北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及其在民航導(dǎo)航中的應(yīng)用

秦新梅

（中國民用航空新疆空中交通管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引 言

為了滿足航天航空事業(yè)的發(fā)展，2005年以來，美國、歐洲等國家大力發(fā)展新一代航空運輸技術(shù)，而我國作為民航運輸事業(yè)發(fā)展最快的國家，民航運輸技術(shù)無法滿足民航事業(yè)的發(fā)展需求。我國95%的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用基于美國全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，但為了確保我國航天航空信息的安全，從2000年開始獨立研發(fā)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有全球衛(wèi)星定位和通信功能，可以滿足我國航天航空導(dǎo)航、通信需求，確保我國公共信息安全。

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)成

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國獨立自主研發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼美國全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、歐洲伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之后的第4個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段構(gòu)成。空間段包括27顆地球軌道衛(wèi)星、5顆靜止軌道衛(wèi)星以及3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星。地面段主要由主控站、監(jiān)測站以及注入站構(gòu)成，通過采集復(fù)雜信息，實現(xiàn)導(dǎo)航定位功能，并監(jiān)測各個工作站的數(shù)據(jù)信息。用戶段指用戶端，用戶通過移動設(shè)備接收空間站和地面站的數(shù)據(jù)信息，從而實現(xiàn)定位導(dǎo)航功能，主要用于航天航空、車載導(dǎo)航等領(lǐng)域[1]。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以在全球范圍內(nèi)提供全天候的定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)，并具備短報文通信功能，定位精度可以達到10 m，測速精度達到0.2 m/s，授時精度達到10 ns。2012年，我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)制定了覆蓋亞太地區(qū)的定位、通信、授時服務(wù)功能規(guī)劃。2017年11月5日，中國第三代導(dǎo)航系統(tǒng)升空。2018年8月25日，我國西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射第35顆衛(wèi)星和第36顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，是北斗三號全球系統(tǒng)第12顆和第13顆組網(wǎng)衛(wèi)星。2018年12月27日，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將服務(wù)范圍擴展到全球，預(yù)示著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式進入全球時代。

2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在民航導(dǎo)航中的應(yīng)用

2.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在飛機航線路線規(guī)劃中的應(yīng)用

區(qū)域?qū)Ш街冈诘孛鎸?dǎo)航設(shè)施的范圍，機載導(dǎo)航系統(tǒng)在設(shè)施范圍內(nèi)按照路線飛行導(dǎo)航。如果陸基導(dǎo)航條件有限，無法搭設(shè)地面導(dǎo)航臺，則會影響機載導(dǎo)航的服務(wù)功能，無法讓導(dǎo)航系統(tǒng)按照飛行路線飛行。因此，將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用在民航導(dǎo)航系統(tǒng)中，可以打破地面導(dǎo)航對機載導(dǎo)航的限制，提高航空領(lǐng)域的利率率。民用航天公司的飛機在飛行導(dǎo)航時，利用計算機系統(tǒng)與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相連，讓兩者相互配合，尋找最佳的飛行路線，從而實現(xiàn)航線點對點的直航，提高飛機飛行效率。

2.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在飛機進離場的RNP精密導(dǎo)航功能

RNP技術(shù)是利用飛機自身搭載的導(dǎo)航設(shè)備和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)引導(dǎo)飛機起降的技術(shù)，是未來航天導(dǎo)航發(fā)展方向。飛行員不需要依靠地面導(dǎo)航設(shè)施就能按照精準的定位軌跡進行飛行，即便在能見度很低的情況下，也可以實現(xiàn)精準著陸，提高飛機飛行的安全性和精準性，降低我國航空公司由于天氣原因?qū)е嘛w機航班延誤和返航的現(xiàn)象，提高飛機飛行效率。RNP精密導(dǎo)航利用現(xiàn)代飛行計算機、全球定位系統(tǒng)以及計算機應(yīng)用程序，讓飛機按照預(yù)定航線精確飛行。因此，需要將RNP技術(shù)應(yīng)用在飛機進離場過程中。將北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用在飛機進離場活動中，通過飛行計算機、計算機應(yīng)用程序，讓飛機非常準確地進入終端內(nèi)隧道，以避免飛機進離場需要與飛機場地面導(dǎo)航設(shè)施配合時，地面導(dǎo)航設(shè)施受天氣、飛機場等方面因素的因素，進而影響飛機著陸和起飛的時間。將其應(yīng)用在我國西部復(fù)雜地形、天氣多變的機場中，可以改變機場起飛天氣標準和最低下降標準[2]。

2.3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于機場儀表著陸系統(tǒng)

飛機儀表著陸系統(tǒng)又稱盲降系統(tǒng)。地面導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)射兩束無線電信號指引飛機向下滑行和向行道航行，幫助飛機建立一條由跑道向空中飛行的虛擬路徑。空中飛機通過機載接收設(shè)備接收無線電信號，確定飛機和虛擬飛行路徑信息，讓飛機按照正確的路徑方向飛向跑道或者平穩(wěn)下滑，實現(xiàn)飛機安全著陸。因為儀表著陸系統(tǒng)讓飛機在能見度很低或者飛行員看不到任何參考的條件下指引飛機著陸，所以被稱為盲降系統(tǒng)。盲降系統(tǒng)是機場標準的著陸引導(dǎo)設(shè)備。儀表著陸系統(tǒng)由甚高頻航向信標臺、特高頻下滑信標臺以及甚高頻指點標構(gòu)成。當(dāng)航向信標臺顯示與跑道中心線對準的航向面時，下滑信標會顯示下滑面，航向面和下滑面相交的位置就是著陸系統(tǒng)給出飛機進近著陸的路線。如果飛機下降時低于盲降系統(tǒng)提供的下滑線，盲降系統(tǒng)將向飛行員發(fā)布警告信息。

近年來，隨著我國航空事業(yè)的發(fā)展，選擇飛機出行的人數(shù)越來越多，飛機起落班次的數(shù)量越來越大。儀表著陸系統(tǒng)在運行過程中，受到地面建筑物、地面與空中反射信號、地面臺地形等因素的干擾，無法調(diào)整飛機精準度，導(dǎo)致出現(xiàn)空中交通頻繁的現(xiàn)象。儀表著陸系統(tǒng)在班次比較少的情況下，可以讓飛機實現(xiàn)安全著陸，但在班次降落比較頻繁的情況下，系統(tǒng)無法及時作出響應(yīng)，影響到飛機的正常降落。將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用在儀表著陸系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)飛機精密導(dǎo)航定位和飛行指引進行著陸[3]。精密導(dǎo)航定位可以滿足一類盲降要求，并提供飛機水平方向和垂直方向的偏差指引。普通的儀表著陸系統(tǒng)，一條跑道著陸系統(tǒng)只能對應(yīng)一個同等級的儀表著陸系統(tǒng)進近程序，精密進近著陸系統(tǒng)可以同時對應(yīng)多個同等級儀表著陸系統(tǒng)進近程序，提高了儀表著陸系統(tǒng)的進近效率和精準的導(dǎo)航服務(wù)。

精密儀表著陸系統(tǒng)具有更強的靈活性和適應(yīng)性，支持曲線進近，系統(tǒng)可以根據(jù)飛機場的實際情況編程進近程序，滿足不同類型航空器獨立進離場的需求，提高飛機著陸效率和管制效果。精密儀器著陸系統(tǒng)可以滿足二類、三類盲降要求，普通儀表著陸系統(tǒng)只能滿足一類盲降要求。目前，北京、廣州、上海、成都和烏魯木齊機場的盲降系統(tǒng)可以滿足二類盲降要求，其他機場大多數(shù)只能實現(xiàn)降低＞800 m或者跑道視程＞550 m條件下的盲降。精密儀器著陸系統(tǒng)對飛機盲降系統(tǒng)沒有高度限制和外界目視參考要求。此外，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有一定的兼容性，可以與機場現(xiàn)有的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)進行有效銜接。

3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用在山東東營勝利機場

2017年10月10日，中國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)首次在山東東營勝利機場ARJ21-700飛機的103架飛機上進行測試試飛，此次試飛按照國際民航標準和中國民航技術(shù)標準測試北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的接收性能。將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用在ARJ21-700飛機上，提高了一類盲降精密性能，其在瞬態(tài)和定位指標方面遠遠超過國際飛行標準，試飛取得了圓滿成功，對促進山東東營勝利機場的發(fā)展具有重要意義。山東東營勝利機場將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、未定導(dǎo)航地基增強系統(tǒng)、機載導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于國產(chǎn)飛機平臺，為日后北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在國際民航飛行的標準化和應(yīng)用推廣上奠定了良好基礎(chǔ)。山東東營勝利機場將進一步加大對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，加快北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在民航運輸領(lǐng)域中的應(yīng)用推廣。山東東營勝利機場以此為契機，將進一步提升東營市的航空運輸網(wǎng)絡(luò)，增加國內(nèi)重要樞紐城市和旅游城市的航班，提高整個東營勝利機場的旅客運輸量、貨輪吞吐量，大力發(fā)展通用航空產(chǎn)業(yè)。

4 結(jié) 論

隨著我國航天航空事業(yè)的發(fā)展，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不斷發(fā)展，逐漸應(yīng)用與民航導(dǎo)航系統(tǒng)，對提高我國航天航空信息安全具有重要意義。我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為一項新研發(fā)的技術(shù)，還需要進一步完善，讓其更好地應(yīng)用在民航導(dǎo)航系統(tǒng)中，促進我國航天航空事業(yè)的發(fā)展。