民航GBAS试验工程及课题进展情况

航空

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航空

民航GBAS试验工程及课题
进展情况
第二十研究所
2009-11-10
目录
.. GBAS系统简介
.. 民航林芝GBAS试验工程
.. 终端区局域增强系统课题进展
.. 下一步工作计划
目录
.. GBAS系统简介
.. 民航林芝GBAS试验工程
.. 终端区局域增强系统课题进展
.. 下一步工作计划
GBAS系统简介
局域增强系统的背景-卫星导航系统的局限
..GPS SPS空间信号精度（SA停止前）
.水平方向：100m （95%置信度）
.垂直方向：156m （95%置信度）
.授时为： 340ns（95%置信度）
..GPS SPS空间信号精度（SA停止后）
.水平方向：13m （95%置信度）
.垂直方向：22m （95%置信度）
.授时为： 40ns （95%置信度）
GBAS系统简介
局域增强系统的背景-民航对精密进近的引导需求
美国联邦航空局的导航系统进行精密进近要求
GBAS系统简介
无法满足民用航空在精度完好性连
单独的卫星
导航系统
、、续性和可用性上的
需求
必须进行
系统的增强
其中之一
主要满足
局域增强系统
GBAS系统简介
局域增强系统（GBAS）的背景-原理
局域增强系统(GBAS, Ground Based Augmentation
System)采用差分GPS技术（DGPS），是利用两个GPS接
收机测量的位置信息（或距离信息）及其他导航信息的
相关性能消除大部分GPS卫星钟误差、星历误差及大气
延迟误差，大大提高导航定位精度。普遍认为，它可以
满足非精密引进以及Ⅰ、Ⅱ类精密引进着陆要求，是目
前世界各国研究开发和试验的最新的飞机着陆系统。
GBAS系统简介
GBAS工作原理（1）
基准接收机接收GNSS信号并计算卫星的位置
GBAS系统简介
GBAS工作原理（2）
基准接收机
地面处
理设施
地面处理设施计算出差分校正信息
GBAS系统简介
GBAS工作原理（3）
地面处
VHF
数据广播
理设施
地面处理设施将计算结果发送到数据广播电台
GBAS系统简介
GBAS工作原理（4）
地面处
VHF
数据广播
理设施
数据广播电台在服务区内发射局域增强信号
GBAS系统简介
空间段机载段GBAS数据处
MMR
卫星信号
理
卫星信号GLS
侧向/纵向偏移
GBAS修正的
GPSW位A置AS等- .
corrected
GLS 调谐
位置
地面段
飞行控制与显示
RNAV 引导
模式选择, 引导
和通告
GBAS数据
和进近座标
基准接收机
FMS
GLS控制
地面处理站
VDB
GBAS地面站GBAS系统组成
GBAS系统简介
..GBAS与传统仪表着陆系统（ILS）的对比
复杂的终端区操作√
功能GBAS ILS
1类精密进近√ √
2、3类精密进近√ √
支持ADS-B √
支持场面活动应用√
为FMS提供PVT（位置、速度、时间）导航方案√
减少敏感/关键区√
进近路径的灵活选择√
降低了数据库的需求√ √
支持基于性能（RNP）的操作√
目录
.. GBAS系统简介
.. 民航林芝GBAS试验工程
.. 终端区局域增强系统课题进展
.. 下一步工作计划
民航林芝GBAS试验工程
..项目背景
..林芝机场属于高原机场，海拔2940米
..地形复杂、气象条件变化异常
..飞行员高原生理反应明显，对导航系统的依赖性更强
..具有重要战略位置，其飞行条件非常恶劣
..林芝机场是世界公认的最难飞行的机场
民航林芝GBAS试验工程
..项目背景
..目前，采用RNP实现航路导航，在进近和着
陆阶段则采用目视飞行程序。
..航班因地形和天气因素返航率高，航空公司
为此蒙受巨额经济损失。
林芝机场的导航设备
民航林芝GBAS试验工程
..项目背景
..2006年，民航总局空管局针对林芝机场特殊的着陆情况，在民航
GNSS卫星完好性监测工程的第二期工程中，批准了林芝机场的
GBAS试验工程，由中电集团20所和民航数据通信有限责任公司联
合承担项目的实施工作。
..项目目标
..通过建立民航林芝机场的GBAS系统为民航林芝机场提供
，GPS信号增强手段，并通过数据采集和跑车试验来验证GPS信
号增强的效果。
民航林芝GBAS试验工程
..项目实施流程
系统设计
项目实施
方案
系统概要
设计
概要设计
评审
系统详细
设计
详细设计
评审
设备采购
器材采购
计划
设备验收设备存储设备发货
系统静态
测试
项系统开发
目
软件开发软件调试软件测试
试验室系
试验室系
项
目
系统跑车
试验
现场改造
开
始
统测试
统评估交
付试验数据
分析
现场安装
现场调研电测
施工图设
计
现场改造现场复勘
系统验证
总结
出所验收设备运输现场检验设备安装设备测试
民航林芝GBAS试验工程
..系统方案
民航林芝GBAS试验工程
..系统设备
民航林芝GBAS试验工程
..系统跑车试验方案
试验车
民航林芝GBAS试验工程
..系统跑车试验结果-水平轨迹
07S1Lat
07S2LatD
07S3Lat
Horizental Positioning of LAAS Linzhi Van Testing
20080507-20080514
07S1Lat
07S2LatD
07S3Lat
07R1Lat
Horizental Positioning of LAAS Linzhi Van Testing
20080507-20080514
07R1Lat
07R2Lat
07R3Lat
07P1Lat
07P2Lat
07P3Lat
08S1Lat
08S2Lat
08P1Lat
08P2Lat
10S1L t
29.312
07R2Lat
07R3Lat
07P1Lat
07P2Lat
07P3Lat
08S1Lat
08S2Lat
08P1Lat
08P2Lat
10S1Lat
29.30164
10S1Lat
10R1Lat
10P1Lat
11S1Lat
11S2Lat
11R1Lat
11R2Lat
12S1Lat
12R1Lat
12P1Lat
13S1Lat
29.304
Latitude
10R1Lat
10P1Lat
11S1Lat
11S2Lat
11R1Lat
11R2Lat
12S1Lat
12R1Lat
12P1Lat
13S1Lat
29.30162
Latitude
13R1Lat
13P1Lat
14S1Lat
14R1Lat
14P1Lat
AveLat
LatP2Sigma
LatM2Sigma
94.32 94.33 94.34 94.35
29.296
13R1Lat
13P1Lat
14S1Lat
14R1Lat
14P1Lat
AveLat
LatP2Sigma
LatM2Sigma
94.33371 94.33374 94.33377
29.30160
Longtitude Longtitude
民航林芝GBAS试验工程
..系统跑车试验结果-VDB场强分析
民航林芝GBAS试验工程
..林芝GBAS试验工程跑车试验结论
通过静止测试、机场跑道跑车试验和机场区域跑车测试
3种方法，分析得出L1频率的伪距单点定位优于7m（95%），
伪距差分定位精度优于1m（95%）和载波相位差分定位精度
优于0.07m（95%），完好性保护水平VPL优于10m，HPL优于
40m和VDB数据信号成功率优于0.999,初步确认了系统总体构
架与数据流程,以及核心算法正确性。
..2008年2月和6月，民航林芝GBAS试验工程通过了民航
总局空管局组织的工程验收和行业验收。
目录
.. GBAS系统简介
.. 民航林芝GBAS试验工程
.. 终端区局域增强系统课题进展
.. 下一步工作计划
终端区局域增强系统课题
..课题背景
终端区局域增强系统课题是空管局“十一五”期间空管新
技术应用中的重要内容，是科技部“863”计划的重点课题。旨
在研究局域增强系统的关键技术，为该系统在民航的应用进行
术的..课题内涵
技上探索
。
终端区局域增强系统在通过差分定位提高卫星导航精度的
基础上，增加了一系列完好性监视算法，提高系统完好性、可
用性、连续性的指标，使机场覆盖空域范围内的配置相应机载
设备的飞机获得到达CAT I甚至更高精密进近、着陆引导服务。
终端区局域增强系统课题
..项目分工
项目总体、关键技术和
第二十研究所
设备研制
GBAS系统理论仿真
GBAS系统飞行验证
终端区局域增强系统课题
..主要指标
ICAO GNSS SARPs中地基局域增强系统(GBAS)达到I类精密进近主要技术
指标要求：
（1） 精度： 水平< 16 m (95%)
垂直< 4 m (95%)
（2）告警门限： 水平40.0 m (130 ft)
垂直10.0 m (33 ft)
（3）完好性风险： < 2 × 10e-7 每次进近
（4）告警延时： < 6 s
（5）最小允许告警概率： 10e-7
（6）最小检测概率： 0.999
（7）连续性： 优于1-8 × 10e-6/15秒
（8）可用性： 优于0.99
终端区局域增强系统课题
..成果形式
.. 原始创新： 终端区局域增强系统综合开发平台
.. 国内首创：
1、终端区局域增强仿真平台
(1)算法综合研究与评估平台
2、GBAS机载测试验证平台
(2)导航数据、外界环境、接收
机质量综合研究与评估平台
3 综合研究
与评估平台
..目标
终端区局域增强系统达到国际先进水平
(3)发布站综合研究与评估平台
..
终端区局域增强系统课题
.. 已取得成果
通过标准研究，建立算法模型，搭建了1个系统仿真平台、4个研
究平台和1个开发平台，集成了1个原型系统，完成1个月外场跑车及3
次飞行试验及其分析，完成10个核心研究报告，消化吸收10个国际标
准，突破6项关键技术。
通过跑车试验和飞行试验分析，初步证明原型系统满
足精度和完好性指标要求，空地信号接口的连续性有待提
高。
终端区局域增强系统课题
.. 阶段性成果：
. 完成了地面子系统原型搭建
. 攻克了多项关键技术
. 完成了多个仿真试验与评估平台
. 系统性能初步验证
终端区局域增强系统课题
.. 阶段性成果-仿真试验与评估平台
导航数据、外界环境、接收机质量综合研究和评估平台
终端区局域增强系统课题
.. 阶段性成果-仿真试验与评估平台
导航与数据完好性综合研究和评估平台
终端区局域增强系统课题
.. 阶段性成果-仿真试验与评估平台
发布站综合研究和评估平台
终端区局域增强系统课题
.. 阶段性成果-飞行试验（南充）
. 2009年2月，中国电子科技集团公司第二十研究所联合民航
飞行校验中心，分别在四川南充机场搭建了1套终端区局域
增强系统地面原型试验系统，于2月18日进行了4个架次飞行
试验，确认了FAS数据正确性，19日进一步该系统验证了信
号覆盖和进/离场的能力，实现了8次成功引导。
. 2009年3月，中国电子科技集团公司第二十研究所联合民航
飞行校验中心利用南充机场已搭建的终端区局域增强系统地
面原型试验系统进行了深入的飞行试验，依据ICAO及FAA针
对地基局域增强系统（GBAS）的飞行试验的有关规定
（ICAO:8071,FAA：8200.LAAS），进一步验证了空地接口、
VDB覆盖范围及场强情况、进近和离场的引导以及地面滑行
引导等，实现了4次成功的引导，并验证了航径偏置设计情
况下的引导的特例情况。
终端区局域增强系统课题
.. 阶段性成果-飞行试验（南充）
..
终端区局域增强系统课题
.. 阶段性成果-飞行试验（南充）
.. VDB广播信号覆盖情况
20090219/B3666 VDB场强分析（水平） 20090219/B3666 VDB场强分析（垂直）
终端区局域增强系统课题
.. 阶段性成果-飞行试验（南充）
.. 差分修正效果
0.15
0.20
LAAS Approaches Trajectory Plot(Horizotal)
B3666 2009-02-19AM
1st Appr
2nd Appr
3rd Appr
2800
3000
LAAS Approaches Trajectory Plot(Vertical)
B3666 2009-02-19AM
1st Appr
2nd Appr
3rd Appr
0 00
0.05
0.10
NM)
2000
2200
2400
2600
e(ft)
-0.10
-0.05
0.00
North(N
1400
1600
1800
Altitude
-2 0 2 4 6 8 10
-0.20
-0.15
East(NM)
-2 0 2 4 6 8 10
800
1000
1200
East(NM)
终端区局域增强系统课题
.. 阶段性成果-飞行试验（南充）
.. 差分修正效果(续)
进近过程中的水平方向的NSE 、FSE和TSE
到跑道入口的
距离（m）
NSE（导航源误差
/m）
FTE（飞行操作
误差/m）
TSE（总误差/m）
873 0.523691296034335 6.40047492063849 6.92416621667283
1200 0.515751878162107 6.04594911756226 6.56170099572437
4200 0.534878543758728 10.8658835275692 11.4007620713279
7800 0.680260679822073 12.6531730312325 13.3334337110545
.. 结论：经过差分的机载MMR与基准数据源的误差（NSE）
在进近的全过程中小于0.7米（水平与垂直方向），符
合跑车试验中的测试结果，满足一类着陆的精度要求。
终端区局域增强系统课题
.. 前景评价：
本课题依据国际民航组织ICAO和美国无线电通信委员
会RTCA的相关标准，开发我国的机场终端区局域增强系统
原型，通过系统结合RNP飞行程序应用，可以使GPS满足从
终端区、非精密进近直至CAT I精密进近要求，改善高原
机场航班进近的状况，进一步降低返航率，为民航的飞行
安全保障和系统运行效率的提高作出贡献。
目录
.. GBAS系统简介
.. 民航林芝GBAS试验工程
.. 终端区局域增强系统课题进展
.. 下一步工作计划
下一步计划
..基于民航林芝GBAS试验系统的工程实践和863重点课题
的关键技术突破，继续完善基于GPS的民航终端区局域增
强原型系统，为星基着陆系统在我国民航的应用进行技
术上的保障。
..建立GBAS试验性机场，为进一步的技术探索（多星座、
完好性和CAT II/III）和初步的运行提供支持。
..实现GBAS飞行校验的技术和程序的完善与提高，为GBAS
的验证提供更加全面和有效的手段。
..与国外先进的GBAS厂商合作，进一步促进GBAS技术在中
国民航的应用。
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