浦东国际机场GBAS地面设备功能测试分析

杨立钒

（民航华东空管局设备维修中心 上海市 200335）

根据中国民航PBN 实施线路规划，到2016年计划引入GNSS及其陆基增强设备的着陆能力(如GLS)，向高性能进近和着陆过渡[1]。地基增强系统（GBAS）是一种星基导航技术，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、连续性指标，使机场覆盖空域范围内配置相应机载设备的飞机获得到达 I 类精密进近（CAT I）甚至更高级别的精密进近、着陆引导服务。与传统陆基着陆系统相比，GNSS 地基增强系统具有更小的敏感区要求，支持更复杂的终端区操作，一套地面系统可以支持多条跑道多个方向的进近引导能力，有效降低机场建设及维护成本。

2015年中国民航引入美国霍尼韦尔公司SLS-4000 型GBAS 设备安装于上海浦东国际机场，作为航行新技术的应用GBAS 在投入使用之前，必须对其系统精度和设备性能进行测试和验证。与传统陆基着陆系统不同，由于卫星位置随着时间而变化，使得GBAS 的精度评估需要在地面完成[2]，以便为下一步GBAS 的推广普及、适航审定及成本效益分析与评估提供可参考的技术支撑。

1 GBAS系统简介

如图1 所示。GBAS 系统由卫星子系统、地面子系统、机载子系统三个部分组成。对于GBAS 系统而言，卫星子系统就是GNSS空间段。卫星子系统可以为机载子系统和地面子系统提供测距信号。

GBAS 地面子系统是指GBAS 地面设备，该设备为每颗可视卫星生成地面监测的差分修正值和完好性相关信息，以及根据存储在本地导航数据库的航迹点数据定义的FAS、MA 和TAP 数据[3]。VDB 发射机向整个GBAS 服务容量内装载GBAS 机载子系统的飞机发送上述数据。因此，GBAS 系统能够向服务容量内所有的飞机同时提供服务。

GBAS 机载子系统把地面设备生成的差分修正值应用于GNSS测距信号，从而获得经过差分修正的位置解。除了VDB 广播的完好性信息之外，机载子系统还采用RAIM 监测[4]方式在机载端对伪距进行故障检测。由VDB 播发的更高精度的位置解和位置数据被用于计算相对于FAS、TAP 或其他支持的仪表程序的侧向引导和垂直引导，并以“类仪表着陆系统”方式提供给飞机显示和导航系统。

2 GBAS地面功能测试分析

根据中国民航《民用航空地基增强系统(GBAS)地面设备技术要求—I 类精密进近》和国际民航组织（International Civil AviationOrganization, ICAO）的要求，进行GBAS地面功能测试分析。

2.1 伪距域精度（GAD 评估）

GBAS 地面子系统的伪距精度性能通过地面精度指示器（Ground Accuracy Designator，GAD）标尺和安装的参考接收机的数量来分类。伪距修正精度分为码减载波（Code Minus Carrier，CMC）和B 值两种评估方法。

图1：GBAS 系统架构

图2：地面伪距测量均方根误差监测值

图3：水平误差统计

图4：垂直误差统计

CMC[2]方法提供伪距上由于接收机热噪声和多路径带来的码相位误差的直观观察。CMC 分析需要双频接收机和天线或者单独的电离延迟参数的单独估计。

图5：Sigma 事件监测值统计

B-值分析基于来自VDB 广播参数集的误差评估，只需单频观测量，能够代表来自特定的参考接收机在广播平均伪距修正的伪距误差的分布。

上海浦东国际机场利用基于B 值的GAD 评估方法，根据GBAS 报文数据，计算载波平滑伪距的标准差；然后使用所述载波平滑伪距的标准差，确定所述GBAS 地面系统的精度等级。

利用上海浦东国际机场连续接收一周的VDB 信号数据，对GBAS 地面设备广播的类型1 电文中的每一部基准接收机的B 值和相关的星历信息，统计分析基准接收机的修正伪距误差。

图2 结果表明，四个地面参考接收机（RR）的地面伪距测量均方根误差均小于广播的GAD 曲线，并且每部RR 的B 值的零均值都小于0.05 米，满足测试要求。

2.2 定位域精度测试

测量区域定位精度需要定在无多路径干扰的环境下，使用一个独立于GBAS 地面子系统的接收机，每200s 采样一次收集一定时间段内的数据进行水平误差和垂直误差分析。

在上海浦东国际机场精确勘测一个位置点，并把GBAS 监测系统的GPS 接收天线安装在精确勘测点位置，持续采集超过24 小时的数据用于测试分析。

图3 结果表明，观测区间内HPL 值始终小于I 类进近完好性限值（即40m）。图4 结果表明，VPL 值始终小于I 类进近完好性限值（即10m）。所以HPL 和VPL 能同时满足I 类进近的完好性要求。且用户定位水平位置误差小于16m，垂直位置误差小于4m，误差值均在规范要求之内。

2.3 连续性测试

本文提供I 类精密进近服务的GBAS 设备连续性测试。该测试项结合GBAS 设备可靠性测试周期，进行8 个月GBAS 设备的运行状态及VBD 输出数据记录，并进行系统连续性指标分析。通过GBAS 设备数据记录功能，以14 天为一个记录周期对上海浦东国际机场GBAS 设备数据进行连续的数据记录（14 天为系统设计数据保存周期）。

经测试，统计得系统连续性不低于1-8.0×10-6/15sec，符合技术规范要求，通过分析具体数据可知系统连续性达99.98%。

2.4 地面伪距不确定性测试

本项测试通过GBAS 设备数据记录功能，持续记录14 天上海浦东国际机场GBAS 设备广播的VDB 数据类型1 电文，分析类型1 电文中DCP 产生的Sigma 监测数据；分析记录的数据，绘制每部参考接收机的不同Sigma 事件的分布情况；将结果与厂家设定的设备性能基线值进行比较，判断实际设备是否能够达到标称性能。

图5 结果表明， 将Sigma 事件监测数据与厂家设定的设备性能基线值进行比较，可以判断实际设备可以达到标称性能。

2.5 数据内容测试

GBAS 设备地面功能测试的数据内容主要包括VDB 消息的类型1、类型2 和类型4 电文[5]。

通过GBAS 设备数据记录功能，采集上海浦东国际机场GBAS设备的双通道VDB 广播数据，并解析类型1、类型2 电文的各项字段参数与GBAS 发射的数据对比。解析结果表明，类型1、类型2 电文的各项字段，满足文件8071 表格II-4-3 检测类型1 和2 电文的参数。

对于类型4 电文的测试，在GBAS 设备中改变进近路径，检查接收到的类型4 电文的相关字段数据是否与改变后期望进近路径一致。数据解析结果表明，GBAS 设备中改变进近路径，类型4 电文的相关字段数据与改变后期望进近路径保持一致，且类型4 电文的各项字段，满足文件8071 表格II-4-3 检测类型4 电文的参数。

3 结论

本文通过分析GBAS 地面功能测试相关参数的测试方法，重点介绍了GBAS 作为I 类精密进近引导时所必须满足的五方面功能需求，并利用上海浦东国际机场GBAS 设备实际接收数据进行了测试验证。测试验证结果表明，上海浦东国际机场试运行的SLS-4000型GBAS 设备满足中国民航《民用航空地基增强系统(GBAS)地面设备技术要求—I 类精密进近》和ICAO 规定的最低地面测试要求。对于GBAS 正式在我国投入运营不仅限于本文所涉及的五方面功能测试，仍需要更多方面、更全面的测试和验证。通过本文提供的上海国际机场GBAS 地面功能测试分析，能够进一步为GBAS 在我国民用机场的推广和应用提供宝贵的经验。