關于浦東國際機場GBAS地面設備功能測試分析

楊立釩

（民航華東空管局設備維修中心 上海市 200335）

根據中國民航PBN 實施線路規劃，到2016年計劃引入GNSS及其陸基增強設備的著陸能力(如GLS)，向高性能進近和著陸過渡[1]。地基增強系統（GBAS）是一種星基導航技術，在通過差分定位提高衛星導航精度的基礎上，增加了一系列完好性監視算法，提高系統完好性、可用性、連續性指標，使機場覆蓋空域范圍內配置相應機載設備的飛機獲得到達 I 類精密進近（CAT I）甚至更高級別的精密進近、著陸引導服務。與傳統陸基著陸系統相比， GNSS 地基增強系統具有更小的敏感區要求，支持更復雜的終端區操作，一套地面系統可以支持多條跑道多個方向的進近引導能力，有效降低機場建設及維護成本。

2015年中國民航引入美國霍尼韋爾公司SLS-4000 型GBAS 設備安裝于上海浦東國際機場，作為航行新技術的應用GBAS 在投入使用之前，必須對其系統精度和設備性能進行測試和驗證。與傳統陸基著陸系統不同，由于衛星位置隨著時間而變化，使得GBAS 的精度評估需要在地面完成[2]，以便為下一步GBAS 的推廣普及、適航審定及成本效益分析與評估提供可參考的技術支撐。

1 GBAS系統簡介

GBAS 系統由衛星子系統、地面子系統、機載子系統三個部分組成。對于GBAS 系統而言，衛星子系統就是GNSS 空間段。衛星子系統可以為機載子系統和地面子系統提供測距信號。

GBAS 地面子系統是指GBAS 地面設備，該設備為每顆可視衛星生成地面監測的差分修正值和完好性相關信息，以及根據存儲在本地導航數據庫的航跡點數據定義的FAS、MA 和TAP 數據[3]。VDB 發射機向整個GBAS 服務容量內裝載GBAS 機載子系統的飛機發送上述數據。因此，GBAS 系統能夠向服務容量內所有的飛機同時提供服務。GBAS 系統架構如圖1 所示。

GBAS 機載子系統把地面設備生成的差分修正值應用于GNSS測距信號，從而獲得經過差分修正的位置解。除了VDB 廣播的完好性信息之外，機載子系統還采用RAIM 監測[4]方式在機載端對偽距進行故障檢測。由VDB 播發的更高精度的位置解和位置數據被用于計算相對于FAS、TAP 或其他支持的儀表程序的側向引導和垂直引導，并以“類儀表著陸系統”方式提供給飛機顯示和導航系統。

2 GBAS地面功能測試分析

根據中國民航《民用航空地基增強系統(GBAS)地面設備技術要求—I 類精密進近》和國際民航組織（International Civil AviationOrganization, ICAO）的要求，進行GBAS地面功能測試分析。

2.1 偽距域精度（GAD評估）

GBAS 地面子系統的偽距精度性能通過地面精度指示器（Ground Accuracy Designator，GAD）標尺和安裝的參考接收機的數量來分類。偽距修正精度分為碼減載波（Code Minus Carrier，CMC）和B 值兩種評估方法。

圖1：GBAS 系統架構

圖2：地面偽距測量均方根誤差監測值

圖3：水平誤差統計

圖4：垂直誤差統計

CMC[2]方法提供偽距上由于接收機熱噪聲和多路徑帶來的碼相位誤差的直觀觀察。CMC 分析需要雙頻接收機和天線或者單獨的電離延遲參數的單獨估計。

圖5：Sigma 事件監測值統計

B-值分析基于來自VDB 廣播參數集的誤差評估，只需單頻觀測量，能夠代表來自特定的參考接收機在廣播平均偽距修正的偽距誤差的分布。

上海浦東國際機場利用基于B 值的GAD 評估方法，根據GBAS 報文數據，計算載波平滑偽距的標準差；然后使用所述載波平滑偽距的標準差，確定所述GBAS 地面系統的精度等級。

利用上海浦東國際機場連續接收一周的VDB 信號數據，對GBAS 地面設備廣播的類型1 電文中的每一部基準接收機的B 值和相關的星歷信息，統計分析基準接收機的修正偽距誤差。

圖2 結果表明，四個地面參考接收機（RR）的地面偽距測量均方根誤差均小于廣播的GAD 曲線，并且每部RR 的B 值的零均值都小于0.05 米，滿足測試要求。

2.2 定位域精度測試

測量區域定位精度需要定在無多路徑干擾的環境下，使用一個獨立于GBAS 地面子系統的接收機，每200s 采樣一次收集一定時間段內的數據進行水平誤差和垂直誤差分析。

在上海浦東國際機場精確勘測一個位置點，并把GBAS 監測系統的GPS 接收天線安裝在精確勘測點位置，持續采集超過24 小時的數據用于測試分析。

圖3 結果表明，觀測區間內HPL 值始終小于I 類進近完好性限值（即40m）。圖4 結果表明，VPL 值始終小于I 類進近完好性限值（即10m）。所以HPL 和VPL 能同時滿足I 類進近的完好性要求。且用戶定位水平位置誤差小于16m，垂直位置誤差小于4m，誤差值均在規范要求之內。

2.3 連續性測試

本文提供I 類精密進近服務的GBAS 設備連續性測試。該測試項結合GBAS 設備可靠性測試周期，進行8 個月GBAS 設備的運行狀態及VBD 輸出數據記錄，并進行系統連續性指標分析。通過GBAS 設備數據記錄功能，以14 天為一個記錄周期對上海浦東國際機場GBAS 設備數據進行連續的數據記錄（14 天為系統設計數據保存周期）。

經測試，統計得系統連續性不低于1-8.0×10-6/15sec，符合技術規范要求，通過分析具體數據可知系統連續性達99.98%。

2.4 地面偽距不確定性測試

本項測試通過GBAS 設備數據記錄功能，持續記錄14 天上海浦東國際機場GBAS 設備廣播的VDB 數據類型1 電文，分析類型1 電文中DCP 產生的Sigma 監測數據；分析記錄的數據，繪制每部參考接收機的不同Sigma 事件的分布情況；將結果與廠家設定的設備性能基線值進行比較，判斷實際設備是否能夠達到標稱性能。

圖5 結果表明，將Sigma 事件監測數據與廠家設定的設備性能基線值進行比較，可以判斷實際設備可以達到標稱性能。

2.5 數據內容測試

GBAS 設備地面功能測試的數據內容主要包括VDB 消息的類型1、類型2 和類型4 電文[5]。

通過GBAS 設備數據記錄功能，采集上海浦東國際機場GBAS設備的雙通道VDB 廣播數據，并解析類型1、類型2 電文的各項字段參數與GBAS 發射的數據對比。解析結果表明，類型1、類型2 電文的各項字段，滿足文件8071 表格II-4-3 檢測類型1 和2 電文的參數。

對于類型4 電文的測試，在GBAS 設備中改變進近路徑，檢查接收到的類型4 電文的相關字段數據是否與改變后期望進近路徑一致。數據解析結果表明，GBAS 設備中改變進近路徑，類型4 電文的相關字段數據與改變后期望進近路徑保持一致，且類型4 電文的各項字段，滿足文件8071 表格II-4-3 檢測類型4 電文的參數。

3 結論

本文通過分析GBAS 地面功能測試相關參數的測試方法，重點介紹了GBAS 作為I 類精密進近引導時所必須滿足的五方面功能需求，并利用上海浦東國際機場GBAS 設備實際接收數據進行了測試驗證。測試驗證結果表明，上海浦東國際機場試運行的SLS-4000型GBAS 設備滿足中國民航《民用航空地基增強系統(GBAS)地面設備技術要求—I 類精密進近》和ICAO 規定的最低地面測試要求。對于GBAS 正式在我國投入運營不僅限于本文所涉及的五方面功能測試，仍需要更多方面、更全面的測試和驗證。通過本文提供的上海國際機場GBAS 地面功能測試分析，能夠進一步為GBAS 在我國民用機場的推廣和應用提供寶貴的經驗。