天津濱海國際機場GBAS設備性能分析

張笑野

天津濱海國際機場GBAS設備性能分析

張笑野

（中國民用航空華北地區空中交通管理局天津分局，天津 300300）

地基增強系統（GBAS）是國際民航組織（ICAO）發展的新一代衛星導航著陸引導系統。GBAS通過地面差分修正、完好性監測等技術，提高衛星導航系統精度、完好性、連續性、可用性的“四性”指標，為飛機提供I類甚至更高等級精密進近著陸引導服務。簡要介紹了GBAS系統的系統組成、工作原理，重點分析了天津機場GBAS設備運行情況，從系統精度、完好性、連續性、可用性等方面入手，評估設備運行性能指標，為后續GBAS投入應用提供了技術基礎。

地基增強系統；驗證飛行；精密進近；完好性；連續性；可用性

0 引言

地基增強系統（Ground-Based Augmentation System，GBAS）是一種精確的區域性的導航系統，主要應用于飛機在機場的精確著陸。GBAS可以通過實時廣播差分修正信息來增強全球衛星導航系統（Global Navigation Satellite System，GNSS）的精度來滿足飛機精確著陸的要求。

GBAS是國際民航組織提出的航空系統組塊升級[1]（Aviation System Blocks Upgrade，ASBU）計劃中的核心導航技術之一，是一種全新的精密進近著陸引導方式。新系統可以支持飛機從跑道任意一端降落，并提供飛機包括并行進近、曲線進近等更多線路進港，緩解空域擁堵，提升機場吞吐能力，提高航班準點率。

通過建立遠場監測系統，開展GBAS長期運行性能分析，是保障GBAS運行安全的一個重要手段。通過評估，確認GBAS地面設備服務性能是否滿足衛星著陸系統（GBAS Landing System，GLS）運行要求。

1 GBAS組成及工作原理

GBAS系統是一種用戶接收機導航增強信息來自于地面發射機的衛星導航增強系統，包括地面設備和機載設備[2]。地面設備主要通過甚高頻（Very High Frequency，VHF）數據廣播（VHF Data Broadcast，VDB）向機載設備發送偽距修正、GBAS設備相關數據和最后進近航段（Final Approach Segment，FAS）數據等信息。

GBAS地面設備主要包括：4臺基準接收機及其配套天線、數據處理機、監控設備、VDB（包括VDB發射電臺、VDB接收電臺）、地面站授時單元等。VDB接收、發射電臺和數據處理機一般采用雙冗余結構[3]。典型的GBAS地面設備在機場布局如圖1所示。

圖1 GNSS地基增強系統示意圖

2 GBAS性能分析與評估

根據民航局發布的《衛星導航地基增強系統開放與運行管理實施細則（試行）》的規定，空管運行單位應建立GBAS設備遠端信號監測能力，用以確認GBAS信號的連續性和可用性。天津濱海國際機場安裝了中電科西北集團有限公司生產的DH-GEGBAS-LGF-1A型（以下簡稱LGF-1A型）GBAS設備，該型設備專門配置了位置域監測系統，實施監測和評估GBAS性能，并提供運行的關聯校準。

通過位置域監測系統，接收GBAS設備播發的GBAS電文信息，通過自身配備的GNSS用戶接收機，進行模擬機載處理，分析差分定位位置與實際真實位置之間的誤差，完成GBAS服務精度的 評估[4]。完好性可以從斯坦福圖中直觀看到，當測量值落在斯坦福圖中的危險誤導信息（Hazardous Misleading Information，HMI）區域中時就意味著一個完好性事件發生。可用性也可通過斯坦福圖得到，當測量值落在斯坦福圖的不可用區域時就意味著GBAS系統不可用。連續性比較復雜，只能通過事件統計得到，通常將一個VDB接收機連續3 s接收不到可用的差分修正量的情況定義為一個不連續事件。

3 天津濱海機場GBAS性能分析

2018年4月，天津濱海國際機場安裝了由中電科西北集團有限公司研制的LGF-1A型GBAS地面設備，于2018年5月18日正式開始現場持續運行測試，本文選擇2021年度天津GBAS運行數據，以天津濱海國際機場GBAS設備2021年1月14日至2021年1月27日期間的運行數據為典型樣例，分析天津濱海國際機場GBAS地面設備的運行性能。

3.1 定位精度

通常定位精度分析可采用位置域監測系統記錄的定位結果，與已知的精確位置進行比較。可將記錄的定位結果進行水平方向和垂直方向進行分解，然后與已知的精確水平位置、高度位置分別作差，得出水平位置誤差和垂直位置誤差。

提取天津濱海國際機場GBAS設備位置域監測系統記錄的數據，比較分析定位測量值與基準位置的差異，判斷誤差是否滿足95%情況下水平位置誤差不大于16 m、垂直位置誤差不大于4 m的要求。通常位置域監測系統以2次/s的速率輸出定位結果、水平保護級（Horizontal Protection Level，HPL）和垂直保護級（Vertical Protection Level，VPL），提取記錄的定位結果，并與已知的精確位置做比較，得出定位結果與精確位置的水平位置誤差（Horizontal Protection Error，HPE）和垂直位置誤差（Vertical Protection Error，VPE）。然后統計水平位置誤差、垂直位置誤差與相應的保護級之間的關系，以及定位誤差的分布概率，來判斷GBAS服務精度是否滿足指標的要求。

水平位置誤差與水平保護級結果如圖2所示。

垂直位置誤差與垂直保護級結果如圖3所示。

水平、垂直位置誤差概率分布圖如圖4及表1~表2所示。

圖2 水平位置誤差與水平保護級

圖3 垂直位置誤差與垂直保護級

圖4 水平、垂直位置誤差概率分布

表1 保護級統計（單位：m）

表2 定位誤差統計（單位：m）

2021年1月14日至2021年1月27日，95%情況下水平位置誤差值為0.869 m，垂直位置誤差為1.435 m，均滿足95%情況下水平位置誤差不大于16 m、垂直位置誤差不大于4 m的要求。

3.2 完好性和可用性

完整性事件的定義為：當GBAS的HMI引起飛機的位置誤差超過告警門限而沒有告警。如圖5及表3所示，在14日的運行過程中水平保護級有0個歷元超限，可用百分比為100%，垂直保護級有0個歷元超限，可用百分比為100%。通過分析，該運行時間階段中未出現定位精度超過門限，未出現HMI引起飛機的位置誤差超過保護級告警門限。

圖5 斯坦福圖

表3 完好性和可用性統計（單位：包）

3.3 電文連續性

系統連續性是指系統在沒有計劃外中斷的情況下能夠持續保持功能有效的指標，GBAS系統的連續性不小于1-8×10-6/15 s。2021年1月14日至2021年1月27日期間，天津濱海國際機場GBAS設備位置域監測系統記錄的VDB數據連續性統計如表4所示。

通過分析，該運行時間階段中未出現定位精度超過門限，未出現HMI引起飛機的位置誤差超過保護級告警門限，在運行分析報告期間內，沒有計劃外的中斷。

表4 主站VDB數據連續性（單位：包）

4 總結

從上述分析結果來看，GBAS設備連續穩定運行、定位準確性、服務可用性、服務完好性和服務連續性等各項指標均符合要求，GBAS設備提供的服務符合現行規范要求，滿足GLS的要求。

GNSS地基增強系統在天津濱海國際機場的安裝和長期運行，為開展基于GLS的開放運行，提供了有力的支撐條件，對提升我國空管設備自動化水平以及國產化水平有重要的意義。

[1] IB-TM-2015-002. 中國民航航空系統組塊升級（ASBU）發展與實施策略[EB/OL]. 信息通告：中國民用航空局空管行業管理辦公室，2015.

[2] DO-245A, Minimum Aviation System Performance Standards for The Local Area Augmentation System (LAAS)[S]. Washington D.C.: RTCA, 2004.

[3] MH/T 4045-2017. 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[S]. 北京：中國民用航空局，2017.

[4] DO-253C, Minimum Operational Performance Standards for GPS LAAS Airborne Equipment[S]. Washington D.C.: RTCA, 2000.

Performance Analysis of GBAS Equipment in Tianjin Binhai International Airport

ZHANG Xiaoye

Ground-Based Augmentation System (GBAS) is a new generation of satellite navigation landing guidance system developed by the International Civil Aviation Organization (ICAO).By means of ground differential correction, integrity monitoring and other technologies, GBAS improves the accuracy, integrity, continuity and availability of the satellite navigation system, and provides CAT I or higher level precision approach and landing guidance services for aircraft. The system composition and working principle of the GBAS is briefly introduced, and focuses on the analysis of the operation of Tianjin Airport GBAS equipment. It evaluates the operating performance index of the equipment from the aspects of system accuracy, integrity, continuity and availability, which provides a technical basis for the subsequent application of GBAS.

Ground-Based Augmentation System; Verify Flight; Precision Approach; Integrity; Continuity; Availability

TN967.1

A

1674-7976-(2021)-06-405-05

2021-05-31。

張笑野（1970.04—），吉林榆樹人，高級工程師，主要研究方向為通信導航監視。