天津濱海國際機場GBAS地面設備維護與分析

胡鳳亮

（中國民用航空華北地區空中交通管理局天津分局，天津 300300）

0 引言

全球導航衛星系統技術在航空領域中的應用已經得到了廣泛的認同。 國際民航組織（International Civil Aviation Organization，ICAO）一直在倡導采用GNSS 技術作為單一的導航手段來實現飛機所有飛行階段的導航。衛星導航地基增強系統（Ground Based Augmentation System，GBAS）是國際民航組織提出的航空系統組塊升級[1]（Aviation System Block Upgrades，ASBU）計劃中的核心導航技術之一。GBAS 技術通過應用差分增強和完好性監測技術，可以滿足民用航空精密進近著陸引導關于完好性、連續性和可用性的嚴格需求。 中電科西北集團有限公司研制的LGF-1A 型GBAS 設備于2018年5月完成了天津濱海機場的GBAS 地面設備安裝并開展現場測試。2019年12月20日，中電科西北集團有限公司該型GBAS 設備獲得中國民航頒發的臨時使用許可證書，是國內首個通過中國民航使用許可認證的衛星導航地基增強系統。2020年底，該系統通過了投產飛行校驗和竣工驗收，即將投入正式運行。

1 GBAS 地面設備組成及工作原理

GBAS 利用GNSS 播發的導航信號，經過一系列精密算法處理，為飛機進近提供更安全、更可靠、更精確的引導信息，從而引導飛機精確進場、著陸，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。

GBAS 地面設備的總體框架示意圖如圖1 所示。主要組成包括：4 臺基準接收機及其天線、數據處理機、監控設備、甚高頻（Very High Frequency，VHF）數據廣播（VHF Data Broadcast，VDB）（包括VDB 發射電臺、VDB 接收電臺）和地面站授時單元等。

VDB 接收、發射電臺和數據處理機一般采用雙冗余結構[2]。

GBAS 地面設備通過VDB 發射電臺向機載子系統提供差分修正、完好性參數和精密進近航路數據?？臻g部分為GBAS 地面設備和機載子系統提供GNSS 和SBAS 測距信號和軌道參數。機載子系統將GBAS 地面設備修正數據應用到GNSS 和SBAS測距信號中以獲取滿足精確度、完好性、連續性和可用性要求的定位結果[3]。使用航路數據和差分修正后的定位結果為支持終端區域和精密進近運行的航空器系統提供適當的導引。

2 GBAS 地面設備維護

根據中國民航《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，空管運行單位負責GBAS 設備的選址、建設和運行保障工作。

LGF-1A 型GBAS 設備運行維護包括日常維護、周維護、月維護、季度維護和年度維護[4]。各項維護內容如表1 所示。

表1 維護項目

LGF-1A 型GBAS 設備運行維護過程中，涉及到儀器/儀表測試操作的項目包括：VDB 輸出頻率測試、VDB 信號功率測試、VDB 天線駐波比測試和授時信號測試等四項測試內容。上述四項測試內容，涉及到GBAS 提供的VDB 信息是否滿足服務信息覆蓋要求，是GBAS 運行維護過程中關注的重點，本文將重點介紹上述四項的測試方法。

3 天津機場GBAS 定期維護

3.1 VDB 輸出頻率測試

VDB 射頻輸出頻率測試主要目的是確認VDB發射機工作頻率的準確性，要求射頻輸出頻率不超過設定頻率±2 PPM。測試所使用的儀器儀表工具及材料包括頻率計和同軸線纜。作為正常的定期維護的一部分，或者當VDB 發射電臺更換后，必須對RF 輸出頻率進行測量。RF 輸出頻率的測量在GBAS 地基增強系統測試模式下進行。首次安裝系統或更換設備后，需要在系統允許廣播之前執行該過程。在正常運行模式，如果沒有更換過射頻設備，并且系統已經正常運行，連接上VDB 的發射電臺，測試檢查每個射頻頻率可以作為常規檢查的一部分。VDB 射頻輸出頻率測試連接如圖2 所示。

VDB 射頻輸出頻率測試步驟為：

（1）在MCT 軟件中，單擊“設備面板”組件，點擊測試模式切換按鈕，進入測試模式；

（2）使用同軸線纜，兩端分別連接發射電臺備機前面板的“RF TEST”和頻率計射頻輸入接口；

（3）頻率計上電；

（4）按住發射電臺備機前面板“TEST”按鈕；

（5）讀取頻率計上顯示的頻率值，頻率值精確到千分位，進行記錄；

（6）步驟（1）～（5）操作完畢后，關閉頻率計，拆除連接發射電臺備機前面板的“RF TEST”和頻率計射頻輸入接口的同軸線纜；

（7）在MCT 軟件的“設備面板”組件界面，對發射電臺進行主備切換；

（8）重復步驟（2）～（6），對當前發射電臺備機進行頻率測試；

（9）測試完畢退出測試模式。

3.2 VDB 信號功率測試

VDB 信號功率測試的主要目的是確認VDB 發射機功率的準確性，其要求射頻輸出功率不超過設定±1 dB。測試所使用的儀器儀表工具及材料包括：脈沖式峰值功率計和假負載。射頻輸出功率測量需要作為正常定期維護的一部分，或當VDB 發射電臺或其它射頻設備已被更換，用峰值功率計按照以下過程進行測量。射頻輸出功率的測量應當將GBAS 設備設置在測試模式下進行。

在發射電臺備機上，VDB 信號功率測試步驟為：

（1）斷開設備電源；

（2）定向耦合器1 輸出端斷開電纜VDB-RFL2，連接功率輸入端；

（3）功率計的輸出端連接假負載；

（4）功率計上電；

（5）設備上電；

（6）在MCT 軟件中，單擊“設備面板”組件，點擊測試模式切換按鈕，進入測試模式；

（7）峰值功率計允許運行2～3 分鐘，獲得足夠的發射脈沖串進行平均測量；

（8）讀取平均功率值，該值必須在設定的功率電平1.0 dB 之內。如果測量結果不在范圍內，先檢查VDB 子系統；

（9）在MCT 軟件中，對“發射電臺進行主備切換”，重復（7）～（8）步驟；

（10）測試完畢退出測試模式；

（11）關閉設備，恢復定向耦合器1 和VDB發射天線之間的VDB-RFL2 線纜連接。

3.3 VDB 天線駐波比測試

測試所使用的儀器儀表工具及材料為功率計。

VDB 天線駐波比測試步驟為：

（1）關閉設備電源；

（2）在VDB 發射電臺與VDB 天線的電纜中串聯功率計探頭（正向功率100 W）；

（3）開啟設備電源；

（4）使用本地維護終端調整設備為測試模式；

（5）在運行的發射電臺，按住發射機前面板上的TEST MODE 按鈕，讀取駐波比數值，駐波比數值應＜2；

（6）測試完畢退出測試模式。

3.4 授時信號測試

測試所使用的儀器儀表工具及材料為示波器。授時信號實例如圖3 所示。授時信號測試步驟為：

（1）在MCT 軟件中，單擊“設備面板”組件，點擊測試模式切換按鈕，進入測試模式；

（2）連接示波器；

（3）示波器探頭的“+”連接授時轉發單元前面板調試口的“PPS+”，探頭“－”連接授時轉發單元前面板調試口的“PPS－”；

（4）使用示波器測量脈沖幅度、脈寬和周期，并記錄數值；

（5）確認脈沖幅度范圍為2～6 V；周期范圍1000 ms ±5 ms。

（6）將兩臺授時轉發單元的授時信號同時引入示波器，測量授時信號起始時間差，差值應小于0.1ms。

4 結論

天津濱海機場地基增強系統自2018年5月18日運行以來，完成了多次飛行校驗。連續運行期間，空管技術人員持續對設備進行檢測，完成了定期巡視、檢測和參數記錄等工作，確認了設備工作性能穩定，設備連續運行期間狀態正常。

通過實施定期維護，能夠及時有效地發現設備運行過程中潛在的故障風險，提高系統運行的安全性。GBAS設備作為民航空管導航新裝備，國內首次在天津濱海國際機場的安裝和長期運行，探索GBAS 設備運行維護操作模式，將對我國I 類GBAS系統應用提供重要的依據，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。