民用机场精密导航方式的发展趋势分析

孙翔

引言：中国民航经过几十年的发展，目前正迈入航班流量膨胀期，全国各地不断在对现有的机场规模进行扩建和改造，在这种情况下，传统的仪表着陆系统是否能够满足这种旺盛的需求呢？本文通过对传统仪表着陆系统的局限性进行了分析，对基于卫星导航的局域增强系统的优劣进行了探讨，简要分析了民用机场精密导航方式的发展趋势。

前言

上世纪70年代中期，中国民航引进了当时全国第一套真正意义上的仪表着陆系统（Instrument Landing System，以下简称“ILS设备”），开启了航班精密仪表进近的篇章，时至今日，几乎国内所有205个民用机场都完整配备了ILS设备。可以说，ILS设备的启用和普及在我国迈入民航大国的进程中，起到了至关重要的作用。

一、 传统ILS设备的局限性

然而，随着航班流量的不断增长，曾经在单一跑道机场能够充分发挥其精密导航性能的ILS设备，在具备多跑道和多滑行道复杂飞行区结构的民航机场，则会体现出不少局限性与不足：

1、建设及运行成本较大

ILS设备一般由航向信标、下滑信标和指点信标组成，其中航向信标提供水平方位指引信号，下滑信标提供垂直方位指引信号，指点信标则提供在特定位置的提醒信号，而与ILS设备合装的测距仪台则可以替代指点信标并提供持续的距离信息。根据ILS设备的工作和设计原理，每个需要执行精密进近的跑道方向都需要配置一套ILS设备，这就意味着在具备多条跑道的大型机场，就需要配置多套ILS设备，用以支持多跑道同时运行。

这里以上海浦东机场为例，目前已建成第四条跑道，而计划到2017年，第五条跑道也将建成，这就意味着浦东机场共需要配置10套ILS设备，按照目前单套设备及其配套设施投资造价900万元人民币计算，则共需要投资接近1亿元。另外，根据中国民航局要求，ILS设备必须每隔6个月进行飞行校验来对导航信号的空中质量进行校准，每次费用约为35万元，造成固定运行费用剧增。

2、大量占用无线电频率资源

按照目前的发展规划，浦东机场将在2017年建成10套ILS设备，算上虹桥机场已定格

的4套设备计算，按照目前一般以测距仪设备替代指点信标设备的配置模式，到2017年，仅上海地区上空就充斥着14个航向信标工作频率、14个下滑信标工作频率和14个测距仪工作频率，虽说中国民航局在近期将频率间隔调小，但仍对无线电频率指配工作带来不小的困难，更对上海地区航空无线电频率的保护带来了空前的挑战，今年就发生过虹桥机场执行飞行校验任务的校验飞机接收到直线距离仅100公里的南通机场相同测距仪工作频率的问题。

3、设备安装地点不灵活

ILS设备中的航向信标天线一般设置在跑道中心延长线上，距跑道末端外300米的位置，

下滑信标天线则一般设置在跑道入口内300米，距跑道中心线120米的位置，中、外指点信标天线则应设置在跑道中心延长线上距跑道入口约1050米和7400米的位置，机场管理机构往往无法充分利用被占用的飞行区场地。

4、运行限制区域较大

为确保其ILS设备发射的无线电信号足够精确为航班降落提供服务，则需要采取措施保护信号不受外界障碍物产生的多路径效应的干扰，由此中国民航局也参照国际民航组织要求制定了临界保护区和敏感保护区的标准。其中航向信标天线临界区至少需要315米*120米保护范围，下滑信标天线临界区至少需要360米*165米保护范围，临界区需要严格控制土面坡度，严禁任何飞行器、车辆和人员进入。敏感区的范围更广，但是在机场能见度较差的时候，也需要对车辆人员进行管制，如此就对机场的平面布局提出了较高的要求，为了满足多条跑道各套ILS设备的保护区特别是临界区的保护要求，设计人员在进行总规设计的时候就不得不对跑滑结构进行调整，继而影响机场的整体运行效率。

二、局域增强系统的优势

而局域增强系统（Ground Based Augmentation System，以下简称“G-BAS系统”）则可以很好地解决以上问题。

G-BAS系统本质上就是差分GPS技术，是其在民航业的一种衍生应用，其基本原理是利用两个或更多GPS接收天线接收到的位置信息（或距离信息）及其他导航信息的相关性能与相对准确并已知的天线位置信息进行综合比较，以消除大部分GPS信号的卫星时钟误差、星历误差、电离层延迟误差，产生GPS增强信息，再通过VHF数字广播发送给民航飞机使用，目前该系统可提供满足一般天气条件下的I类标准仪表着陆进近精度要求的导航信号供民航班机使用。

该系统一般由多个基准接收天线（以下简称“RRA”）、一个或多个甚高频VDB天线和中央数据处理单元组成，相对于ILS设备的局限性，G-BAS系统工作在单一的导航频率，安装位置没有特定的要求，只需要一块相对空闲的场地即可满足多条跑道对于航班进近降落区域的覆盖要求，几乎没有临界保护区的概念，周边的移动障碍物只要低于天线底部的控制线即可，安装和运行成本大大降低，而且它不仅仅可以支持目前直线进近方式的飞行程序，更可以支持在复杂地形的曲线进近飞行程序。

三、我国发展G-BAS系统的情况

正是基于以上优点，国际民航组织已经将G-BAS系统列入其《全球空中导航发展战略》中，西欧、北美、澳洲、日韩等民航发达国家和地区已经在多个大型机场建设并试运行G-BAS系统，取得较好的效果。中国民航局也早就意识到发展G-BAS技术的重要性，2008年，民航局数据公司和中电20所共同研制的GBAS原型系统顺利通过在全球几乎最复杂降落条件的林芝米林机场进行的飞行校验和地面跑车试验，应该说，我国已经完全掌握了G-BAS系统的核心技术。

为了验证G-BAS系统在大型民用机场的实际运用效果，同时为了比对国外相对成熟的G-BAS系统与我国自行研制的设备的运行数据的差异，民航局在2014年初决定在浦东机场安装一套美国Honeywell公司的SLS4000型设备，经过前期的规划选址和现场数据采集，目前已基本确定在浦东机场西南角空地设址，根据目前的分析，该套系统可以覆盖浦东机场近期即将建成的所有五条跑道的10个方向，项目正在积极推进中，计划在明年年初建成投入试运行。

四、结束语

但是，现今阶段的G-BAS系统也并非无懈可击。首先目前国内所有民航飞机都具备ILS进近能力，而具备G-BAS接收能力的飞机寥寥无几，虽然中国民航局在近年多次要求国内各大航空公司在购买新机时尽量选装，但要达到目前具备ILS能力的机队规模，显然还有很长的路要走。其次，目前通过认证的的G-BAS系统仅具备I类精密进近能力，有悖于中国民航局近年来要求各大型机场将自身低能见度运行能力进行升级到II类甚至III类的要求。

因此，可见G-BAS系统的发展和普及过程将相当缓慢，然而，我们也能预见到一旦G-BAS系统的自身能力和机队规模发展到一定程度，就一定能促使民用航空运输更加迅速与便捷地服务于大众。

参考文献

[1]李跃，邱致和.导航与定位（第2版）-信息化战争的北斗星.北京：国防工业出版社，2008.

[2]FAA.ORDER6884.1.Siting Creteria for Ground BasedAugmentationSystem（G-BAS）.

[3]ICAO.Attachment10.

（作者单位：中国民用航空华东地区空中交通管理局）