波音機隊ADS-B 和SBAS 改裝方案工程管理策略研究

■ 楊亮 孫遠飛 成功 李支罡/ 中國國際航空股份有限公司機務工程部 北京飛機維修工程有限公司

0 引言

《民用航空ADS-B實施規劃》（2015年第一次修訂）指出，廣播式自動相關監視（ADS-B）是國際民航組織確定的未來主要監視技術。ADS-B 技術將衛星導航、通信技術、機載設備以及地面設備等先進技術相結合，提供了更加安全、高效的空中交通監視手段，能有效提高管制員和飛行員的運行態勢感知能力，提升航空公司運行控制能力，擴大監視覆蓋范圍，提高空中交通安全水平、空域容量與運行效率。

1 中美民航規章要求

中國民航局明傳電報[2017]3685 號對ADS-B 機載設備改裝工作做出要求，具體為：2019 年7 月1 日前，安裝滿足DO-260 標準或后續版本并經相關適航批準的S 模式應答機，并安裝具備SA ON 或SA AWARE 功能，或安裝通過星基增強系統（SBAS）增強GNSS 信號并經相關適航批準的衛星定位信號接收設備；2022 年12 月31 日前，安裝滿足DO-260B 標準并經相關適航批準的S 模式應答機，并安裝具備SA AWARE 功能，或安裝通過SBAS 增強GNSS 信號并經相關適航批準的衛星定位信號接收設備。

美國聯邦航空局FAA 91 部225 條和227 條針對ADS-B 軟硬件，要求2020 年1 月1 日起在美國空域上飛行的飛機的S 模式應答機需滿足DO-260B標準，并安裝具備SA AWARE 功能或SBAS GNSS 信號的衛星定位信號接收機。FAA 要 求，2020 年1 月1 日 起，安裝SA ON 功能的飛機必須執行放行前性能檢查；2020 年1 月1 日至2024 年12 月31 日，安裝SA AWARE 功能的飛機可以獲得臨時豁免放行前性能檢查，申請豁免的截止日期為2018年8月1日；2025 年1 月1 日 起，SA AWARE 飛 機要執行放行前性能檢查，安裝SBAS的飛機可以永久性豁免放行前性能檢查。另外，針對導航要求，應100%沿著計劃軌跡工作正常，且GNSS 位置源NIC 完整性精度小于0.2NM 偏差，設備NAC 實際精度小于0.05NM 偏差。

2 ADS-B 系統

2.1 ADS-B 簡介

廣播式自動相關監視（ADS-B）是利用空地、空空數據通信完成交通監視和飛行信息傳遞的一種監視技術。監視數據可來自不同的機載數據源，如水平位置、氣壓高度、ATC 應答機控制面板等。機載ADS-B 應用功能可分為發送（OUT）和接收（IN）兩類。

2.2 ADS-B 系統組成

ADS-B 系統由機載航空電子設備和地面基礎設施組成（見圖1）。

圖1 ADS-B系統工作原理簡圖

1）機載設備，包括：ATC 應答機、TCAS 計算機、MMR 多模式接收機。

2）地面設施，包括：ADS-B 地面站、ADS-B 信息、ADS-B 數據應用系統。

2.3 ADS-B 工作原理

機載電子設備通常采用全球導航衛星系統（GNSS）確定航空器的位置，并將飛機的位置信息以及其他相關信息發送給地面站供ATC 使用，并發送給裝有ADS-B 設備的飛機和其他航空服務提供商。機載ADS-B 通信設備廣播式發出從機載信息處理單元收集到的導航信息，接收其他飛機和地面的廣播信息后經過處理送給機艙綜合信息顯示器。機艙綜合信息顯示器收集其他飛機和地面的ADS-B 信息、機載雷達信息、導航信息后給飛行員提供飛機周圍的態勢信息和附加信息（如沖突告警信息、避碰策略、氣象信息等）。

2.4 ADS-B 的優勢

廣播式自動相關監視（ADS-B）系統作為新型航空監視技術，可及時為飛行員及空管人員提供航空器的位置和其他環境信息，是保障飛行安全、提高運行效率的重要技術手段。與傳統雷達監視技術相比，ADS-B 監視精度高，誤差小，覆蓋范圍廣，信息量大，數據更新快，建設及使用成本低；可使飛機與飛機之間保持能見，有效管控飛行運行風險；不僅能有效解決地形復雜、洋區及邊遠地區雷達無法覆蓋的問題，還能進一步提高大型繁忙機場的運行效率，具有廣泛的應用前景。

3 SBAS 系統

3.1 SBAS 簡介

SBAS 即星基增強系統，該系統綜合使用各種不同增強效果的導航增強技術，輔助配合GNSS 的使用，能進一步提升GNSS 的定位精度等導航性能，滿足不同區域不同領域特殊的定位服務需求，最終實現增強衛星導航服務性能的目的。

3.2 SBAS 系統組成

星基增強系統由空間星座、地面控制站及運行維護站和用戶（機載設備）組成。

1）空間星座，包括：地球靜止軌道GNSS 衛星、GEO 衛星。

2）地面設施，包括：中央處理設施、差分校正和檢測站、上行注入站。

3）機載設備，包括：MMR（具備更高精度導航定位性能的接收機）。

3.3 SBAS 系統的工作原理

如圖2 所示，星座部分發送GNSS導航信息，這些信號被SBAS 地面差分站（位置已知）接收并解算，獲得原始定位數據（偽距、衛星播發的相位等），送至中央處理設施（地面控制站），后者通過計算得到各衛星的定位修正信息，通過上行注入站發給GEO 衛星。用戶（機載設備）同時接收GNSS 和GEO 信號，通過差分解算消除區域導航誤差，獲得更高精度的導航定位。

圖2 SBAS系統工作原理簡圖

3.4 SBAS 的優勢

SBAS 系統能為民用航空提供費用更低、可用性更高的導航功能。該系統通過減少通信和雷達導引，降低了空管人員的工作負擔，并且能提供精密進場與著陸服務；通過減小飛行時間和距離，可以節省燃料，降低飛行階段的運行成本。

4 ADS-B 改裝分析

應答機與TCAS 計算機相互交聯，配合使用以實現空中防撞功能。由于不同設備供應商的應答機與TCAS 計算機混裝，如未來任一供應商的設備升級，將存在不兼容風險。另外，少量老舊構型的多模式接收機還涉及升級取證難題。

4.1 TCAS 計算機與ATC 應答機不兼容風險

依據《中國民用航空ADS-B 實施規劃》及未來技術發展方向，2025 年底在部分區域實現ADS-B IN 初始運行。

基于國航波音737NG 機隊現裝機TCAS 計算機全部為H 公司設備，應答機選擇后的兼容性存在以下幾種可能：

1）選用H 公司的應答機不存在不兼容性問題。

2）選用T 公司的應答機

● 能與H 公司的TCAS 計算機兼容（無需更換新的設備）；

● 不能與H 公司的TCAS 計算機兼容（TCAS 計算機需更換為T 公司設備或應答機更換為H 公司設備）。

3）選用C 公司的應答機

● 能與H 公司的TCAS 計算機兼容（無需更換新的設備）；

● 不能與H 公司的TCAS 計算機兼容（TCAS 計算機需更換為C 公司設備或應答機更換為H 公司設備）。

4.2 不兼容風險分析

若進行應答機與TCAS 計算機混裝，ADS-B 功能增加IN 應用的擴展后，以下幾個方面需要引起航司關注。

1）設備供應商方面

若機載設備進行混裝，設備供應商不能完全保證不出現不兼容問題。如果實際運營中出現不兼容，機載設備雙方要考慮能否有效協調并切實有效解決兼容性問題。

2）飛機制造商（OEM）方面

ADS-B 改裝方案由OEM 提供，在完成設備的裝機取證之前，OEM 無法明確不兼容解決方案。同時，OEM 提供解決方案的時限、實際備件的數量均不可控。

3）ADS-B IN 要求

依據《中國民用航空ADS-B 實施規劃》，2025 年底部分區域實現ADS-B IN 初始運行，從初始運行到強制運行之間有一個過渡期，無法預測能否在過渡期結束之前解決上述可能的不兼容問題。

4.3 現有MMR 構型差異

1）機隊構型

國航波音737NG 機隊存在兩種MMR 構型（構型一：C 公司GLU-920型，件號822-1152-002；構型二：C 公司GLU-925 型， 件 號822-1821-001/-002）。

2）改裝可行性

向OEM 要求提供改裝方案，OEM反饋GLU-925 型MMR 已有首批用戶完成改裝并獲得FAA 批準，而GLU-920型MMR 為老舊產品，全球無啟動用戶執行改裝升級。

3）額外的改裝費用

若將GLU-920 型MMR 升級（實現SA AWARE 功能）并繼續保持裝機完成改裝取證，需要進行驗證試飛，將涉及改裝取證方案費用高（約150 萬美元）并導致改裝方案交付周期延長。

4）合適的可行方案

將現裝機的GLU-920 型MMR 升級到GLU-925 型（具備SA AWARE 功能），既滿足ADS-B 改裝升級要求，也節省了取證驗證、驗證試飛費用。該方案只需購買構型差異性改裝方案（約12萬美元），但需航司自行解決GLU-925型MMR（已停產）裝機備件問題。

5 SBAS 改裝分析

按照FAA 91 部225 條和227 條要求，“2025 年1 月1 日后，運行美國的航空器需安裝星基增強系統SBAS，否則需要使用SAPT 工具在飛行前進行RAIM 預測”。

5.1 RAIM 預測

1）RAIM 預測簡介

RAIM 即接收機自主完整性監測，是利用GPS 衛星定位系統對預定飛行航路進行導航精度和導航完整性的GPS 服務可用性的預測。

2）RAIM 預測方法

方法一：運營人使用自己的飛行前可用性驗證工具。該工具需要考慮預測時正在服務的GPS 衛星，可能還需考慮飛機GNSS 接收機、飛機設備集成或安裝的獨特性，工具性能方面需滿足FAA標準要求。

方法二：運營人使用第三方軟件界面，在不改變性能值的前提下，預測飛機預計的飛行航路和時間范圍內的導航精度和導航完整性，需滿足FAA 標準要求。

方法三：運營人使用服務可用性預測工具（SAPT）。這是FAA 提供的飛行前可用性預測工具。

3）RAIM 預測可行性評估

RAIM 預測由航司運行控制部門在飛機派遣前完成。經運行控制部門市場調研，這類預測工具在國內尚屬空白，在預測工具的開發周期、工具的收費規則以及能否滿足FAA 要求等方面皆存在不確定性。上文所述方法一和方法二均不可行，嘗試方法三使用FAA 提供的SAPT 工具進行模擬測試，多次發現在北美航路中存在紅色風險提示，若用于實際航班運營勢必給公司飛行計劃造成嚴重影響。

RAIM 預測是對航班運行未來72h內的航路預測，受時效性的限制，存在航班運行前因預測數據變化造成航班延誤的風險。若飛北美的國際航班因RAIM 預測而頻繁延誤將導致服務品質降低。顯然，RAIM 預測方案不適用于執行北美航班的航司，而通過飛機改裝的方式實現SBAS 功能將永久豁免放行前性能檢查。同時，SBAS 功能是SA AWARE 功能的升級，導航精度更準確，有利于確保飛行安全。

經綜合評估，對航司執行北美航班的寬體機隊進行改裝升級SBAS 功能，放行前無需性能檢查，從而規避了RAIM 預測不確定因素帶來的潛在風險。

5.2 SBAS 改裝與ADS-B 改裝的關系

根據4.3 中第4 條所述，對于裝有GLU-920 型MMR 的波音737NG 飛機，若保留現有裝機MMR 執行ADS-B 改裝，將涉及全球首次GLU-920 型MMR裝機取證，取證費約150 萬美元；若改用GLU-925 型MMR 進行ADS-B 改裝，可以節省高昂的取證費和試飛驗證涉及的相關費用。

基于國航波音777-300 機隊現裝有GLU-925 型MMR，為 保 證2025 年 飛北美航班滿足FAA 要求，對MMR 設備進行升級改裝，使其具備星基定位的SBAS 導航能力，可以有效規避RAIM預測導致的航班延誤風險。目前，具備SBAS 功能的設備有C 公司的GLU-2100 型MMR 和H 公司的IMMR。同時，SBAS 改裝已獲得波音公司裝機批準。

由此，將波音777-300 機隊替換下的GLU-925 型MMR 用于波音737NG機隊的ADS-B 改裝，兼顧了公司機隊的整體改裝需求，完成了機隊導航性能的整體升級，同時，對拆下的機載設備的有效利用節約了改裝成本。

6 改裝方案

6.1 ADS-B 改裝方案

1）改裝方案選擇

波音公司作為OEM 可為航司提供改裝方案。該改裝方案為航空公司的主動改裝類，OEM 將收取方案費。通常OEM 提供改裝方案有SFE 方式和BFE方式。SFE 方案中，OEM 提供全套服務，包括改裝方案（SB）、器材包、設備；BFE 方案中，OEM 僅提供改裝方案（SB）及器材包，設備由航空公司自行采購。

由于存在OEM 僅提供BFE 方案的情況，需要航空公司自行采購設備，為了節約采購成本，應對比SFE 方案與BFE 方案，選擇最優方案。

2）設備選擇

應答機設備應滿足的技術要求有：滿足RTCA DO-260B 標準并獲得B737NG 裝機批準文件；可靠性數據30000 飛行小時以上；5 年內提供免費升級和功能擴展，并提供免費備件支持；與現有相關機載設備的軟/硬件兼容，如果后續TCAS 計算機軟硬件升級導致與應答機不兼容，應提供合理的解決方案（如免費的設備升級）；索賠期限3年及以上。

多模式接收機MMR 設備應滿足的要求有：設備進行升級，滿足SA AWARE 功能，或安裝通過SBAS 增強GNSS 信號并經相關適航批準的衛星定位信號接收設備。

3）改裝實施

航司向飛機OEM 采購改裝方案（SB），向符合條件的設備供應商采購應答機設備和升級MMR 設備。結合飛機定檢停場，由維修單位或有合作關系的MRO 完成機上改裝施工，并完成設備激活。

6.2 SBAS 改裝方案

1）改裝方案選擇

SBAS 改裝方案的選擇與ADS-B 改裝方案類似，波音公司作為OEM 可為航司提供改裝方案，OEM 將收取方案費。應對比SFE 方案與BFE 方案，選擇最優方案。

2）設備選擇

MMR 設備應滿足的技術要求有：滿足FAA 要求具備SBAS 功能并獲得OEM 裝機批準文件；可靠性數據MTBUR 為18000 飛行小時以上；5 年內提供免費升級和功能擴展，并提供免費備件支持；支持多星多頻的導航能力（包含北斗），說明通過軟件或硬件實現升級；索賠期限3 年及以上。

3）改裝實施

航司向飛機OEM 采購改裝方案（SB），向符合條件的設備供應商采購應答機設備和升級MMR 設備。結合飛機定檢停場，由維修單位或有合作關系的MRO 完成機上改裝施工，并完成設備激活。

7 結束語

每制定一項改裝方案都是工程管理的一個新課題，需要不斷探索。本文根據航司機隊的改裝需求，深入調研機隊構型，綜合評估各項策略給航司帶來效益和影響，進行優劣比較，探討合理制定滿足局方政策要求的最佳改裝方案，為國內需要執行ADS-B 改裝、SBAS 改裝的航司提供關于改裝方案選擇的參考。