基于WAAS的PBN的實現及性能研究

摘 要：傳統的陸基系統導航模式由于對地面導航臺的過度依賴而阻礙了民航運輸發展。由此，區域導航（Area Navigation，簡稱RNAV）技術和所需性能導航技術應運而生。在文章中，將以全球導航衛星系統中的廣域增強系統作為導航源，主要針對導航精度性能，對PBN的實現進行論述。

關鍵詞：PBN；性能；WAAS

1 PBN

為了停止區域性的“RNAV/RNP”標準繼續繁殖，ICAO重新審核、定義了RNAV及RNP概念，PBN規范應運而生。

1.1 PBN的定義

ICAO對PBN的定義為對于運行在空中交通服務航路、儀表進近程序或制定空域的飛機基于性能要求的區域導航。其中，導航性能包括，精度、完好性、連續性、可用性、功能性。

1.2 PBN的三要素

PBN的三要素為：導航設施、道行規范和導航應用三個要素。其中，導航設施指實現導航服務的系統。

導航規范指在空域內為保證基于性能導航的運行，針對航空器和機組成員所制定的一整套要求，主要由RNAV和RNP規范組成。RNP與RNAV的最大區別是RNP具有機載性能監視和告警功能。此外，RNP還可以在RNAV基礎上縮小航路間隔，且具備圓弧轉彎能力，從而更優利用空域。

導航應用是指按照已定的空域概念，針對航路、程序以及指定的空域范圍，應用某導航規范和導航設施。RNAV應用應依照RNAV規范進行，RNP應用應依照RNP規范進行。

2 WAAS系統

WAAS系統屬于全球導航衛星系統（GNSS）的一種。

2.1 組成及工作過程

WAAS系統由主控站、地面參考站網絡、地面上行注入站、完好性通道（同步衛星），以及用戶接收機組成。WASS系統將大量參考站規劃在柵格節點上，從而達到服務區柵格化監管的目的。參考站、采集GPS衛星/WAAS衛星的雙頻偽距、星歷、對流層延遲等原始觀測數據，實時傳送到主控站。主控站對以上數據進行處理后生成衛星位置/鐘差等差分改正數、電離層分布柵格、以及完好性等級/告警數據等增強數據，通過上行注入站向靜地衛星發送，通過靜地衛星透明轉發器快速轉發給用戶接收機，用戶結合GPS和WAAS兩種導航數據就可以得到更高精度、更高安全性、可靠性的導航定位服務。

2.2 WAAS的精度計算

根據上文闡述，WAAS系統通過將大量參考站規劃在柵格節點上，從而達到服務區柵格化監管的目的。由于篇幅限制，文章在對精度計算時，只計算電離層誤差一項，而其他誤差則采用參考值參與計算。

2.2.1 GPS導航系統精度

GPS的導航系統精度主要由兩個因素決定：偽距測量精度以及幾何精度因子（GDOP值），即：

？滓G=？滓0×GDOP （1）

其中，σ0為偽距誤差均方差，在計算GPS定位精度時可用UERE代替。

UERE= （2）

GDOP是測量誤差到位置解算誤差的幾何放大因子。代表從測量誤差的標準偏差到解的放大量。在相同的觀測精度情況下，幾何精度因子GDOP值越小，定位精度越高；反之則越低。

2.2.2 WAAS電離層誤差網格校正算法

WAAS電離層誤差網格矯正算法的中心思想就是利用柵格監管的方式將復雜的電離層曲面分割細化，形成一種人為規定的球面網格。這種球面網格的中心與地心重合，半徑為地球半徑與電離層電子密度最大處的平均高度相加之和。

在假想的電離層球面上，利用了經線和緯線的定義實現了網格的劃分，即在北緯55°與南緯55°之間，網格點的間隔為5°，高緯度地區網格點的間隔為10°及15°。用戶通過網格內插法，利用地面監測網實時提供各網格點的垂直電離層延遲校正和網格點電離層垂直誤差值會的非常精確的電離層延遲校正和用戶差分距離誤差值。

3 基于WAAS的PBN的實現

由于篇幅所限，文章只討論基于WAAS的RNP的實現。

WAAS的導航系統精度仿真：以天津為例，假設飛機在天津地區進行精密進近著陸，利用WAAS系統電離層誤差網格校正算法進行精度仿真如下。

首先，假設有4個WAAS基準站位于華北地區。其具體分布列于表1。

以天津站穿透點位置為中心選取柵格節點，計算各基準站至柵格節點距離，如表2所示。

WAAS系統星歷誤差、衛星鐘差、對流層誤差采用經典值，不贅述。

根據UERE值計算公式（2），可得天津（117°E，39°N）UERE值為：7.2m（95%）。在文章中，只考慮GNSS系統水平導航系統誤差（NSE值）

？滓NSE=UERE×HDOP

4 結束語

飛行階段對GNSS導航系統精度的要求如表4所示。

根據表4所示，WAAS的水平導航精度可以滿足Ⅰ類精密進近的水平導航精度要求。

參考文獻

[1]楊洪海，張光明.中國民航PBN發展戰略及實施現狀[J].中國民用航空，2010，120：19-22.

作者簡介：張沁（1990-），女，漢族，北京市朝陽區，助理工程師，學歷：本科，研究方向：導航。