民用機場精密導(dǎo)航方式的發(fā)展趨勢分析

孫翔

引言：中國民航經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前正邁入航班流量膨脹期，全國各地不斷在對現(xiàn)有的機場規(guī)模進行擴建和改造，在這種情況下，傳統(tǒng)的儀表著陸系統(tǒng)是否能夠滿足這種旺盛的需求呢？本文通過對傳統(tǒng)儀表著陸系統(tǒng)的局限性進行了分析，對基于衛(wèi)星導(dǎo)航的局域增強系統(tǒng)的優(yōu)劣進行了探討，簡要分析了民用機場精密導(dǎo)航方式的發(fā)展趨勢。

前言

上世紀(jì)70年代中期，中國民航引進了當(dāng)時全國第一套真正意義上的儀表著陸系統(tǒng)（Instrument Landing System，以下簡稱“ILS設(shè)備”），開啟了航班精密儀表進近的篇章，時至今日，幾乎國內(nèi)所有205個民用機場都完整配備了ILS設(shè)備?？梢哉f，ILS設(shè)備的啟用和普及在我國邁入民航大國的進程中，起到了至關(guān)重要的作用。

一、 傳統(tǒng)ILS設(shè)備的局限性

然而，隨著航班流量的不斷增長，曾經(jīng)在單一跑道機場能夠充分發(fā)揮其精密導(dǎo)航性能的ILS設(shè)備，在具備多跑道和多滑行道復(fù)雜飛行區(qū)結(jié)構(gòu)的民航機場，則會體現(xiàn)出不少局限性與不足：

1、建設(shè)及運行成本較大

ILS設(shè)備一般由航向信標(biāo)、下滑信標(biāo)和指點信標(biāo)組成，其中航向信標(biāo)提供水平方位指引信號，下滑信標(biāo)提供垂直方位指引信號，指點信標(biāo)則提供在特定位置的提醒信號，而與ILS設(shè)備合裝的測距儀臺則可以替代指點信標(biāo)并提供持續(xù)的距離信息。根據(jù)ILS設(shè)備的工作和設(shè)計原理，每個需要執(zhí)行精密進近的跑道方向都需要配置一套ILS設(shè)備，這就意味著在具備多條跑道的大型機場，就需要配置多套ILS設(shè)備，用以支持多跑道同時運行。

這里以上海浦東機場為例，目前已建成第四條跑道，而計劃到2017年，第五條跑道也將建成，這就意味著浦東機場共需要配置10套ILS設(shè)備，按照目前單套設(shè)備及其配套設(shè)施投資造價900萬元人民幣計算，則共需要投資接近1億元。另外，根據(jù)中國民航局要求，ILS設(shè)備必須每隔6個月進行飛行校驗來對導(dǎo)航信號的空中質(zhì)量進行校準(zhǔn)，每次費用約為35萬元，造成固定運行費用劇增。

2、大量占用無線電頻率資源

按照目前的發(fā)展規(guī)劃，浦東機場將在2017年建成10套ILS設(shè)備，算上虹橋機場已定格

的4套設(shè)備計算，按照目前一般以測距儀設(shè)備替代指點信標(biāo)設(shè)備的配置模式，到2017年，僅上海地區(qū)上空就充斥著14個航向信標(biāo)工作頻率、14個下滑信標(biāo)工作頻率和14個測距儀工作頻率，雖說中國民航局在近期將頻率間隔調(diào)小，但仍對無線電頻率指配工作帶來不小的困難，更對上海地區(qū)航空無線電頻率的保護帶來了空前的挑戰(zhàn)，今年就發(fā)生過虹橋機場執(zhí)行飛行校驗任務(wù)的校驗飛機接收到直線距離僅100公里的南通機場相同測距儀工作頻率的問題。

3、設(shè)備安裝地點不靈活

ILS設(shè)備中的航向信標(biāo)天線一般設(shè)置在跑道中心延長線上，距跑道末端外300米的位置，

下滑信標(biāo)天線則一般設(shè)置在跑道入口內(nèi)300米，距跑道中心線120米的位置，中、外指點信標(biāo)天線則應(yīng)設(shè)置在跑道中心延長線上距跑道入口約1050米和7400米的位置，機場管理機構(gòu)往往無法充分利用被占用的飛行區(qū)場地。

4、運行限制區(qū)域較大

為確保其ILS設(shè)備發(fā)射的無線電信號足夠精確為航班降落提供服務(wù)，則需要采取措施保護信號不受外界障礙物產(chǎn)生的多路徑效應(yīng)的干擾，由此中國民航局也參照國際民航組織要求制定了臨界保護區(qū)和敏感保護區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。其中航向信標(biāo)天線臨界區(qū)至少需要315米*120米保護范圍，下滑信標(biāo)天線臨界區(qū)至少需要360米*165米保護范圍，臨界區(qū)需要嚴(yán)格控制土面坡度，嚴(yán)禁任何飛行器、車輛和人員進入。敏感區(qū)的范圍更廣，但是在機場能見度較差的時候，也需要對車輛人員進行管制，如此就對機場的平面布局提出了較高的要求，為了滿足多條跑道各套ILS設(shè)備的保護區(qū)特別是臨界區(qū)的保護要求，設(shè)計人員在進行總規(guī)設(shè)計的時候就不得不對跑滑結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，繼而影響機場的整體運行效率。

二、局域增強系統(tǒng)的優(yōu)勢

而局域增強系統(tǒng)（Ground Based Augmentation System，以下簡稱“G-BAS系統(tǒng)”）則可以很好地解決以上問題。

G-BAS系統(tǒng)本質(zhì)上就是差分GPS技術(shù)，是其在民航業(yè)的一種衍生應(yīng)用，其基本原理是利用兩個或更多GPS接收天線接收到的位置信息（或距離信息）及其他導(dǎo)航信息的相關(guān)性能與相對準(zhǔn)確并已知的天線位置信息進行綜合比較，以消除大部分GPS信號的衛(wèi)星時鐘誤差、星歷誤差、電離層延遲誤差，產(chǎn)生GPS增強信息，再通過VHF數(shù)字廣播發(fā)送給民航飛機使用，目前該系統(tǒng)可提供滿足一般天氣條件下的I類標(biāo)準(zhǔn)儀表著陸進近精度要求的導(dǎo)航信號供民航班機使用。

該系統(tǒng)一般由多個基準(zhǔn)接收天線（以下簡稱“RRA”）、一個或多個甚高頻VDB天線和中央數(shù)據(jù)處理單元組成，相對于ILS設(shè)備的局限性，G-BAS系統(tǒng)工作在單一的導(dǎo)航頻率，安裝位置沒有特定的要求，只需要一塊相對空閑的場地即可滿足多條跑道對于航班進近降落區(qū)域的覆蓋要求，幾乎沒有臨界保護區(qū)的概念，周邊的移動障礙物只要低于天線底部的控制線即可，安裝和運行成本大大降低，而且它不僅僅可以支持目前直線進近方式的飛行程序，更可以支持在復(fù)雜地形的曲線進近飛行程序。

三、我國發(fā)展G-BAS系統(tǒng)的情況

正是基于以上優(yōu)點，國際民航組織已經(jīng)將G-BAS系統(tǒng)列入其《全球空中導(dǎo)航發(fā)展戰(zhàn)略》中，西歐、北美、澳洲、日韓等民航發(fā)達國家和地區(qū)已經(jīng)在多個大型機場建設(shè)并試運行G-BAS系統(tǒng)，取得較好的效果。中國民航局也早就意識到發(fā)展G-BAS技術(shù)的重要性，2008年，民航局數(shù)據(jù)公司和中電20所共同研制的GBAS原型系統(tǒng)順利通過在全球幾乎最復(fù)雜降落條件的林芝米林機場進行的飛行校驗和地面跑車試驗，應(yīng)該說，我國已經(jīng)完全掌握了G-BAS系統(tǒng)的核心技術(shù)。

為了驗證G-BAS系統(tǒng)在大型民用機場的實際運用效果，同時為了比對國外相對成熟的G-BAS系統(tǒng)與我國自行研制的設(shè)備的運行數(shù)據(jù)的差異，民航局在2014年初決定在浦東機場安裝一套美國Honeywell公司的SLS4000型設(shè)備，經(jīng)過前期的規(guī)劃選址和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，目前已基本確定在浦東機場西南角空地設(shè)址，根據(jù)目前的分析，該套系統(tǒng)可以覆蓋浦東機場近期即將建成的所有五條跑道的10個方向，項目正在積極推進中，計劃在明年年初建成投入試運行。

四、結(jié)束語

但是，現(xiàn)今階段的G-BAS系統(tǒng)也并非無懈可擊。首先目前國內(nèi)所有民航飛機都具備ILS進近能力，而具備G-BAS接收能力的飛機寥寥無幾，雖然中國民航局在近年多次要求國內(nèi)各大航空公司在購買新機時盡量選裝，但要達到目前具備ILS能力的機隊規(guī)模，顯然還有很長的路要走。其次，目前通過認證的的G-BAS系統(tǒng)僅具備I類精密進近能力，有悖于中國民航局近年來要求各大型機場將自身低能見度運行能力進行升級到II類甚至III類的要求。

因此，可見G-BAS系統(tǒng)的發(fā)展和普及過程將相當(dāng)緩慢，然而，我們也能預(yù)見到一旦G-BAS系統(tǒng)的自身能力和機隊規(guī)模發(fā)展到一定程度，就一定能促使民用航空運輸更加迅速與便捷地服務(wù)于大眾。

參考文獻

[1]李躍，邱致和.導(dǎo)航與定位（第2版）-信息化戰(zhàn)爭的北斗星.北京：國防工業(yè)出版社，2008.

[2]FAA.ORDER6884.1.Siting Creteria for Ground BasedAugmentationSystem（G-BAS）.

[3]ICAO.Attachment10.

（作者單位：中國民用航空華東地區(qū)空中交通管理局）