波音機(jī)隊ADS-B 和SBAS 改裝方案工程管理策略研究

■ 楊亮 孫遠(yuǎn)飛 成功 李支罡/ 中國國際航空股份有限公司機(jī)務(wù)工程部 北京飛機(jī)維修工程有限公司

0 引言

《民用航空ADS-B實施規(guī)劃》（2015年第一次修訂）指出，廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）是國際民航組織確定的未來主要監(jiān)視技術(shù)。ADS-B 技術(shù)將衛(wèi)星導(dǎo)航、通信技術(shù)、機(jī)載設(shè)備以及地面設(shè)備等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，提供了更加安全、高效的空中交通監(jiān)視手段，能有效提高管制員和飛行員的運行態(tài)勢感知能力，提升航空公司運行控制能力，擴(kuò)大監(jiān)視覆蓋范圍，提高空中交通安全水平、空域容量與運行效率。

1 中美民航規(guī)章要求

中國民航局明傳電報[2017]3685 號對ADS-B 機(jī)載設(shè)備改裝工作做出要求，具體為：2019 年7 月1 日前，安裝滿足DO-260 標(biāo)準(zhǔn)或后續(xù)版本并經(jīng)相關(guān)適航批準(zhǔn)的S 模式應(yīng)答機(jī)，并安裝具備SA ON 或SA AWARE 功能，或安裝通過星基增強系統(tǒng)（SBAS）增強GNSS 信號并經(jīng)相關(guān)適航批準(zhǔn)的衛(wèi)星定位信號接收設(shè)備；2022 年12 月31 日前，安裝滿足DO-260B 標(biāo)準(zhǔn)并經(jīng)相關(guān)適航批準(zhǔn)的S 模式應(yīng)答機(jī)，并安裝具備SA AWARE 功能，或安裝通過SBAS 增強GNSS 信號并經(jīng)相關(guān)適航批準(zhǔn)的衛(wèi)星定位信號接收設(shè)備。

美國聯(lián)邦航空局FAA 91 部225 條和227 條針對ADS-B 軟硬件，要求2020 年1 月1 日起在美國空域上飛行的飛機(jī)的S 模式應(yīng)答機(jī)需滿足DO-260B標(biāo)準(zhǔn)，并安裝具備SA AWARE 功能或SBAS GNSS 信號的衛(wèi)星定位信號接收機(jī)。FAA 要 求，2020 年1 月1 日 起，安裝SA ON 功能的飛機(jī)必須執(zhí)行放行前性能檢查；2020 年1 月1 日至2024 年12 月31 日，安裝SA AWARE 功能的飛機(jī)可以獲得臨時豁免放行前性能檢查，申請豁免的截止日期為2018年8月1日；2025 年1 月1 日 起，SA AWARE 飛 機(jī)要執(zhí)行放行前性能檢查，安裝SBAS的飛機(jī)可以永久性豁免放行前性能檢查。另外，針對導(dǎo)航要求，應(yīng)100%沿著計劃軌跡工作正常，且GNSS 位置源NIC 完整性精度小于0.2NM 偏差，設(shè)備NAC 實際精度小于0.05NM 偏差。

2 ADS-B 系統(tǒng)

2.1 ADS-B 簡介

廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）是利用空地、空空數(shù)據(jù)通信完成交通監(jiān)視和飛行信息傳遞的一種監(jiān)視技術(shù)。監(jiān)視數(shù)據(jù)可來自不同的機(jī)載數(shù)據(jù)源，如水平位置、氣壓高度、ATC 應(yīng)答機(jī)控制面板等。機(jī)載ADS-B 應(yīng)用功能可分為發(fā)送（OUT）和接收（IN）兩類。

2.2 ADS-B 系統(tǒng)組成

ADS-B 系統(tǒng)由機(jī)載航空電子設(shè)備和地面基礎(chǔ)設(shè)施組成（見圖1）。

圖1 ADS-B系統(tǒng)工作原理簡圖

1）機(jī)載設(shè)備，包括：ATC 應(yīng)答機(jī)、TCAS 計算機(jī)、MMR 多模式接收機(jī)。

2）地面設(shè)施，包括：ADS-B 地面站、ADS-B 信息、ADS-B 數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)。

2.3 ADS-B 工作原理

機(jī)載電子設(shè)備通常采用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）確定航空器的位置，并將飛機(jī)的位置信息以及其他相關(guān)信息發(fā)送給地面站供ATC 使用，并發(fā)送給裝有ADS-B 設(shè)備的飛機(jī)和其他航空服務(wù)提供商。機(jī)載ADS-B 通信設(shè)備廣播式發(fā)出從機(jī)載信息處理單元收集到的導(dǎo)航信息，接收其他飛機(jī)和地面的廣播信息后經(jīng)過處理送給機(jī)艙綜合信息顯示器。機(jī)艙綜合信息顯示器收集其他飛機(jī)和地面的ADS-B 信息、機(jī)載雷達(dá)信息、導(dǎo)航信息后給飛行員提供飛機(jī)周圍的態(tài)勢信息和附加信息（如沖突告警信息、避碰策略、氣象信息等）。

2.4 ADS-B 的優(yōu)勢

廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）系統(tǒng)作為新型航空監(jiān)視技術(shù)，可及時為飛行員及空管人員提供航空器的位置和其他環(huán)境信息，是保障飛行安全、提高運行效率的重要技術(shù)手段。與傳統(tǒng)雷達(dá)監(jiān)視技術(shù)相比，ADS-B 監(jiān)視精度高，誤差小，覆蓋范圍廣，信息量大，數(shù)據(jù)更新快，建設(shè)及使用成本低；可使飛機(jī)與飛機(jī)之間保持能見，有效管控飛行運行風(fēng)險；不僅能有效解決地形復(fù)雜、洋區(qū)及邊遠(yuǎn)地區(qū)雷達(dá)無法覆蓋的問題，還能進(jìn)一步提高大型繁忙機(jī)場的運行效率，具有廣泛的應(yīng)用前景。

3 SBAS 系統(tǒng)

3.1 SBAS 簡介

SBAS 即星基增強系統(tǒng)，該系統(tǒng)綜合使用各種不同增強效果的導(dǎo)航增強技術(shù)，輔助配合GNSS 的使用，能進(jìn)一步提升GNSS 的定位精度等導(dǎo)航性能，滿足不同區(qū)域不同領(lǐng)域特殊的定位服務(wù)需求，最終實現(xiàn)增強衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)性能的目的。

3.2 SBAS 系統(tǒng)組成

星基增強系統(tǒng)由空間星座、地面控制站及運行維護(hù)站和用戶（機(jī)載設(shè)備）組成。

1）空間星座，包括：地球靜止軌道GNSS 衛(wèi)星、GEO 衛(wèi)星。

2）地面設(shè)施，包括：中央處理設(shè)施、差分校正和檢測站、上行注入站。

3）機(jī)載設(shè)備，包括：MMR（具備更高精度導(dǎo)航定位性能的接收機(jī)）。

3.3 SBAS 系統(tǒng)的工作原理

如圖2 所示，星座部分發(fā)送GNSS導(dǎo)航信息，這些信號被SBAS 地面差分站（位置已知）接收并解算，獲得原始定位數(shù)據(jù)（偽距、衛(wèi)星播發(fā)的相位等），送至中央處理設(shè)施（地面控制站），后者通過計算得到各衛(wèi)星的定位修正信息，通過上行注入站發(fā)給GEO 衛(wèi)星。用戶（機(jī)載設(shè)備）同時接收GNSS 和GEO 信號，通過差分解算消除區(qū)域?qū)Ш秸`差，獲得更高精度的導(dǎo)航定位。

圖2 SBAS系統(tǒng)工作原理簡圖

3.4 SBAS 的優(yōu)勢

SBAS 系統(tǒng)能為民用航空提供費用更低、可用性更高的導(dǎo)航功能。該系統(tǒng)通過減少通信和雷達(dá)導(dǎo)引，降低了空管人員的工作負(fù)擔(dān)，并且能提供精密進(jìn)場與著陸服務(wù)；通過減小飛行時間和距離，可以節(jié)省燃料，降低飛行階段的運行成本。

4 ADS-B 改裝分析

應(yīng)答機(jī)與TCAS 計算機(jī)相互交聯(lián)，配合使用以實現(xiàn)空中防撞功能。由于不同設(shè)備供應(yīng)商的應(yīng)答機(jī)與TCAS 計算機(jī)混裝，如未來任一供應(yīng)商的設(shè)備升級，將存在不兼容風(fēng)險。另外，少量老舊構(gòu)型的多模式接收機(jī)還涉及升級取證難題。

4.1 TCAS 計算機(jī)與ATC 應(yīng)答機(jī)不兼容風(fēng)險

依據(jù)《中國民用航空ADS-B 實施規(guī)劃》及未來技術(shù)發(fā)展方向，2025 年底在部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)ADS-B IN 初始運行。

基于國航波音737NG 機(jī)隊現(xiàn)裝機(jī)TCAS 計算機(jī)全部為H 公司設(shè)備，應(yīng)答機(jī)選擇后的兼容性存在以下幾種可能：

1）選用H 公司的應(yīng)答機(jī)不存在不兼容性問題。

2）選用T 公司的應(yīng)答機(jī)

● 能與H 公司的TCAS 計算機(jī)兼容（無需更換新的設(shè)備）；

● 不能與H 公司的TCAS 計算機(jī)兼容（TCAS 計算機(jī)需更換為T 公司設(shè)備或應(yīng)答機(jī)更換為H 公司設(shè)備）。

3）選用C 公司的應(yīng)答機(jī)

● 能與H 公司的TCAS 計算機(jī)兼容（無需更換新的設(shè)備）；

● 不能與H 公司的TCAS 計算機(jī)兼容（TCAS 計算機(jī)需更換為C 公司設(shè)備或應(yīng)答機(jī)更換為H 公司設(shè)備）。

4.2 不兼容風(fēng)險分析

若進(jìn)行應(yīng)答機(jī)與TCAS 計算機(jī)混裝，ADS-B 功能增加IN 應(yīng)用的擴(kuò)展后，以下幾個方面需要引起航司關(guān)注。

1）設(shè)備供應(yīng)商方面

若機(jī)載設(shè)備進(jìn)行混裝，設(shè)備供應(yīng)商不能完全保證不出現(xiàn)不兼容問題。如果實際運營中出現(xiàn)不兼容，機(jī)載設(shè)備雙方要考慮能否有效協(xié)調(diào)并切實有效解決兼容性問題。

2）飛機(jī)制造商（OEM）方面

ADS-B 改裝方案由OEM 提供，在完成設(shè)備的裝機(jī)取證之前，OEM 無法明確不兼容解決方案。同時，OEM 提供解決方案的時限、實際備件的數(shù)量均不可控。

3）ADS-B IN 要求

依據(jù)《中國民用航空ADS-B 實施規(guī)劃》，2025 年底部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)ADS-B IN 初始運行，從初始運行到強制運行之間有一個過渡期，無法預(yù)測能否在過渡期結(jié)束之前解決上述可能的不兼容問題。

4.3 現(xiàn)有MMR 構(gòu)型差異

1）機(jī)隊構(gòu)型

國航波音737NG 機(jī)隊存在兩種MMR 構(gòu)型（構(gòu)型一：C 公司GLU-920型，件號822-1152-002；構(gòu)型二：C 公司GLU-925 型， 件 號822-1821-001/-002）。

2）改裝可行性

向OEM 要求提供改裝方案，OEM反饋GLU-925 型MMR 已有首批用戶完成改裝并獲得FAA 批準(zhǔn)，而GLU-920型MMR 為老舊產(chǎn)品，全球無啟動用戶執(zhí)行改裝升級。

3）額外的改裝費用

若將GLU-920 型MMR 升級（實現(xiàn)SA AWARE 功能）并繼續(xù)保持裝機(jī)完成改裝取證，需要進(jìn)行驗證試飛，將涉及改裝取證方案費用高（約150 萬美元）并導(dǎo)致改裝方案交付周期延長。

4）合適的可行方案

將現(xiàn)裝機(jī)的GLU-920 型MMR 升級到GLU-925 型（具備SA AWARE 功能），既滿足ADS-B 改裝升級要求，也節(jié)省了取證驗證、驗證試飛費用。該方案只需購買構(gòu)型差異性改裝方案（約12萬美元），但需航司自行解決GLU-925型MMR（已停產(chǎn)）裝機(jī)備件問題。

5 SBAS 改裝分析

按照FAA 91 部225 條和227 條要求，“2025 年1 月1 日后，運行美國的航空器需安裝星基增強系統(tǒng)SBAS，否則需要使用SAPT 工具在飛行前進(jìn)行RAIM 預(yù)測”。

5.1 RAIM 預(yù)測

1）RAIM 預(yù)測簡介

RAIM 即接收機(jī)自主完整性監(jiān)測，是利用GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)對預(yù)定飛行航路進(jìn)行導(dǎo)航精度和導(dǎo)航完整性的GPS 服務(wù)可用性的預(yù)測。

2）RAIM 預(yù)測方法

方法一：運營人使用自己的飛行前可用性驗證工具。該工具需要考慮預(yù)測時正在服務(wù)的GPS 衛(wèi)星，可能還需考慮飛機(jī)GNSS 接收機(jī)、飛機(jī)設(shè)備集成或安裝的獨特性，工具性能方面需滿足FAA標(biāo)準(zhǔn)要求。

方法二：運營人使用第三方軟件界面，在不改變性能值的前提下，預(yù)測飛機(jī)預(yù)計的飛行航路和時間范圍內(nèi)的導(dǎo)航精度和導(dǎo)航完整性，需滿足FAA 標(biāo)準(zhǔn)要求。

方法三：運營人使用服務(wù)可用性預(yù)測工具（SAPT）。這是FAA 提供的飛行前可用性預(yù)測工具。

3）RAIM 預(yù)測可行性評估

RAIM 預(yù)測由航司運行控制部門在飛機(jī)派遣前完成。經(jīng)運行控制部門市場調(diào)研，這類預(yù)測工具在國內(nèi)尚屬空白，在預(yù)測工具的開發(fā)周期、工具的收費規(guī)則以及能否滿足FAA 要求等方面皆存在不確定性。上文所述方法一和方法二均不可行，嘗試方法三使用FAA 提供的SAPT 工具進(jìn)行模擬測試，多次發(fā)現(xiàn)在北美航路中存在紅色風(fēng)險提示，若用于實際航班運營勢必給公司飛行計劃造成嚴(yán)重影響。

RAIM 預(yù)測是對航班運行未來72h內(nèi)的航路預(yù)測，受時效性的限制，存在航班運行前因預(yù)測數(shù)據(jù)變化造成航班延誤的風(fēng)險。若飛北美的國際航班因RAIM 預(yù)測而頻繁延誤將導(dǎo)致服務(wù)品質(zhì)降低。顯然，RAIM 預(yù)測方案不適用于執(zhí)行北美航班的航司，而通過飛機(jī)改裝的方式實現(xiàn)SBAS 功能將永久豁免放行前性能檢查。同時，SBAS 功能是SA AWARE 功能的升級，導(dǎo)航精度更準(zhǔn)確，有利于確保飛行安全。

經(jīng)綜合評估，對航司執(zhí)行北美航班的寬體機(jī)隊進(jìn)行改裝升級SBAS 功能，放行前無需性能檢查，從而規(guī)避了RAIM 預(yù)測不確定因素帶來的潛在風(fēng)險。

5.2 SBAS 改裝與ADS-B 改裝的關(guān)系

根據(jù)4.3 中第4 條所述，對于裝有GLU-920 型MMR 的波音737NG 飛機(jī)，若保留現(xiàn)有裝機(jī)MMR 執(zhí)行ADS-B 改裝，將涉及全球首次GLU-920 型MMR裝機(jī)取證，取證費約150 萬美元；若改用GLU-925 型MMR 進(jìn)行ADS-B 改裝，可以節(jié)省高昂的取證費和試飛驗證涉及的相關(guān)費用。

基于國航波音777-300 機(jī)隊現(xiàn)裝有GLU-925 型MMR，為 保 證2025 年 飛北美航班滿足FAA 要求，對MMR 設(shè)備進(jìn)行升級改裝，使其具備星基定位的SBAS 導(dǎo)航能力，可以有效規(guī)避RAIM預(yù)測導(dǎo)致的航班延誤風(fēng)險。目前，具備SBAS 功能的設(shè)備有C 公司的GLU-2100 型MMR 和H 公司的IMMR。同時，SBAS 改裝已獲得波音公司裝機(jī)批準(zhǔn)。

由此，將波音777-300 機(jī)隊替換下的GLU-925 型MMR 用于波音737NG機(jī)隊的ADS-B 改裝，兼顧了公司機(jī)隊的整體改裝需求，完成了機(jī)隊導(dǎo)航性能的整體升級，同時，對拆下的機(jī)載設(shè)備的有效利用節(jié)約了改裝成本。

6 改裝方案

6.1 ADS-B 改裝方案

1）改裝方案選擇

波音公司作為OEM 可為航司提供改裝方案。該改裝方案為航空公司的主動改裝類，OEM 將收取方案費。通常OEM 提供改裝方案有SFE 方式和BFE方式。SFE 方案中，OEM 提供全套服務(wù)，包括改裝方案（SB）、器材包、設(shè)備；BFE 方案中，OEM 僅提供改裝方案（SB）及器材包，設(shè)備由航空公司自行采購。

由于存在OEM 僅提供BFE 方案的情況，需要航空公司自行采購設(shè)備，為了節(jié)約采購成本，應(yīng)對比SFE 方案與BFE 方案，選擇最優(yōu)方案。

2）設(shè)備選擇

應(yīng)答機(jī)設(shè)備應(yīng)滿足的技術(shù)要求有：滿足RTCA DO-260B 標(biāo)準(zhǔn)并獲得B737NG 裝機(jī)批準(zhǔn)文件；可靠性數(shù)據(jù)30000 飛行小時以上；5 年內(nèi)提供免費升級和功能擴(kuò)展，并提供免費備件支持；與現(xiàn)有相關(guān)機(jī)載設(shè)備的軟/硬件兼容，如果后續(xù)TCAS 計算機(jī)軟硬件升級導(dǎo)致與應(yīng)答機(jī)不兼容，應(yīng)提供合理的解決方案（如免費的設(shè)備升級）；索賠期限3年及以上。

多模式接收機(jī)MMR 設(shè)備應(yīng)滿足的要求有：設(shè)備進(jìn)行升級，滿足SA AWARE 功能，或安裝通過SBAS 增強GNSS 信號并經(jīng)相關(guān)適航批準(zhǔn)的衛(wèi)星定位信號接收設(shè)備。

3）改裝實施

航司向飛機(jī)OEM 采購改裝方案（SB），向符合條件的設(shè)備供應(yīng)商采購應(yīng)答機(jī)設(shè)備和升級MMR 設(shè)備。結(jié)合飛機(jī)定檢停場，由維修單位或有合作關(guān)系的MRO 完成機(jī)上改裝施工，并完成設(shè)備激活。

6.2 SBAS 改裝方案

1）改裝方案選擇

SBAS 改裝方案的選擇與ADS-B 改裝方案類似，波音公司作為OEM 可為航司提供改裝方案，OEM 將收取方案費。應(yīng)對比SFE 方案與BFE 方案，選擇最優(yōu)方案。

2）設(shè)備選擇

MMR 設(shè)備應(yīng)滿足的技術(shù)要求有：滿足FAA 要求具備SBAS 功能并獲得OEM 裝機(jī)批準(zhǔn)文件；可靠性數(shù)據(jù)MTBUR 為18000 飛行小時以上；5 年內(nèi)提供免費升級和功能擴(kuò)展，并提供免費備件支持；支持多星多頻的導(dǎo)航能力（包含北斗），說明通過軟件或硬件實現(xiàn)升級；索賠期限3 年及以上。

3）改裝實施

航司向飛機(jī)OEM 采購改裝方案（SB），向符合條件的設(shè)備供應(yīng)商采購應(yīng)答機(jī)設(shè)備和升級MMR 設(shè)備。結(jié)合飛機(jī)定檢停場，由維修單位或有合作關(guān)系的MRO 完成機(jī)上改裝施工，并完成設(shè)備激活。

7 結(jié)束語

每制定一項改裝方案都是工程管理的一個新課題，需要不斷探索。本文根據(jù)航司機(jī)隊的改裝需求，深入調(diào)研機(jī)隊構(gòu)型，綜合評估各項策略給航司帶來效益和影響，進(jìn)行優(yōu)劣比較，探討合理制定滿足局方政策要求的最佳改裝方案，為國內(nèi)需要執(zhí)行ADS-B 改裝、SBAS 改裝的航司提供關(guān)于改裝方案選擇的參考。