北斗多模衛(wèi)星導(dǎo)航原型樣機(jī)飛機(jī)搭載試驗(yàn)方法研究

黃震宇

【摘 要】本文對(duì)北斗多模衛(wèi)星導(dǎo)航原型樣機(jī)飛機(jī)搭載試驗(yàn)方法進(jìn)行了討論，詳細(xì)分析了相關(guān)的試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方法與試驗(yàn)判據(jù)等。

【關(guān)鍵詞】民用客機(jī);北斗導(dǎo)航系統(tǒng);導(dǎo)航多模接收機(jī)

中圖分類號(hào)： F426.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）21-0079-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.036

Beidou Prototype Multiple Module Receiver Onboard Test Method

HUANG Zhen-yu

（Comac test flight center， Shanghai 200000， China）

【Abstract】This article described the method to test Beidou prototype multiple module receiver on a certified aircraft board. Details were discussed about test condition， method and judgement.

【Key words】Commercial aircraft; Beidou navigation system; Multiple module receiver

1 試驗(yàn)對(duì)象

北斗多模衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)（以下簡稱“自研MMR1”）原型樣機(jī)主要由主機(jī)、天線和射頻電纜三部分組成，如圖1所示，天線與主機(jī)之間通過射頻電纜連接，設(shè)備主機(jī)通過數(shù)據(jù)總線電纜與顯示設(shè)備交聯(lián)。

自研MMR1的天線包含1個(gè)GLS天線和1個(gè)VHF電臺(tái)單元天線，ILS航向信息、VOR導(dǎo)航引導(dǎo)信息和VHF電臺(tái)單元共用一個(gè)天線，天線均安裝于飛機(jī)機(jī)身上。

主機(jī)由電源單元、GLS單元、ILS/VOR單元、VHF電臺(tái)單元、接口控制單元、接口單元和母板7部分組成，其中：

（a）電源單元用于為自研MMR1各部分供電;

（b）GLS單元用于接收并處理導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，完成單點(diǎn)PVT解算、差分定位、著陸引導(dǎo)信息計(jì)算，輸出單點(diǎn)PVT信息、GLS信息、模塊狀態(tài)等;

（c）ILS/VOR單元用于接收并處理ILS/VOR地面設(shè)備信息，生成并輸出ILS航向和下滑著陸引導(dǎo)信息、VOR導(dǎo)航引導(dǎo)信息等;

（d）VHF電臺(tái)單元主要用于接收VHF起降引導(dǎo)地面電臺(tái)發(fā)送的GLS差分增強(qiáng)信息、地面站信息、下滑航徑信息等并輸出給GLS單元;

（e）接口控制單元用于接收GLS單元和ILS/VOR單元的信息，控制并檢測主機(jī)其他模塊，按照數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議輸出單點(diǎn)PVT信息、GLS/ILS/VOR信息、整機(jī)狀態(tài)信息，接收并響應(yīng)PBN設(shè)備的下發(fā)指令等;

（f）接口單元用于完成與PBN設(shè)備的物理接口連接、天線的射頻電纜連接、天線射頻信號(hào)分發(fā)、整機(jī)電源輸入等;

（g）母板負(fù)責(zé)為其他模塊轉(zhuǎn)接電源，并完成各模塊之間的信息交聯(lián)。

北斗RNSS/RDSS衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)（以下簡稱“自研MMR2”）系統(tǒng)由主機(jī)、天線、控制上位機(jī)和軟件組成。主要功能包括具有BDS/GPS/GLONASS三系統(tǒng)聯(lián)合定位、測速、授時(shí)功能;具有北斗RDSS短報(bào)文通信功能;具有自主數(shù)據(jù)采集和外部數(shù)據(jù)采集功能。相關(guān)設(shè)計(jì)與組件與MMR1類似。

2 試驗(yàn)工作

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

測試和驗(yàn)證自研MMR1和自研MMR2的功能，并采集數(shù)據(jù)。

自研MMR1的功能包括：

（a）北斗/GPS接收機(jī)在被測飛機(jī)上的定位、測速和授時(shí)功能。接收和解析BDS B1，GPS L1信號(hào);

（b）接收和解析地基增強(qiáng)系統(tǒng)GBAS地面站甚高頻VDB數(shù)據(jù)。

自研MMR2的功能包括：

（a）北斗/GPS接收機(jī)在被測飛機(jī)上的定位、測速和授時(shí)功能。接收和解析BDS B1，GPS L1信號(hào);

（b）北斗RDSS（短報(bào)文）業(yè)務(wù)在民航飛機(jī)上的短報(bào)文通信功能。機(jī)載北斗設(shè)備與地面北斗設(shè)備雙向通信，位置報(bào)告及通過上位機(jī)軟件任意報(bào)文通信。位置報(bào)告在正常情況下，以1min的間隔進(jìn)行通信，在緊急情況下可以單獨(dú)發(fā)送緊急位置報(bào)告（即SOS），可以不受此通信間隔的限制。

2.2 試驗(yàn)條件

（a）構(gòu)型要求：要求飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)、航姿（慣導(dǎo)）、ILS、GPS工作正常，并具備RNAV能力。

（b）環(huán)境要求：對(duì)于試驗(yàn)空域及空中氣象條件，無要求;對(duì)于機(jī)場/跑道，要求RNAV相關(guān)設(shè)備可用，具有經(jīng)測試可正常工作的地基增強(qiáng)地面站和天線、VDB地面站和天線。

（c）前置條件：完成機(jī)場內(nèi)北斗地基增強(qiáng)地面站的加電開啟工作后，在機(jī)場內(nèi)完成跑車試驗(yàn)，驗(yàn)證低動(dòng)態(tài)環(huán)境下機(jī)載北斗多模衛(wèi)星導(dǎo)航原型樣機(jī)的基本功能和性能滿足要求。

（d）其他要求：要求在飛行試驗(yàn)開展前，應(yīng)進(jìn)行地面電磁兼容試驗(yàn)，機(jī)上各設(shè)備間應(yīng)無相互干擾。

2.3 試驗(yàn)方法

（a）飛行前地面驗(yàn)證

（1）將所有上機(jī)設(shè)備安裝在試驗(yàn)機(jī)上;

（2）完成機(jī)場內(nèi)的北斗GBAS地面站、北斗短報(bào)文地面站、RTK基站和所有上機(jī)設(shè)備的加電開啟工作;

（3）驗(yàn)證信號(hào)接收情況;

（4）核對(duì)FAS數(shù)據(jù)、機(jī)場數(shù)據(jù)等固定數(shù)據(jù)內(nèi)容是否一致;

（5）檢查機(jī)載多模式接收機(jī)是否工作正常。

（b）滑行驗(yàn)證（第一階段）

（1）沿跑道中心線進(jìn)行往返滑行測試，記錄MMR輸出的定位數(shù)據(jù)和RTK基準(zhǔn)數(shù)據(jù)等。驗(yàn)證地面站提供的機(jī)場數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，驗(yàn)證儀表輸出航向偏置。

（2）沿跑道中心線進(jìn)行S形滑行測試，記錄MMR輸出的定位數(shù)據(jù)和RTK基準(zhǔn)數(shù)據(jù)等，驗(yàn)證跑道場面的VDB信號(hào)覆蓋。

（c）滑行驗(yàn)證（第二階段）

（1）沿跑道中心線進(jìn)行往返滑行測試，發(fā)送北斗短報(bào)文信息。驗(yàn)證短報(bào)文地面站接收是否正確。

（d）大圓飛行（第一階段）

（1）以高度10000ft、半徑20海里進(jìn)行大圓飛行，記錄MMR輸出的定位數(shù)據(jù)和RTK基準(zhǔn)數(shù)據(jù)等，驗(yàn)證機(jī)場區(qū)域內(nèi)VDB空間信號(hào)覆蓋情況，查看是否存在干擾信號(hào)。

（2）以高度5000ft、半徑20海里進(jìn)行大圓飛行，記錄MMR輸出的定位數(shù)據(jù)和RTK基準(zhǔn)數(shù)據(jù)等，驗(yàn)證機(jī)場區(qū)域內(nèi)VDB空間信號(hào)覆蓋情況，查看是否存在干擾信號(hào)。

（e）大圓飛行（第二階段）

（1）以高度10000ft、半徑20海里進(jìn)行大圓飛行，以60秒間隔發(fā)送北斗短報(bào)文信息。并在一次大圓飛行中發(fā)送不少于3次“緊急定位”（SOS）信息。驗(yàn)證短報(bào)文地面站接收是否正確。

（f）弧度飛行

（1）以跑道為中心線，F(xiàn)TP/LTP為圓心、高度2000ft、半徑15和20海里、正負(fù)35度圓弧（不要求進(jìn)入方向）完成弧度飛行。

（2）記錄MMR輸出的定位數(shù)據(jù)和RTK基準(zhǔn)數(shù)據(jù)等。

（g）恒定高度飛行（第一階段）

（1）以高度2000ft、3000ft、4000ft，分別距入口10海里、15海里和20海里處沿跑道中心線飛行至跑道另一側(cè)2.5海里處結(jié)束完成恒定高度飛行;記錄MMR輸出的定位數(shù)據(jù)和RTK基準(zhǔn)數(shù)據(jù)等。

（h）恒定高度飛行（第二階段）

（1）以高度2000ft，距入口20海里初沿跑道中心線飛行至跑道另一側(cè)2.5海里處結(jié)束完成恒定高度飛行，以60秒間隔發(fā)送北斗短報(bào)文信息，并在一次恒定高度中發(fā)送不少于1次“緊急定位”（SOS）信息。

（i）進(jìn)近飛行

（1）按機(jī)場現(xiàn)有進(jìn)近程序進(jìn)行進(jìn)近飛行，飛行至決斷高度處拉平，銜接復(fù)飛程序。

（2）從距離跑道入口20海里處進(jìn)行連續(xù)進(jìn)近飛行，飛行至決斷高度處拉平，銜接復(fù)飛程序。

（3）記錄MMR輸出的定位數(shù)據(jù)和RTK基準(zhǔn)數(shù)據(jù)等。

2.4 試驗(yàn)判據(jù)

（a）MMR1、MMR2能夠接收、解析GPS L1和北斗B1信號(hào)并解算位置。

（b）MMR1能夠接收、解析GBAS地面站VDB數(shù)據(jù)。

（c）MMR1記錄的GNSS位置數(shù)據(jù)與飛機(jī)的GPS位置數(shù)據(jù)基本一致。

（d）未與其他系統(tǒng)產(chǎn)生相互干擾。

（e）北斗短報(bào)文通信成功率≥95%，緊急位置報(bào)告功能正常。

（f）試飛測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量應(yīng)符合1Hz采樣率在飛行時(shí)長下所產(chǎn)生的理論計(jì)算值，偏差不超過20%。

【參考文獻(xiàn)】

[1]CCAR-25-R4中國民用航空規(guī)章第25部運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S].出版地：中國，1985.12.31，2009年第四次修訂.

[2]DO-160D ? ? Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment.出版地：美國，2013.05.03.