GBAS进近服务技术演进.pdf
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1、2024年4月第2 期现代导航79GBAS进近服务技术演进程松(中电科星河北斗技术(西安)有限公司,西安7 10 0 6 8)摘要:概括介绍了GBAS进近服务类型及技术,总结了基于单频实现I类、II/II类精密精进的GBAS进近服务类型GASTC和GASTD的要点、国际标准现状和应用实施情况,详细介绍了SESARDFMCGBAS概念框架下GASTF的技术要点,并重点分析和介绍了播发原始观测量的技术体制下实现DFMCGBAS的解决方案,包括算法处理流程、回退模式、电文和数据链路容量,为兼容北斗的DFMCGBAS的技术发展提供参考。关键词:双频多星座;GASTF;G BA S中图分类号:TN967
2、.1文献标志码:A文章编号:16 7 4-7 9 7 6-(2 0 2 4)-0 2-0 7 9-0 6Technology Evolution of GBAS Approach ServiceCHENG SongAbstract:The GBAS Approach Service Types and its technology evolution trend is introduced.The key points,internationalstandardization status and application status of GAST C and GAST D GBAS are
3、 summarized.The GAST F key technical points ofthe SESAR DFMC GBAS conceptual framework are introduced in detail.The other solution of DFMC GBAS is analyzed,includingalgorithm processing flow,fall back modes,messages and data link capacity.Key Words:Dual-Frequency Multi-Constellation;GAST F;GBAS与建议措施
4、(SARPs)中定义了4种GAST,分0引言民航地基增强系统(GroundBasedAugmentation System,G BA S)基于卫星导航系统为飞机提供进近引导服务,按照不同的进近运行要求,已定义了几种GBAS 进近服务类别(GBASApproach Service Type,G A ST),每一种GAST都定义了一系列与特定的进近引导服务等级相匹配的机载和地面设备的性能和功能要求!。目前,国际民用航空公约附件10 的标准收稿日期:2 0 2 4-0 1-2 0。程松(19 8 7.0 4一),陕西铜川人,硕士,高级工程师,主要研究方向为卫星导航增强技术及应用。别是:1)GASTA
5、:支持APV-I运行;2)G A ST B:支持APV-II运行;3)G A ST C:支持I类(CATI)精密进近运行;4)G A ST D:支持II/II类(CATII)精密进近运行。其中,GAST A和GAST B对应的APVI和APVI带有垂直引导,但不一定能满足精密进近的要求,多用于地基区域增强系统(Ground BasedRegional Augmentation Systems,G RA S)2 ,目前这两种进近服务类型未使用,因为缺乏相应的机载设备标准,并且星基增强系统(SatelliteBasedAugmentationSystem,SBA S)能够提供类似的服务。80GAS
6、TC和GASTD能够支持精密进近,都是基于卫星导航单频服务来实现的。随着卫星导航系统的不断发展和完善,基于双频多星座(Dual-Frequency Multi-Constellation,DFMC)并支持 I/III类进近运行的 GBAS 概念GASTF被提出,目前处在研究和验证中;同时,国际范围内,也在积极探索其它不同技术体制下的DFMCGBAS概念框架,比如从播发差分校正量改为直接播发原始观测量3。GBAS主要应用于支持精密进近运行,目前已验证及应用的主要是基于单频的GASTC和GASTD GBAS,随着 GPS、G LO NA SS、G a l i l e o 和北斗卫星导航系统(Bei
7、dou Navigation Satellite System,BDS)四大卫星导航系统的不断完善,GBAS也向DFMC方向逐渐发展。因此,本文将从单频和双频GBAS两类分别介绍GAST C、G A ST D、G A ST F以及其它可能的GBAS进近服务类别。1单频GBAS进近服务单频GBAS主要有GASTC和GASTD两种进近服务,分别支持I类和I/III类精密进近运行。GASTD与 GAST C 的主要区别是地面段增加了播发数据,且机载段增加了相应的监测器且承担了完好性职责。2023年11月,包含BDS标准与建议措施的国际民用航空公约附件10 最新修订版正式生效,这标志着北斗系统正式加入
8、国际民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO),成为全球民航通用的卫星导航系统5,而在此之前,SARPs中只包含了GPS和GLONASS两个卫星星座,基于单频的GASTC和GASTDGBAS也多是针对GPS L1实现的。目前,国际上获得应用的以GASTCGBAS产品为主,GASTDGBAS相关标准已经发布,并开展了一定的产品研制及验证。1.1GASTCGBASGASTCGBAS针对GPSL1观测量进行完好性监测,计算10 0 s平滑伪距校正量,播发10 0 s平滑伪距校正量一一信息类型1(MessageType1,MT1)、G BA
9、 S站信息数据一一信息类型2(MT2)现代导航和进近航径数据一一信息类型4(MT4)。GASTCGBAS的国际标准早已发布,机载设备制造商 Rockwell Collins、H o n e y w e l l、T h a l e s 的机载多模接收机都支持基于GASTCGBAS的GLS运行,地面设备已在美国、澳大利亚等国家多个机场投入安装部署并投入运行。中国民航也陆续制定并发布了GASTCGBAS相关标准,包括地面设备技术要求、地面设备测试方法等。中电科西北集团有限公司研制的LGF-1A型GASTCGBAS地面设备和美国HoneywellSLS-4000GBAS地面设备已经通过了中国民航使用许
10、可合格审定。国内机场已开始部署安装GBAS地面设备。1.2GASTDGBAS相较于GASTC,G A ST D G BA S要求地面子系统增加30 s平滑伪距校正量的计算,并播发其对应的信息类型11(MT11),用以支持机载子系统对电离层异常等事件影响的评估。机载子系统增加参考接收机故障监测、码载分离度监测和双解伪距电离层梯度监测等算法环节,来评估并决定是否能够满足服务等级的要求7 。因此,机载子系统也承担了部分GBAS系统的完好性职责。ICAO和国际工业界标准组织航空无线电技术委员会(Radio Technical Commission for Aeronautics,RTCA)、欧洲民航电
11、子设备组织(EuropeanOrganization for Civil Aviation Equipment,EUROCAE)陆续发布了包含GASTD相关内容的标准更新版本,包括标准与建议措施(SARPs,附件10 卷I第7 版,2 0 18)、空间信号接口控制文件(D O-2 46 E,2 0 17)、地面设备最小运行性能规范(ED-114B,2 0 19)8 和机载设备最小性能规范(DO-253D,2017)等。国际上,Honeywell公司的SLS-5000型GBAS地面设备、Indra公司的NORMARC8100型GBAS地面设备支持GAST D。国内也正在开展GAST DGBAS
12、设备的研制。2双频GBAS进近服务电离层风险是GBAS支持CATII精密进近运行要解决的重要问题,GAST D GBAS面临着解决电离层风险问题的瓶颈,而DFMC信号的应用可以2024年第2 期改善导航性能,双频信号的使用可以弥补单频信号易受无线电频率干扰和电离层扰动影响的弱点,多星座信号的使用可以降低电离层闪烁影响和单星座时可见星不足的风险9 。随着四大卫星导航系统的不断发展,DFMC GBAS 成为了一个发展方向,目前主要的DMFCGBAS概念框架有GASTF和GASTX两种,其主要的相同点有:1)都旨在支持CATIII精密进近运行;2)都向下兼容GAST-C和GASTD;3)使用相同的地
13、面接收机配置和观测量,使用类似的监测器,可以使用现有的数据链路等。GASTF和GASTX主要的不同点有:1)传输的数据不同,GASTF传输的仍是平滑校正量,但GASTX传输的是原始的观测量,这也意味着GASTX框架下机载端数据处理灵活性高、对电离层梯度的监测更准确,但同时机载端会有更高的数据处理量;2)干扰下影响不同,比如GASTF在L1干扰下会失去CATII 运行服务能力,而GASTX则降低参考接收机的穴余性、影响服务的连续性等。2.1GASTF概念框架国际范围内相继开展了一系列GAST FGBAS的研究和验证,并在美国、欧洲、日本等国家和地区建立了 GASTFGBAS 原型系统0 。欧洲单
14、一天空空管研究计划(Single European SkyATMResearch,SESA R)将其作为一项核心工作,2 0 18年向ICAO提交了GASTFGBAS概念框架的文件。GASTFGBAS确保对 GAST C和GASTD的向下兼容性,但需要对GBAS系统架构进行一些更新,包括地面和机载设备的配置、差分和完好性算法处理、播发电文、服务模式等。对于地面子系统,参考接收机及天线需要升级到可以兼容DFMC,差分及完好性算法处理需要升级。机载子系统的处理有两种可选择方式:1)机载子系统对L1和L5两个频点组合进行IFree校正,可以消除高达9 9.9%的电离层影响,因此,不需要电离层梯度监测
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