浦東機(jī)場GBAS數(shù)據(jù)VPL周期性超限分析

吳悅

摘要

上海浦東國際機(jī)場（PVG）的霍尼韋爾SmartPath GBAS地面站正在進(jìn)行為期八個月的穩(wěn)定性測試，該試驗始于2017年9月在每次為期兩周的分析中發(fā)現(xiàn)從1月24號開始，在每天大概UTC時間03：45：58至UTC時間04：07：58，約20分鐘左右的時間內(nèi)VPL值超過10米（最大值10.499630米）。針對上述問題，首先對GBAS數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，其中VPL值是用于確定GBAS系統(tǒng)性能是否滿足精密進(jìn)近的完整性要求的重要參數(shù)。VPL的計算包含選擇性屏蔽影響和實時幾何篩選，在GBAS系統(tǒng)中要求VPL值必須小于10m。

【關(guān)鍵詞】上海浦東國際機(jī)場 GBAS 數(shù)據(jù) VPL

1 前言

根據(jù)一架離GBAS中心6000米（最遠(yuǎn)決斷高度點(diǎn)的近似距離）的飛機(jī)結(jié)合從GBAS收集到的RSMU數(shù)據(jù)，以每30秒采樣頻率，計算出不同時間段內(nèi)的VPL值如圖1-圖3所示。

圖1所示為基于2018年1月17日21：24UTC（Week 1984，Second 336254）至2018年1月22日03：23 UTC（Week 1985，Second185011）區(qū)間數(shù)據(jù)計算得出的VPL值，其中最大值為8.6655米。

圖2所示為基于2018年1月22日21：24UTC（Week 1985， Second 163493）至2018年2月1日03：24 UTC（Week 1986，Second 357864）區(qū)間數(shù)據(jù)計算得出的VPL值，其中最大值為10.525米。

圖3所示為基于2018年2月1日3：24UTC（Week 1986，Second 357864）至2018年2月7日21：25UTC（Week 1987，Second336331）區(qū)間數(shù)據(jù)計算得出的VPL值，其中最大值為10.6075米。

2 浦東GBAS數(shù)據(jù)VPL周期性超限分析

監(jiān)測有多少顆衛(wèi)星被GBAS系統(tǒng)用于進(jìn)行差分修正然后進(jìn)行數(shù)據(jù)廣播的措施是反映系統(tǒng)可用性的通用指標(biāo)。接收機(jī)至少需要接收到4顆衛(wèi)星的信號才能使飛機(jī)繼續(xù)使用GPs差分校正來計算自身位置。圖4-圖6統(tǒng)計了上海浦東機(jī)場連續(xù)3個雙周時間內(nèi)的可見星數(shù)目。

從圖4、圖5和圖6中的統(tǒng)計結(jié)果可以看出，在數(shù)據(jù)統(tǒng)計時間段內(nèi)浦東機(jī)場GBAS系統(tǒng)用于差分修正廣播的衛(wèi)星數(shù)目均大于6顆，最大衛(wèi)星數(shù)目為13顆。

同時，依據(jù)離GBAS中心6000米處真實的VPL值超過垂直保護(hù)門限時間總和計算GBAS運(yùn)行站的可用性。結(jié)果顯示，在2018年1月18號-2018年1月23號期間，GBAS運(yùn)行站的可用性是100%;在2018年1月23號-2018年2月2號期間，GBAS運(yùn)行站的可用性是98.58%;在2018年2月2號-2018年2月7號期間GBAS運(yùn)行站的可用性是98.59%。

分析圖2和圖3結(jié)果可知，每天的VPL值會周期性（每天提前4分鐘）的超過告警閾值大約22分鐘，數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果如下所示：

第一次VPL超限發(fā)生在：1月24號，03：46 UTC-04：08 UTC;

第二次VPL超限發(fā)生在：1月25號，03：42 UTC-04：04 UTC;

第三次VPL超限發(fā)生在：1月26號，03：38 UTC-04：00 UTC;

第四次VPL超限發(fā)生在：1月27號，03：34 UTC-03：56UTC;

第五次VPL超限發(fā)生在：1月28號，03：30 UTC-03：52 UTC;

第六次VPL超限發(fā)生在：1月29號，03：26 UTC-03：48 UTC;

第七次VPL超限發(fā)生在：1月30號，03：22 UTC-03：44 UTC;

第八次VPL超限發(fā)生在：1月31號，03：18 UTC-03：40 UTC;

衛(wèi)星繞地球一周的時間是11小時58分，考慮到上述現(xiàn)象是嚴(yán)格周期性發(fā)生并每天超前4分鐘，所以很有可能是由衛(wèi)星本身引起的。

從NASA消息得知，美國于1月23號下午16：50UTC開始退役了SVN：54/PRN：18。

New NANU 2018001

U.S.Coast Guard sent this bulletin at01/23/2018 12：23 PM EST

SUBJ：SVN54（PRN18）UNUSABLE刀）AY 023/1650-UNTIL FURTHER NOTICE

1.NANU TYPE：UNUSUFN

NANU NUMBER：2018001

NANU DTG：2316562 JAN 2018

REFERENCE NANU：N/A

REF NANU DTG：N/A

SVN：54

PRN：18

START JDAY：023

START TIME ZULU：1650

START CALENDAR DATE：23 JAN2018

STOPJDAY：UFN

STOP TIME ZULU：N/A

STOP CA]ENDAR DATE：N/A

2.CONDITION：GPS SATELLITESVN54（PRN18）WAS UNUSABLE ONUDA）023

（23 JAN 2018）BEGINNING 1650ZULU UNTIL FURTHER NOTICE.

3.POC：CIVILIAN-NAVCEN AT 703-313-5900，HTTPS：//WWW.NAVCEN.USCG.GOV

MILITARY-GPS OPERATIONSCENTER at HTTPS：//GPS.AFSPC.AF.MIL/GPSOC，DSN 560-2541，

COMM 719-567-2541，gpsoperationscenter@us.af.mil，HTTPS：//GPS.AFSPC.AF.MIL

MILITAR、ALTERNATE-JOINTSPACE OPERATIONS CENTER，DSN 276-3514，

COMM 805-606-3514，JSPOCCOMBATOPS@VANDENBERG.AEMIL

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為驗證上述VPL值周期性超限現(xiàn)象是否受PRN18衛(wèi)星退役影響，對VPL值周期性超限時間段內(nèi)浦東機(jī)場的DOP數(shù)據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步分析，計算浦東機(jī)場幾何精度因子如圖7、圖8所示。

分析圖7和圖8結(jié)果，表明由于PRN18衛(wèi)星不可用，而導(dǎo)致衛(wèi)星的幾何精度因子較大，從而造成了VPL值超限。

為了進(jìn)一步驗證PRN 18衛(wèi)星不可用對VPL值的影響，持續(xù)對VPL數(shù)據(jù)及GBAS運(yùn)行站的可用性進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果如下：2018年2月8號至2018年2月20號，每天02：44UTC至03：06，約22分鐘左右的時間內(nèi)VPL超過10米（最大值10.6698米，并且每天超前4分鐘，這是由于GPS衛(wèi)星的繞軌道運(yùn)行的周期為11小時58分鐘）;2018年2月21號以后，VPL在某些天當(dāng)中輕微的超過10米（最大值10.0813米）。2018年2月8號-2018年2月20號期間，GBAS運(yùn)行站的可用性是98.7%;2018年2月20號-2018年3月9號期間，GBAS運(yùn)行站的可用性是99.98%。分析上述現(xiàn)象可得2018年2月21號開始VPL有較大改善。

由圖9所示可知，在浦東機(jī)場由于衛(wèi)星星歷的改變，UTC時間2：00時，可觀測到的衛(wèi)星數(shù)目增加了1顆，從而使得VPL值有了較大的改善。

進(jìn)一步分析浦東機(jī)場上方當(dāng)時的可見衛(wèi)星狀態(tài)，由圖10、12和圖11、13所示可知，從2月21號開始，由于衛(wèi)星星歷變化，G31號衛(wèi)星在2月21號UTC時間2：00開始能夠在浦東機(jī)場被觀測到。通過分析當(dāng)時浦東機(jī)場的DOP數(shù)據(jù)也能證明在G31號衛(wèi)星被觀測到之后，浦東機(jī)場的DOP數(shù)據(jù)明顯改善了。

3 結(jié)語

通過連續(xù)六周的數(shù)據(jù)分析，表明18號衛(wèi)星退役使浦東機(jī)場GBAS運(yùn)行站的可用性降低，在一定時期內(nèi)VPL超限。通過和Honeywell外方工程師交流獲悉，18號衛(wèi)星退役在別的國家沒有造成這些影響，18號衛(wèi)星在浦東機(jī)場占的權(quán)重比較大，帶來的影響比較明顯，18號衛(wèi)星退役使得幾何構(gòu)型不理想導(dǎo)致DOP值偏大，造成VPL周期性超限。目前分析存盤數(shù)據(jù)中，超限現(xiàn)象還在持續(xù)。要杜絕這個現(xiàn)象，需等發(fā)射新的衛(wèi)星替代18號衛(wèi)星位置才能使數(shù)據(jù)恢復(fù)。