淺談衛星導航系統在民用航空領域的發展與應用

張霽陽

【摘 要】我國民航導航方式主要依賴地面導航基站，由全向信標設備和測距儀設備組成。該設備依賴于進口，其造價成本極高。我國民航航路其長度達幾千公里，每300公里需要一個導航臺站，每個臺站都必須配備兩套導航設備，衛星導航系統在民用航空領域方面的應用在全球有著很大的市場，對經濟甚至世界文明的發展有著非常大的意義。

【關鍵詞】民航；衛星導航；應用

一、引言

航空應用的特殊性對衛星導航系統性能具有嚴格的要求，現有的GPS系統自身并不足以滿足航空應用的需求，必須進行多種增強技術的支持才能實現基于GPS的航空導航應用服務。

二、民用航空對衛星導航系統的要求

航空應用與一般的衛星導航應用不同，它要求衛星導航系統必須提供連續的高性能服務，以保障航行安全。對于衛星導航系統而言，航空應用對衛星導航系統的要求主要集中在精度、完好性、連續性和可用性等四個方面。

（1）精度是描述衛星導航系統用戶估計的位置、時間信息與真實值之間重合度的度量，一般用95%的置信度水平給出。

（2）完好性是對系統提供正確信息的可信度的度量，衛星導航系統的完好性還要求系統在不能滿足特定應用需求時應具有向用戶及時報警的能力。

（3）連續性是指整個系統在將要執行的操作的持續期間內完成其功能而不發生意外中斷的能力，即衛星導航系統滿足精度和完好性要求條件下，在特定飛行操作階段中能夠保持導航精度和完好性的概率。

（4）可用性是指系統服務可以使用的時間百分比，即衛星導航系統的導航和差錯檢測功能正常運行，且同時滿足精度、完好性和連續性要求的概率。

在飛機上GPS必須和其他導航設備結合使用，比如慣性導航導，陸基無線電導航設備。在陸地上空的航路一般使用陸基導航設備，如全向信標/測距儀設備。在大洋上空飛行時，一般距離比較遠，則會把慣導和GPS組合使用。通用航空公司的飛機不僅裝有GPS，和地圖相結合在一起使用，還會加裝一些其他輔助設施，比如陸基無線電導航設備。GPS在民用航空領域的應用之所以只作輔助導航方式，為了使GPS能夠更好地提供導航服務，提高精度，保證飛行安全，就必須采用必要的增強措施，即使GPS采用了匹配接收和擴頻技術。GBAS，一種基于地面設備的增強設施系統，簡稱路基增強系統，一般在機場區域比較常見。LAAS，是一種非常穩定，適用的路基增強系統，其它的各項技術指標已經相當成熟，一般在終端區的航空器進近程序中用得比較多。但中國內地暫時還沒有應用，在美國的大小型機場比較常見。

三、衛星導航系統在民用航空的應用

我國是世界上第二大航空應用國，盡管目前我國的機場數量只有一百多個，遠少于美國上萬個機場的規模，但我國的航空應用發展是快速的，僅在“十二五”期間，我國就規劃新建機場上百個。同時，隨著我國經濟的發展，私人擁有飛機已逐漸成為可能，相應的航空導航應用市場也將逐步發展擴大。

北斗衛星導航系統一共由35顆衛星組成，其中5顆是靜止軌道衛星，其中30顆為非靜止軌道衛星。其有兩大特性，一是開放性，即為全球用戶提供高精度的，免費的導航服務，可以與世界各國進行交流，互相探討技術經驗，共同促進衛星導航事業的發展；二是自主性，為我國自主建設和運行的衛星系統，打破了國外壟斷，不受任何政治和軍事條件的局限，可以為民航導航提供可靠的服務。它由地面段、空間段和用戶段三個部分組成，可以在任何時刻在全球范圍內提供可靠，高精度的定位服務。它的定位精度誤差為十米，測速精度為每秒0.2米。

目前全球范圍內可用的衛星導航系統只有GPS，但是GPS穩定性、完善性的不足，在航空領域的應用只能做輔助導航，對于我們這種政治環境來說只能利用不可依靠，作為獨立導航系統或者主用系統必須謹慎小心。航路上GPS的精度以及足夠了，可以放心使用。我們應該加大對Galileo衛星導航設備的開發和應用。航空導航陸基系統已應用了幾十年，到如今2016年為止，星基導航系統還沒有完全成熟，其還應繼續發揮主要的導航作用。VOR、DME、ILS仍是主要的民用航空導航系統，GPS只可以起輔助作用，雙系統冗余對航空安全是必要的。ILS是著陸系統中最成熟的系統，幾乎所有機場都在使用，并且作為主用儀表著陸系統。MLS有著其特有的優點，被各國軍方廣泛使用，美軍在阿富汗戰爭中就使用了移動式的MLS。歐洲的英、法、荷蘭也在擴大MLS的部署。有人說MLS悄無聲息地回來了。LAAS是陸基增強系統，因其性能優良而推廣。基于GPS/Galileo的LAAS、WAAS將成為飛行器進近程序中垂直引導的基礎。

【參考文獻】

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