浦東機場GBAS數據VPL周期性超限分析

吳悅

摘要

上海浦東國際機場（PVG）的霍尼韋爾SmartPath GBAS地面站正在進行為期八個月的穩定性測試，該試驗始于2017年9月在每次為期兩周的分析中發現從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VPL值超過10米（最大值10.499630米）。針對上述問題，首先對GBAS數據進行了分析，其中VPL值是用于確定GBAS系統性能是否滿足精密進近的完整性要求的重要參數。VPL的計算包含選擇性屏蔽影響和實時幾何篩選，在GBAS系統中要求VPL值必須小于10m。

【關鍵詞】上海浦東國際機場 GBAS 數據 VPL

1 前言

根據一架離GBAS中心6000米（最遠決斷高度點的近似距離）的飛機結合從GBAS收集到的RSMU數據，以每30秒采樣頻率，計算出不同時間段內的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）區間數據計算得出的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）區間數據計算得出的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）區間數據計算得出的VPL值，其中最大值為10.6075米。

2 浦東GBAS數據VPL周期性超限分析

監測有多少顆衛星被GBAS系統用于進行差分修正然后進行數據廣播的措施是反映系統可用性的通用指標。接收機至少需要接收到4顆衛星的信號才能使飛機繼續使用GPs差分校正來計算自身位置。圖4-圖6統計了上海浦東機場連續3個雙周時間內的可見星數目。

從圖4、圖5和圖6中的統計結果可以看出，在數據統計時間段內浦東機場GBAS系統用于差分修正廣播的衛星數目均大于6顆，最大衛星數目為13顆。

同時，依據離GBAS中心6000米處真實的VPL值超過垂直保護門限時間總和計算GBAS運行站的可用性。結果顯示，在2018年1月18號-2018年1月23號期間，GBAS運行站的可用性是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運行站的可用性是98.59%。

分析圖2和圖3結果可知，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，數據統計結果如下所示：

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

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

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

第四次VPL超限發生在：1月27號，03：34 UTC-03：56UTC;

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

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

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

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

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

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值周期性超限現象是否受PRN18衛星退役影響，對VPL值周期性超限時間段內浦東機場的DOP數據進行了進一步分析，計算浦東機場幾何精度因子如圖7、圖8所示。

分析圖7和圖8結果，表明由于PRN18衛星不可用，而導致衛星的幾何精度因子較大，從而造成了VPL值超限。

為了進一步驗證PRN 18衛星不可用對VPL值的影響，持續對VPL數據及GBAS運行站的可用性進行統計，結果如下：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衛星的繞軌道運行的周期為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運行站的可用性是99.98%。分析上述現象可得2018年2月21號開始VPL有較大改善。

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

進一步分析浦東機場上方當時的可見衛星狀態，由圖10、12和圖11、13所示可知，從2月21號開始，由于衛星星歷變化，G31號衛星在2月21號UTC時間2：00開始能夠在浦東機場被觀測到。通過分析當時浦東機場的DOP數據也能證明在G31號衛星被觀測到之后，浦東機場的DOP數據明顯改善了。

3 結語

通過連續六周的數據分析，表明18號衛星退役使浦東機場GBAS運行站的可用性降低，在一定時期內VPL超限。通過和Honeywell外方工程師交流獲悉，18號衛星退役在別的國家沒有造成這些影響，18號衛星在浦東機場占的權重比較大，帶來的影響比較明顯，18號衛星退役使得幾何構型不理想導致DOP值偏大，造成VPL周期性超限。目前分析存盤數據中，超限現象還在持續。要杜絕這個現象，需等發射新的衛星替代18號衛星位置才能使數據恢復。