天津滨海国际机场GBAS设备性能分析

张笑野

天津滨海国际机场GBAS设备性能分析

张笑野

（中国民用航空华北地区空中交通管理局天津分局，天津 300300）

地基增强系统（GBAS）是国际民航组织（ICAO）发展的新一代卫星导航着陆引导系统。GBAS通过地面差分修正、完好性监测等技术，提高卫星导航系统精度、完好性、连续性、可用性的“四性”指标，为飞机提供I类甚至更高等级精密进近着陆引导服务。简要介绍了GBAS系统的系统组成、工作原理，重点分析了天津机场GBAS设备运行情况，从系统精度、完好性、连续性、可用性等方面入手，评估设备运行性能指标，为后续GBAS投入应用提供了技术基础。

地基增强系统；验证飞行；精密进近；完好性；连续性；可用性

0 引言

地基增强系统（Ground-Based Augmentation System，GBAS）是一种精确的区域性的导航系统，主要应用于飞机在机场的精确着陆。GBAS可以通过实时广播差分修正信息来增强全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）的精度来满足飞机精确着陆的要求。

GBAS是国际民航组织提出的航空系统组块升级[1]（Aviation System Blocks Upgrade，ASBU）计划中的核心导航技术之一，是一种全新的精密进近着陆引导方式。新系统可以支持飞机从跑道任意一端降落，并提供飞机包括并行进近、曲线进近等更多线路进港，缓解空域拥堵，提升机场吞吐能力，提高航班准点率。

通过建立远场监测系统，开展GBAS长期运行性能分析，是保障GBAS运行安全的一个重要手段。通过评估，确认GBAS地面设备服务性能是否满足卫星着陆系统（GBAS Landing System，GLS）运行要求。

1 GBAS组成及工作原理

GBAS系统是一种用户接收机导航增强信息来自于地面发射机的卫星导航增强系统，包括地面设备和机载设备[2]。地面设备主要通过甚高频（Very High Frequency，VHF）数据广播（VHF Data Broadcast，VDB）向机载设备发送伪距修正、GBAS设备相关数据和最后进近航段（Final Approach Segment，FAS）数据等信息。

GBAS地面设备主要包括：4台基准接收机及其配套天线、数据处理机、监控设备、VDB（包括VDB发射电台、VDB接收电台）、地面站授时单元等。VDB接收、发射电台和数据处理机一般采用双冗余结构[3]。典型的GBAS地面设备在机场布局如图1所示。

图1 GNSS地基增强系统示意图

2 GBAS性能分析与评估

根据民航局发布的《卫星导航地基增强系统开放与运行管理实施细则（试行）》的规定，空管运行单位应建立GBAS设备远端信号监测能力，用以确认GBAS信号的连续性和可用性。天津滨海国际机场安装了中电科西北集团有限公司生产的DH-GEGBAS-LGF-1A型（以下简称LGF-1A型）GBAS设备，该型设备专门配置了位置域监测系统，实施监测和评估GBAS性能，并提供运行的关联校准。

通过位置域监测系统，接收GBAS设备播发的GBAS电文信息，通过自身配备的GNSS用户接收机，进行模拟机载处理，分析差分定位位置与实际真实位置之间的误差，完成GBAS服务精度的 评估[4]。完好性可以从斯坦福图中直观看到，当测量值落在斯坦福图中的危险误导信息（Hazardous Misleading Information，HMI）区域中时就意味着一个完好性事件发生。可用性也可通过斯坦福图得到，当测量值落在斯坦福图的不可用区域时就意味着GBAS系统不可用。连续性比较复杂，只能通过事件统计得到，通常将一个VDB接收机连续3 s接收不到可用的差分修正量的情况定义为一个不连续事件。

3 天津滨海机场GBAS性能分析

2018年4月，天津滨海国际机场安装了由中电科西北集团有限公司研制的LGF-1A型GBAS地面设备，于2018年5月18日正式开始现场持续运行测试，本文选择2021年度天津GBAS运行数据，以天津滨海国际机场GBAS设备2021年1月14日至2021年1月27日期间的运行数据为典型样例，分析天津滨海国际机场GBAS地面设备的运行性能。

3.1 定位精度

通常定位精度分析可采用位置域监测系统记录的定位结果，与已知的精确位置进行比较。可将记录的定位结果进行水平方向和垂直方向进行分解，然后与已知的精确水平位置、高度位置分别作差，得出水平位置误差和垂直位置误差。

提取天津滨海国际机场GBAS设备位置域监测系统记录的数据，比较分析定位测量值与基准位置的差异，判断误差是否满足95%情况下水平位置误差不大于16 m、垂直位置误差不大于4 m的要求。通常位置域监测系统以2次/s的速率输出定位结果、水平保护级（Horizontal Protection Level，HPL）和垂直保护级（Vertical Protection Level，VPL），提取记录的定位结果，并与已知的精确位置做比较，得出定位结果与精确位置的水平位置误差（Horizontal Protection Error，HPE）和垂直位置误差（Vertical Protection Error，VPE）。然后统计水平位置误差、垂直位置误差与相应的保护级之间的关系，以及定位误差的分布概率，来判断GBAS服务精度是否满足指标的要求。

水平位置误差与水平保护级结果如图2所示。

垂直位置误差与垂直保护级结果如图3所示。

水平、垂直位置误差概率分布图如图4及表1~表2所示。

图2 水平位置误差与水平保护级

图3 垂直位置误差与垂直保护级

图4 水平、垂直位置误差概率分布

表1 保护级统计（单位：m）

表2 定位误差统计（单位：m）

2021年1月14日至2021年1月27日，95%情况下水平位置误差值为0.869 m，垂直位置误差为1.435 m，均满足95%情况下水平位置误差不大于16 m、垂直位置误差不大于4 m的要求。

3.2 完好性和可用性

完整性事件的定义为：当GBAS的HMI引起飞机的位置误差超过告警门限而没有告警。如图5及表3所示，在14日的运行过程中水平保护级有0个历元超限，可用百分比为100%，垂直保护级有0个历元超限，可用百分比为100%。通过分析，该运行时间阶段中未出现定位精度超过门限，未出现HMI引起飞机的位置误差超过保护级告警门限。

图5 斯坦福图

表3 完好性和可用性统计（单位：包）

3.3 电文连续性

系统连续性是指系统在没有计划外中断的情况下能够持续保持功能有效的指标，GBAS系统的连续性不小于1-8×10-6/15 s。2021年1月14日至2021年1月27日期间，天津滨海国际机场GBAS设备位置域监测系统记录的VDB数据连续性统计如表4所示。

通过分析，该运行时间阶段中未出现定位精度超过门限，未出现HMI引起飞机的位置误差超过保护级告警门限，在运行分析报告期间内，没有计划外的中断。

表4 主站VDB数据连续性（单位：包）

4 总结

从上述分析结果来看，GBAS设备连续稳定运行、定位准确性、服务可用性、服务完好性和服务连续性等各项指标均符合要求，GBAS设备提供的服务符合现行规范要求，满足GLS的要求。

GNSS地基增强系统在天津滨海国际机场的安装和长期运行，为开展基于GLS的开放运行，提供了有力的支撑条件，对提升我国空管设备自动化水平以及国产化水平有重要的意义。

[1] IB-TM-2015-002. 中国民航航空系统组块升级（ASBU）发展与实施策略[EB/OL]. 信息通告：中国民用航空局空管行业管理办公室，2015.

[2] DO-245A, Minimum Aviation System Performance Standards for The Local Area Augmentation System (LAAS)[S]. Washington D.C.: RTCA, 2004.

[3] MH/T 4045-2017. 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[S]. 北京：中国民用航空局，2017.

[4] DO-253C, Minimum Operational Performance Standards for GPS LAAS Airborne Equipment[S]. Washington D.C.: RTCA, 2000.

Performance Analysis of GBAS Equipment in Tianjin Binhai International Airport

ZHANG Xiaoye

Ground-Based Augmentation System (GBAS) is a new generation of satellite navigation landing guidance system developed by the International Civil Aviation Organization (ICAO).By means of ground differential correction, integrity monitoring and other technologies, GBAS improves the accuracy, integrity, continuity and availability of the satellite navigation system, and provides CAT I or higher level precision approach and landing guidance services for aircraft. The system composition and working principle of the GBAS is briefly introduced, and focuses on the analysis of the operation of Tianjin Airport GBAS equipment. It evaluates the operating performance index of the equipment from the aspects of system accuracy, integrity, continuity and availability, which provides a technical basis for the subsequent application of GBAS.

Ground-Based Augmentation System; Verify Flight; Precision Approach; Integrity; Continuity; Availability

TN967.1

A

1674-7976-(2021)-06-405-05

2021-05-31。

张笑野（1970.04—），吉林榆树人，高级工程师，主要研究方向为通信导航监视。