GBS與ILS功能比較

趙志軍

摘 要：GBAS（Ground Based Augmentation System，地基增強(qiáng)系統(tǒng)）作為衛(wèi)星導(dǎo)航的重要子系統(tǒng)，不僅可以為民航機(jī)場終端區(qū)飛機(jī)提供精密進(jìn)近、著陸引導(dǎo)，還能提供基于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的其它導(dǎo)航數(shù)據(jù)。在簡單介紹GBS相關(guān)概念的基礎(chǔ)上，細(xì)致比較了GBS和傳統(tǒng)的具備進(jìn)近引導(dǎo)ILS（Instrument Landing System，儀表著陸系統(tǒng)）的功能的區(qū)別，使業(yè)內(nèi)人士對新一代衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢有一個(gè)初步的了解。

關(guān)鍵詞：GBAS；衛(wèi)星導(dǎo)航；衛(wèi)星導(dǎo)航；GPS系統(tǒng)

中圖分類號：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.118

文章編號：2095-6835（2016）20-0118-01

GBAS是衛(wèi)星導(dǎo)航中重要的子系統(tǒng)，它是取代目前廣泛應(yīng)用的ILS的主要選擇。在“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)日益完善的基礎(chǔ)上，中國民航正在積極進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)應(yīng)用建設(shè)，因此，對GBAS進(jìn)行了解和認(rèn)識是必要的。

1 GBS簡介

GBS是應(yīng)用于航空器進(jìn)行精密進(jìn)近的差分GPS（Differential GPS，DGPS）系統(tǒng)。由于GPS系統(tǒng)存在定位誤差，包括衛(wèi)星星鐘誤差、軌道誤差、電離層誤差、對流層誤差、多路徑誤差、接收天線相位中心誤差、接收機(jī)鐘差等誤差，因此必須改善和增強(qiáng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度、完好性、可用性和連續(xù)性指標(biāo)。

綜合利用偽距差分定位和一系列完好性監(jiān)視算法，提高衛(wèi)星導(dǎo)航的精度、完好性、可用性、連續(xù)性的指標(biāo)，使機(jī)場終端區(qū)空域范圍內(nèi)的配置相應(yīng)機(jī)載設(shè)備的飛機(jī)獲得精密進(jìn)近、著陸引導(dǎo)服務(wù)。通過地基增強(qiáng)，可以使系統(tǒng)達(dá)到三類精密進(jìn)近的性能要求。

在終端區(qū)局域，使用增強(qiáng)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)有顯著的優(yōu)勢：①提高機(jī)場和終端區(qū)容量；②提高運(yùn)行效率，飛行程序先進(jìn)；③降低機(jī)場著陸引導(dǎo)設(shè)備成本，能提供多跑道覆蓋；④解決西部地區(qū)高原機(jī)場進(jìn)近著陸引導(dǎo)問題。

2 GBS組成及功能

2.1 系統(tǒng)組成

GBS包括空間的衛(wèi)星信號，地面的基準(zhǔn)接收機(jī)、地面處理站、VDB，機(jī)載的MMR、FMS、飛行控制與顯示。

空間系統(tǒng)的功能是向地面站和飛機(jī)提供衛(wèi)星信號；地面設(shè)備的功能是計(jì)算每個(gè)可見衛(wèi)星的偽距差分修正值，監(jiān)視差分修正過程，向機(jī)載GBAS設(shè)備廣播修正數(shù)據(jù)，向飛機(jī)提供可見衛(wèi)星的完好性情況，最終提供進(jìn)近段（FAS）數(shù)據(jù)源可用性預(yù)測信息。

機(jī)載設(shè)備的功能是對GNSS和GBAS信號進(jìn)行接收和解碼，測量每顆可見衛(wèi)星的偽距，提取衛(wèi)星修正、完好性信息和地面子系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，使用GBAS差分修正，提供預(yù)定進(jìn)近航跡的引導(dǎo)信號。

地面系統(tǒng)的工作過程是：終端區(qū)域布置的GBAS地面站（通常為4個(gè)）基準(zhǔn)接收機(jī)接收GNSS信號，并生成觀測量信息，傳送給地面處理設(shè)施計(jì)算出差分校正和完好性信息，然后將計(jì)算結(jié)果發(fā)送到VHF數(shù)據(jù)廣播電臺，數(shù)據(jù)廣播電臺在服務(wù)區(qū)內(nèi)發(fā)射局域增強(qiáng)信號GBAS數(shù)據(jù)和進(jìn)近座標(biāo)。

2.2 功能

GBS除了能提供一、二、三類精密進(jìn)近引導(dǎo)、著陸及復(fù)飛引導(dǎo)外，還可以利用系統(tǒng)輸出的時(shí)間、位置、速度信息在支持衛(wèi)星導(dǎo)航的其它系統(tǒng)的輔助下完成區(qū)域?qū)Ш郊皥雒姹O(jiān)視等功能。

2.2.1 起飛

在有其它設(shè)備（例如平視顯示引導(dǎo)系統(tǒng)）和滿足特定的操作需求的條件下，能夠支持低能見度條件下的起飛操作。

2.2.2 離場

使用GBAS PVT的RNAV（區(qū)域?qū)Ш剑┗蚱渌鼘?dǎo)航手段，在滿足高密度/多障礙物終端區(qū)精密導(dǎo)航的特定操作需求的條件下，能完成復(fù)雜的引導(dǎo)離場，提供偏移引導(dǎo)。

2.2.3 終端區(qū)

通過使用PVT來校正或提供RNAV系統(tǒng)中的位置，可以提高到達(dá)排序的效率，實(shí)現(xiàn)高效的空中交通管理。

2.2.4 進(jìn)近

為每條跑道提供滿足精密進(jìn)近的偏移引導(dǎo)。GBAS支持與ILS相同的最小性能指標(biāo)、操作與程序，包括平行相關(guān)/不相關(guān)操作。

2.2.5 分段與曲線進(jìn)近

在使用GBAS PVT的RNAV系統(tǒng)、VDB廣播所需的航路點(diǎn)特地引導(dǎo)的側(cè)向和垂直偏差的條件下，可以進(jìn)行分段與曲線進(jìn)近。

2.2.6 滑行

GBAS PVT可作為自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)的位置輸入。

3 GBS的優(yōu)勢

3.1 ILS的局限性

傳統(tǒng)的提供進(jìn)近和著陸引導(dǎo)的儀表著陸系統(tǒng)（ILS）的局限性在于：只能在空間提供單一的一條下滑道，不適應(yīng)各類型飛機(jī)進(jìn)場著陸的要求，例如直升機(jī)、垂直起降飛機(jī)和短距離起落飛機(jī)等；工作頻率低，天線尺寸大，安裝調(diào)整很不方便；依靠地面反射形成下滑道，對地形環(huán)境很敏感，下滑道隨季節(jié)和氣候變化而變化，航道容易彎曲，所以要求安裝場地非常平整和寬闊；航向臺敏感區(qū)（LSA）、平整區(qū)（CGA）、清障區(qū)（OFZ）、下滑反射區(qū)、保護(hù)區(qū)等場地要求嚴(yán)格。

儀表著陸系統(tǒng)（ILS）工作頻道僅有40個(gè)，對地理上數(shù)量密集的機(jī)場不夠用；工作頻道接近調(diào)頻廣播頻率，易受到調(diào)頻臺的干擾。每個(gè)跑道口都需要1套ILS設(shè)備，包括航向臺、下滑臺、指點(diǎn)信標(biāo)臺。一套ILS系統(tǒng)只提供一條垂直航徑，所有飛機(jī)在同一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行著陸。

3.2 GBS的優(yōu)點(diǎn)

相對而言，GBAS系統(tǒng)的優(yōu)勢在于：每個(gè)終端區(qū)（可以包含多個(gè)機(jī)場）僅需要一套GBAS設(shè)備，包括4個(gè)基準(zhǔn)接收機(jī)、1個(gè)處理中心和1套VDB電臺；對于多跑道的機(jī)場，無需增加設(shè)備投入；通過參數(shù)設(shè)置，可以修改著陸點(diǎn)位置；在不需要移動著陸設(shè)備的同時(shí)，提供跑道的常規(guī)維護(hù)工作；GBAS可以提供多種進(jìn)近方法，系統(tǒng)對場地沒有特別嚴(yán)格的要求。

GBS支持終端區(qū)操作，包括Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ類精密、進(jìn)近ADS-B、場面引導(dǎo)與監(jiān)視，為飛機(jī)在滑行階段提供全天候的引導(dǎo)與監(jiān)視；為FMS提供PVT（位置、速度、時(shí)間）導(dǎo)航方案，極大減少敏感/關(guān)鍵區(qū)。進(jìn)近路線設(shè)計(jì)能避開障礙物、噪聲敏感區(qū)域或擁擠空域，降低數(shù)據(jù)庫的需求，支持基于性能（RNP）的需求。

北斗全球系統(tǒng)將在2020年前后建成。同時(shí)，我國民航作為國際民航組織成員，也在致力于按照相關(guān)要求和計(jì)劃推進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用。因此，GBS系統(tǒng)和其它衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的便利性很快就會在民航業(yè)務(wù)中體現(xiàn)。