咸陽機(jī)場GBAS選址研究

荊恒 JING Heng

（中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局，西安 710068）

1 咸陽機(jī)場GBAS地面設(shè)備組成

西安咸陽國際機(jī)場由兩條跑道組成，分別為1號跑道（以下稱為西跑道），東側(cè)跑道為2號跑道（以下稱為東跑道）。GBAS設(shè)備均為咸陽機(jī)場兩條跑道共四個跑道入口方向提供I類精密進(jìn)近導(dǎo)航服務(wù)。

GBAS地面設(shè)備主要負(fù)責(zé)監(jiān)控GNSS星座衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信號，并通過VDB向鄰近空域發(fā)射信號，以支持航空器的運(yùn)行需求。GBAS地面設(shè)備主要分為主站，VDB發(fā)射機(jī)及天線，基準(zhǔn)接收機(jī)及4個基準(zhǔn)接收天線。包含主站設(shè)備的機(jī)柜放置于室內(nèi)環(huán)境，VDB天線和4個基準(zhǔn)接收天線放在主站機(jī)柜附近，并符合其相應(yīng)的保護(hù)區(qū)規(guī)范。

2 咸陽機(jī)場GBAS地面設(shè)備選址流程

GBAS地面設(shè)備選址首先應(yīng)遵循以下原則：

①滿足運(yùn)行需求、空中航行服務(wù)需求和飛行程序設(shè)計需求。

②GBAS地面設(shè)備要求架設(shè)在機(jī)場工作區(qū)內(nèi)，只有當(dāng)機(jī)場無法滿足地面設(shè)備最低運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的情況下，才考慮將GBAS地面設(shè)備安裝在機(jī)場外。

③GBAS地面設(shè)備不能穿越機(jī)場的障礙區(qū)表面，不能穿越機(jī)場凈空區(qū)表面，任何穿越這些區(qū)域的行為需要得到特殊許可。

④滿足MHT4003-2021《民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視臺（站）設(shè)置場地規(guī)范第1部分_導(dǎo)航）》第10章GBAS設(shè)置要求。該規(guī)范章節(jié)為中國民航針對GBAS地面設(shè)備頒布的場地設(shè)置及保護(hù)條例。

⑤設(shè)備選址應(yīng)在滿足機(jī)場現(xiàn)有需求的情況下、將機(jī)場遠(yuǎn)期規(guī)劃納入考慮，所選場址不與機(jī)場規(guī)劃產(chǎn)生沖突；

⑥設(shè)備選址應(yīng)方便供電及通信連接（如靠近電源、通信網(wǎng)絡(luò)，場地容易到達(dá)等）。

參考上述選址原則，在咸陽機(jī)場進(jìn)行如下選址作業(yè)：

《民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視臺（站）設(shè)置場地規(guī)范第1部分_導(dǎo)航》中規(guī)定GBAS基準(zhǔn)接收子系統(tǒng)的幾何中心距跑道決斷高度位置的水平距離不應(yīng)超過6km。以兩條跑道四個入口的決斷高度點(diǎn)為圓心，繪制四個圓（圖中黑色圓所示），GBAS主站之基準(zhǔn)接收天線陣的可選區(qū)域即為它們的交集區(qū)域。

《民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視臺（站）設(shè)置場地規(guī)范第1部分_導(dǎo)航》中規(guī)定VDB天線距所服務(wù)跑道入口的水平距離不應(yīng)超過5.6km。以兩條跑道四個入口為圓心，繪制四個圓（圖中白色圓所示），GBAS主站中VDB天線的可選區(qū)域即為它們的交集區(qū)域。

如圖1所示，GBAS主站可選區(qū)域即為以上兩個區(qū)域的交集（圖中陰影區(qū)域所示）。在該區(qū)域中，篩選出兩處滿足需求的候選場址進(jìn)行分析。

圖1 咸陽機(jī)場GBAS候選場址區(qū)域范圍示意

2.1 GBAS候選場址一分析（西跑道南端）

咸陽機(jī)場西跑道南入口附近，需要建設(shè)一體化方艙放置主站機(jī)柜，4個基準(zhǔn)接收天線（RR）圍繞一體化方艙（主站室內(nèi)設(shè)備所在位置）分布，具體布局如圖2所示，布局選擇不規(guī)則四邊形排布，保證相鄰兩組天線滿足規(guī)范10.2.2的要求。

圖2 咸陽機(jī)場候選場址一GBAS主站布局——西跑道南端

2.2 GBAS候選場址二分析（西跑道西側(cè)VOR舊址）

西跑道中段西側(cè)的方形區(qū)域?yàn)閂OR臺站舊址，現(xiàn)狀為空閑狀態(tài)，該區(qū)域能夠滿足基準(zhǔn)接收天線搭設(shè)要求。該區(qū)域需要建設(shè)一體化方艙放置主站機(jī)柜，四個基準(zhǔn)接收天線在該區(qū)域內(nèi)呈不規(guī)則四邊形分布在主站周圍，相互間隔可保持100m以上。

所有天線及設(shè)備設(shè)施距離跑道中心線150m以上，距離滑行道和停機(jī)坪200m以上，基準(zhǔn)接收天線布局如圖3所示。

圖3 咸陽機(jī)場候選場址二GBAS主站布局——西跑道西側(cè)VOR舊址

2.3 GBAS候選場址比選

上述兩個主站場址均能滿足咸陽機(jī)場GBAS運(yùn)行需求，在信號覆蓋和其余設(shè)備的配置上并無顯著差別。

當(dāng)參考機(jī)場遠(yuǎn)期規(guī)劃時，由于西跑道有向西擴(kuò)建跑道的計劃，未來VOR臺站的位置處于改建范圍內(nèi)，處于新建跑道和現(xiàn)有跑道之間。為避免未來進(jìn)行站址搬遷工作，推薦選擇機(jī)場遠(yuǎn)期規(guī)劃不會造成影響的區(qū)域。因此，在選址研究工作中推薦場址一作為落地場址。

3 推薦場址VDB發(fā)射信號覆蓋仿真分析

根據(jù)《民用航空地基增強(qiáng)系統(tǒng)（GBAS）地面設(shè)備技術(shù)要求-I類精密進(jìn)近》（MH/T 4045-2017）的要求如下：設(shè)備應(yīng)支持滿足Ⅰ類精密進(jìn)近服務(wù)等級的每條跑道端覆蓋范圍內(nèi)有效輻射功率場強(qiáng)應(yīng)在-99dBW/m～-35dBW/m之間。

根據(jù)《民用航空地基增強(qiáng)系統(tǒng)（GBAS）地面設(shè)備技術(shù)要求-I類精密進(jìn)近》（MH/T 4045-2017）的要求如下：

設(shè)備應(yīng)支持滿足Ⅰ類精密進(jìn)近服務(wù)等級的每條跑道端，最小服務(wù)范圍覆蓋要求如下，見圖4，覆蓋范圍內(nèi)有效輻射功率場強(qiáng)應(yīng)在-99dBW/m～-35dBW/m之間。

圖4 支持I類精密進(jìn)近最小覆蓋要求

①側(cè)向：從LTP/FTP兩側(cè)140m開始，沿最后進(jìn)近路徑兩側(cè)±35°向外延伸到28km處，沿最后進(jìn)近路徑兩側(cè)±10°向外延伸到37km處的最后進(jìn)近航徑兩側(cè)；

②垂直：側(cè)向范圍內(nèi)，以GPIP為起點(diǎn)向上最大7°或1.75θ，向下到水平面以上的0.30θ-0.45θ，跑道入口高度之上30～3000m。

注：θ為下滑道傾角（GPA），通常為3度；當(dāng)GPA為3度時，37千米處高度最小值為585m。

根據(jù)《民用航空地基增強(qiáng)系統(tǒng)（GBAS）地面設(shè)備測試方法-I類精密進(jìn)近》（MH/T 4051-2018）的規(guī)定，GBAS飛行測試時，需要執(zhí)行以下檢查：①圓周飛行：測試飛機(jī)以FTP/LTP（著陸入口點(diǎn)）為圓心，高度1500m、3000m，半徑20海里，檢查VDB信號的覆蓋。②圓弧飛行：在進(jìn)近方向，進(jìn)行弧度飛行，以評估在所需水平區(qū)域內(nèi)的GBAS VDB信號覆蓋。具體包括：以FTP/LTP為圓心，距離15海里處，高度600m，進(jìn)行±35度的弧度飛行；以FTP/LTP為圓心，距離20海里處，高度600m，進(jìn)行±35度的弧度飛行。③水平飛行：分別以本場高度600m、900m、1200m，距入口20海里處沿跑道中心線飛行至跑道另一側(cè)2.5海里處結(jié)束。④進(jìn)近飛行：從距離跑道入口20海里處進(jìn)行進(jìn)近飛行，飛行至決斷高度60m處拉平。

根據(jù)以上原則，結(jié)合GBAS場地規(guī)范要求，GBAS VDB天線相對于所服務(wù)的跑道入口的水平距離不應(yīng)超過5.6km（即3海里），且需要滿足通視要求。按照咸陽國際機(jī)場GBAS推薦場址位置，需要在每條跑道架設(shè)一套、共計兩套VDB設(shè)備。

依據(jù)上述條件選定主站VDB天線和擴(kuò)展VDB的發(fā)射天線位置，分別位于咸陽機(jī)場西跑道南側(cè)下滑臺和東跑道北側(cè)2處發(fā)射天線與相近跑道通視無遮擋，用瑞譜電磁環(huán)境仿真分析及頻譜規(guī)劃管理軟件（WRAP）進(jìn)行模擬場強(qiáng)覆蓋仿真評估分析，配置仿真參數(shù)見表1。

表1 西安咸陽國際機(jī)場VDB覆蓋評估配置

經(jīng)研究VDB信號覆蓋評估的內(nèi)容可按以下開展：①大圓覆蓋：以GBAS推薦場址主站位置為圓心，高度1500m、3000m，半徑23NM，檢查VDB信號的覆蓋是否超過-99dBW/m。②圓弧覆蓋：以GBAS推薦場址主站位置為圓心，距離20NM處，高度600m，沿跑道±35度的弧度，檢查VDB信號的覆蓋是否超過-99dBW/m。③水平飛行及進(jìn)近路徑覆蓋：以本場高度600m、900m、1200m，距入口20NM處沿跑道中心線飛行至跑道另一側(cè)2.5海里處結(jié)束。用瑞譜電磁環(huán)境仿真分析及頻譜規(guī)劃管理軟件（WRAP）進(jìn)行模擬場強(qiáng)覆蓋仿真評估分析，選取112MHz頻點(diǎn)、10dBW發(fā)射頻率、高度3000m進(jìn)行大圓覆蓋分析，結(jié)果如圖5所示。

圖5 發(fā)射功率13dBW，3000m高度大圓覆蓋圖

圖中分別顯示了2個VDB發(fā)射天線場強(qiáng)大于-99dBW/m的區(qū)域，VDB信號場強(qiáng)大于-99dBW/m的覆蓋半徑超過51.46km（大于23NM），滿足覆蓋要求。

選取112MHz頻點(diǎn)、16dBW發(fā)射頻率、高度600m進(jìn)行圓弧覆蓋、水平飛行及進(jìn)近路徑覆蓋分析，結(jié)果如圖6所示。

圖6 發(fā)射功率13dBW，600m高度覆蓋圖

圖中分別顯示了2個VDB發(fā)射天線場強(qiáng)大于-99dBW/m的區(qū)域，在跑道05-23方向上，VDB信號場強(qiáng)大于-99dBW/m的覆蓋半徑超過37km（20NM），滿足覆蓋要求。

通過上述研究可知，在咸陽機(jī)場部署2套VDB發(fā)射天線，保證每條跑道至少有1套VDB發(fā)射天線與相近服務(wù)跑道為通視無遮擋，VDB發(fā)射信號滿足GBAS I類精密進(jìn)近信號覆蓋的要求。

4 結(jié)論及建議

由于GBAS設(shè)備基準(zhǔn)接收天線的布局對場地的開闊度有一定要求，而國內(nèi)機(jī)場布局相對緊湊，在星基導(dǎo)航設(shè)備逐漸落地推廣的大環(huán)境下，建議國內(nèi)機(jī)場后期規(guī)劃過程中仿照目前儀表著陸系統(tǒng)提前預(yù)留安裝位置。