(guān)注以下三個(gè)問(wèn)題。

（1）星座的選擇問(wèn)題。相較于單星座，雙星座對(duì)PDOP 值（Position Dilution of Precision）的改善較為明顯，結(jié)合三個(gè)星座后，并沒有帶來(lái)更大的變化，因此考慮多星座其它方面的復(fù)雜度，選擇雙星座BDS+GPS 或BDS+Galileo。

（2）雙頻信號(hào)完好性監(jiān)測(cè)。雙頻信號(hào)可以消除電離層的誤差，針對(duì)雙頻信號(hào)，部分完好性監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)需要進(jìn)行調(diào)整。

（3）服務(wù)模式。在不能滿足CAT II/III 類運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的情況下，需要對(duì)服務(wù)模式進(jìn)行降級(jí)，從GAST-F 降級(jí)到GAST-C，或從GAST-D 降級(jí)到GAST-C，兩種路線，需要有相應(yīng)的指示器以及對(duì)電文內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。

5 展望

DFMC GBAS 在支持CAT II/III 類運(yùn)行上，有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但兼容BDS 的的實(shí)現(xiàn)還需要加速相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的建立。中國(guó)民航將在2021年至2030年間大力推進(jìn)在不具備儀表著陸系統(tǒng)設(shè)施的機(jī)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)兼容BDS 的CAT IGBAS 實(shí)施，并在指定機(jī)場(chǎng)開展CAT II/III 類驗(yàn)證，未來(lái)將積極開展以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為核心，兼容GPS、Galileo 的我國(guó)民航衛(wèi)星導(dǎo)航體系的建設(shè)，推進(jìn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的全球應(yīng)用。