北斗卫星导航系统及其在民航导航中的应用

2019-01-18秦新梅

通信电源技术 2019年3期

秦新梅

（中国民用航空新疆空中交通管理局，新疆乌鲁木齐 830000）

0 引言

为了满足航天航空事业的发展，2005年以来，美国、欧洲等国家大力发展新一代航空运输技术，而我国作为民航运输事业发展最快的国家，民航运输技术无法满足民航事业的发展需求。我国95%的卫星导航应用基于美国全球卫星定位系统，但为了确保我国航天航空信息的安全，从2000年开始独立研发北斗卫星导航系统。北斗卫星导航系统具有全球卫星定位和通信功能，可以满足我国航天航空导航、通信需求，确保我国公共信息安全。

1 北斗卫星导航系统构成

北斗卫星导航系统是我国独立自主研发的全球卫星导航系统，是继美国全球卫星定位系统、欧洲伽利略卫星导航系统、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统之后的第4个卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段构成。空间段包括27颗地球轨道卫星、5颗静止轨道卫星以及3颗倾斜同步轨道卫星。地面段主要由主控站、监测站以及注入站构成，通过采集复杂信息，实现导航定位功能，并监测各个工作站的数据信息。用户段指用户端，用户通过移动设备接收空间站和地面站的数据信息，从而实现定位导航功能，主要用于航天航空、车载导航等领域[1]。

北斗卫星导航系统可以在全球范围内提供全天候的定位、导航、授时服务，并具备短报文通信功能，定位精度可以达到10 m，测速精度达到0.2 m/s，授时精度达到10 ns。2012年，我国北斗卫星导航系统制定了覆盖亚太地区的定位、通信、授时服务功能规划。2017年11月5日，中国第三代导航系统升空。2018年8月25日，我国西昌卫星发射中心发射第35颗卫星和第36颗北斗导航卫星，是北斗三号全球系统第12颗和第13颗组网卫星。2018年12月27日，北斗卫星导航系统将服务范围扩展到全球，预示着北斗卫星导航系统正式进入全球时代。

2 北斗卫星导航系统在民航导航中的应用

2.1 北斗卫星导航系统在飞机航线路线规划中的应用

区域导航指在地面导航设施的范围，机载导航系统在设施范围内按照路线飞行导航。如果陆基导航条件有限，无法搭设地面导航台，则会影响机载导航的服务功能，无法让导航系统按照飞行路线飞行。因此，将北斗卫星导航系统应用在民航导航系统中，可以打破地面导航对机载导航的限制，提高航空领域的利率率。民用航天公司的飞机在飞行导航时，利用计算机系统与北斗卫星导航系统相连，让两者相互配合，寻找最佳的飞行路线，从而实现航线点对点的直航，提高飞机飞行效率。

2.2 北斗卫星导航系统在飞机进离场的RNP精密导航功能

RNP技术是利用飞机自身搭载的导航设备和全球卫星定位系统引导飞机起降的技术，是未来航天导航发展方向。飞行员不需要依靠地面导航设施就能按照精准的定位轨迹进行飞行，即便在能见度很低的情况下，也可以实现精准着陆，提高飞机飞行的安全性和精准性，降低我国航空公司由于天气原因导致飞机航班延误和返航的现象，提高飞机飞行效率。RNP精密导航利用现代飞行计算机、全球定位系统以及计算机应用程序，让飞机按照预定航线精确飞行。因此，需要将RNP技术应用在飞机进离场过程中。将北斗卫星定位导航系统应用在飞机进离场活动中，通过飞行计算机、计算机应用程序，让飞机非常准确地进入终端内隧道，以避免飞机进离场需要与飞机场地面导航设施配合时，地面导航设施受天气、飞机场等方面因素的因素，进而影响飞机着陆和起飞的时间。将其应用在我国西部复杂地形、天气多变的机场中，可以改变机场起飞天气标准和最低下降标准[2]。

2.3 北斗卫星导航系统应用于机场仪表着陆系统

飞机仪表着陆系统又称盲降系统。地面导航系统发射两束无线电信号指引飞机向下滑行和向行道航行，帮助飞机建立一条由跑道向空中飞行的虚拟路径。空中飞机通过机载接收设备接收无线电信号，确定飞机和虚拟飞行路径信息，让飞机按照正确的路径方向飞向跑道或者平稳下滑，实现飞机安全着陆。因为仪表着陆系统让飞机在能见度很低或者飞行员看不到任何参考的条件下指引飞机着陆，所以被称为盲降系统。盲降系统是机场标准的着陆引导设备。仪表着陆系统由甚高频航向信标台、特高频下滑信标台以及甚高频指点标构成。当航向信标台显示与跑道中心线对准的航向面时，下滑信标会显示下滑面，航向面和下滑面相交的位置就是着陆系统给出飞机进近着陆的路线。如果飞机下降时低于盲降系统提供的下滑线，盲降系统将向飞行员发布警告信息。

近年来，随着我国航空事业的发展，选择飞机出行的人数越来越多，飞机起落班次的数量越来越大。仪表着陆系统在运行过程中，受到地面建筑物、地面与空中反射信号、地面台地形等因素的干扰，无法调整飞机精准度，导致出现空中交通频繁的现象。仪表着陆系统在班次比较少的情况下，可以让飞机实现安全着陆，但在班次降落比较频繁的情况下，系统无法及时作出响应，影响到飞机的正常降落。将北斗卫星导航系统应用在仪表着陆系统中，可以实现飞机精密导航定位和飞行指引进行着陆[3]。精密导航定位可以满足一类盲降要求，并提供飞机水平方向和垂直方向的偏差指引。普通的仪表着陆系统，一条跑道着陆系统只能对应一个同等级的仪表着陆系统进近程序，精密进近着陆系统可以同时对应多个同等级仪表着陆系统进近程序，提高了仪表着陆系统的进近效率和精准的导航服务。

精密仪表着陆系统具有更强的灵活性和适应性，支持曲线进近，系统可以根据飞机场的实际情况编程进近程序，满足不同类型航空器独立进离场的需求，提高飞机着陆效率和管制效果。精密仪器着陆系统可以满足二类、三类盲降要求，普通仪表着陆系统只能满足一类盲降要求。目前，北京、广州、上海、成都和乌鲁木齐机场的盲降系统可以满足二类盲降要求，其他机场大多数只能实现降低＞800 m或者跑道视程＞550 m条件下的盲降。精密仪器着陆系统对飞机盲降系统没有高度限制和外界目视参考要求。此外，北斗卫星导航系统具有一定的兼容性，可以与机场现有的全球卫星定位系统进行有效衔接。

3 北斗卫星导航系统应用在山东东营胜利机场

2017年10月10日，中国自主研发的北斗卫星导航系统首次在山东东营胜利机场ARJ21-700飞机的103架飞机上进行测试试飞，此次试飞按照国际民航标准和中国民航技术标准测试北斗卫星导航系统的接收性能。将北斗卫星导航系统应用在ARJ21-700飞机上，提高了一类盲降精密性能，其在瞬态和定位指标方面远远超过国际飞行标准，试飞取得了圆满成功，对促进山东东营胜利机场的发展具有重要意义。山东东营胜利机场将北斗卫星导航系统、未定导航地基增强系统、机载导航系统应用于国产飞机平台，为日后北斗卫星导航系统在国际民航飞行的标准化和应用推广上奠定了良好基础。山东东营胜利机场将进一步加大对北斗卫星导航系统的研究和应用，加快北斗卫星导航系统在民航运输领域中的应用推广。山东东营胜利机场以此为契机，将进一步提升东营市的航空运输网络，增加国内重要枢纽城市和旅游城市的航班，提高整个东营胜利机场的旅客运输量、货轮吞吐量，大力发展通用航空产业。