地基增强系统gbas发展现状及优势分析

地基增强系统GBAS发展现状及优势分析
乔聚阳|大连国际机场股份有限公司
摘要：地基增强系统（GBAS）是一种基于卫星导航的新型精密进近着陆引导系统，本文介绍了GBAS的发展现状和基本原理，对比仪表着陆系统（ILS）和微波着陆系统（MLS）分析了GBAS的性能优势，并指出了GBAS未来的发展前景和面临的问题。

关键词：着陆引导系统；地基增强系统；GBAS
着陆是航班飞行过程中情况最为复杂、最易发生故障的阶段，因此精确、可靠的着陆引导系统对航空安全来说至关重要。

目前，民航应用最广的着陆引导系统是ILS。

随着卫星导航技术的发展，民航导航已由传统的陆基导航向星基导航转变，由此诞生了一种基于卫星导航的新型着陆引导系统——GBAS。

1 GBAS系统的发展现状
全球卫星导航技术虽可提供全球、全天候、高精度的连续导航与定位功能，但由于存在星历误差、易受电离层和对流层影响等因素的制
约，其标准的定位服务无法完全满足民航的要
求，特别是对精度要求极高的进近着陆阶段，
由此诞生了增强技术。

而GBAS指的是用户直接由地基发射机接
收增强信息的增强系统。

最早的GBAS系统是局域增强系统
（LAAS），它是1990年由美国Honeywell公
司和NASA共同完成的差分GPS（DGPS）
演变而来的。

1998年，LAAS被ICAO采纳
为GBAS。

2009年9月3日Honeywell公司的
GBAS系统通过了CAT-I精密进近着陆系统的
设计认证[1]，而CAT-II和CAT-III系统的研
发和验证工作也正在有序的进行中。

目前，美
国、西班牙、德国、法国、澳大利亚、日本等
国均致力与GBAS的研究，并在个别机场批准
了GBAS着陆（GLS）运行。

中国同样在积极推广GBAS，目前已在上
海浦东机场安装了一套Honeywell公司的SLS-
4000型GBAS系统，并于2015年3月20日
进行了GLS的演示验证。

而在自主研发方面，
中国于2006年9月就启动了国产GBAS系统
的研发项目。

2019年4月9日，由中国电子科技集
团有限公司（简称CETC）研制的中国国产
GBAS设备在天津机场顺利完成了首次飞行验
证，不仅验证了基于GPS的GBAS着陆引导
能力，还验证了基于北斗（BDS）的GBAS着
陆引导能力[2]。

同年12月24日，中国民航局
向CETC颁发了中国首张GBAS设备临时使用
许可证，标志着国产精密进近导航设备实现了
零的突破。

2 GBAS的基本原理
GBAS系统将差分定位技术和伪卫星增强
技术相结合，并增加一系列完好性监视算法，
使其能够符合精密进近着陆标准要求的精度、
完好性、连续性和可用性等导航性能指标。

（下转第49页）表1　ILS、MLS和GBAS的性能对比
性能ILS MLS GBAS
频率范围
航向：108～112MHz
下滑：328.6～335.4MHz
5031.0～5090.7MHz108～117.950 MHz
频道数目40个200个80个，以后可达1600个
信号覆盖
范围方位±35°/17海里±60°/30海里360°/23海里仰角2～4°/10海里0～20°/30海里0～90°/23海里
精度(DH=60m,2σ)水平侧向18.4m测向4.2m测向0.4m 垂直 4.1m 2.7m0.4m
着陆标准多为I类，达到II、III类标准较困难，费用高可实现III类着陆标准
到跑道入口的距离
数据的获取途径
指点信标机在2、3个点上提供DME/P提供连续距离数据机载计算即可获取
高度数据的获取途径无线电高度表
从拉平台获得或由距离和仰角数据算
出
机载计算即可获取
机载接收机航向和下滑分别两个通道方位、仰角、拉平引导、距离等共用
一个通道
只使用差分数据链一个通道
进近方式只有单路径直线进近一种方式包括直线、曲线等立体的多路径进近方式飞行程序的灵活性无灵活性可回避地形障碍、噪声敏感区、空中禁区等
顺序着陆飞机之间的间隔和跑道起降率需要的间隔大
起降率低
需要的间隔小
起降率高
对短距和垂直起降飞机的引导能力无有着陆后滑跑引导能力无有受调频台干扰航向受干扰无
场地要求要求平整，初建费用高要求低，初建费用低临界区和敏感区
限制
有，车辆、飞机需避让无
安装维护费用高、不方便费用低、方便
飞行校验每套ILS的每台设备要分别定期校验，费用高每套设备校验1次，费用较低整个机场只需投产校飞1次，费用很低
的数据及信息传输网络，来代替落后的数据及信息传输系统，在降低时间成本的同时还能大幅度地提高运行效率。

为了提高数据传输的速率，提升数据及信息网络的容量，减少延迟，可引进5G技术。

在保证航班运行不受电磁波干扰的情况下，在机场附近建设5G基站，架构5G网络，提高管制部门之间对航班数据以及运行信息的共享速度。

而塔台作为管制单位的核心部门之一，通过5G技术可以实时获取离港机场甚至其他机场的运行数据和信息，为实现多部门之间的协同运行建立了基础。

3.2优化后运行管理系统的工作原理
通过塔台管制部门与其他运行部门的协同运行，涉及到运行各个方面的关键数据及信息将被实时上传至塔台管制部门的运行管理系统。

相关的运行数据及信息包括预计离港时间、天气实况与天气预报、流控信息、航班保障情况等。

运行管理控制系统，即是航班运行管理平台的中枢神经。

作为控制主干，其工作原理是对获取到的运行数据和信息进行统一处理，并进行逻辑分析，根据排序算法得出最优的航班运行方案，该运行方案的高效性主要体现在合理的航班排序方面。

3.3优化后运行管理系统的主要结构框架
运行管理系统的主要结构框架如图1所示。

其核心部件涵盖了超短波设备组件、短波
设备模块以及语音数字化处理工具等[3]。

将这
些模块采用嵌入式开发的方式进行硬件互联，
保证每一部分的功能，作为控制基础单位发挥
好底层支撑的作用。

同时，作为控制逻辑单元要建立自己的功
能实现群，需要借助分支总线手段 [3]，将多个
实用的功能模板进行串接互联，在网络管理系
统的统一管理下运行。

最终由硬件电路的精度
与网络传输的速度来决定运行管理系统对运行
数据及信息的处理能力。

4基于运行数据和信息的排序算法
设计
管制部门对离港航班运行的管控可基于运
行管理系统给出的具体排序方案来实现。

简单
来说就是运行管理系统可以通过一套逻辑算法
来对离港航班进行合理排序。

这里可以通过一
个简单的例子来进行说明，假设有A、B、C
三个离港航班，首先按照计划离港时间来进行
初始排序。

A航班预计离港时间为09:00，B航班预
计离港时间为09:05，C航班预计离港时间为
09:10。

因此，运行管理系统基于预计离港时
间所给出的初始离港顺序为A航班、B航班、
C航班。

而后，A航班因航路限制，预计离港
时间推迟20分钟，同时C航班因货物问题而
导致关舱门时间推迟5分钟。

运行管理系统在
收到这两条关键的运行信息后，会对A、C航
班的预计离港时间进行重新计算，A航班预计
离港时间调整为09:20，C航班预计离港时间
调整为09:15。

离港时间调整后，运行管理系
统给出新的离港顺序为B航班、C航班、A航
班。

运行管理系统的排序过程由图2所示。

5结语
综上所述，基于协同运行的塔台运行管理
系统的设计优化主要是获取全面、准确的运行
数据和信息，再将所有的数据和信息进行整合，
根据排序算法进行逻辑分析，确定合理、高效
的离港顺序，得出航班运行模式的最优解。

当
航班数量有上百甚至上千架次时，运行管理系
统也能基于预计离港时间，再结合其他相关的
运行数据和信息来进行逻辑分析，对所有的离
港航班进行合理排序，有效提高了塔台管制部
门的运行效率和航班管理质量。

参考文献
[1]蒋晓霜.机场塔台运行管理
系统的设计及应用研究[J].电子测
试,2019(13):75-76.
[2]马雅洁.机场塔台管制的
安全管理体制分析[J].科技创新导
报,2019(28):184+186.
[3]贾大卫,吴子燕,王其昂.基于贝叶
斯网络的路网地震可靠性评估[J].自然灾害
学报,2019,028(004):151-158.
（上接第41页）
GBAS系统由空间、地面和机载三部分组成。

其中，空间部分为在轨的GNSS星座，主要功能是产生电文，向机载用户和地面系统提供导航信号。

目前ICAO认可的GNSS星座仅有美国的GPS和俄罗斯的GLONASS，而欧盟的Galileo和中国的BDS待全面建成后也将逐步纳入GNSS。

地面部分由位于机场的参考接收系统、地面处理系统和VHF数据广播（VDB）系统组成。

参考接收系统主要用来收集卫星的星历数据、电离层传播时延、卫星伪距和精密时间等，之后送至地面处理系统计算得出各卫星的差分修正信息，地面处理系统同时监测卫星导航系统和本站自身的完好性信息，最后由VDB将修正信息、完好性信息，以及最终进近段（FAS）数据向覆盖区域内的飞机广播。

目前，GBAS的机载接收设备已与ILS、MLS的相融合，称为多模接收机（MMR）。

航空用户通过将MMR所接收的地面广播的GBAS数据与
自身接收到的卫星信息进行差分修正，从而实
施精密进近着陆引导。

3 GBAS的优势分析
由于ILS存在频道少、下滑道单一、覆盖
范围有限、易受干扰、对场地要求严格等缺点，
ICAO曾计划推广MLS取代ILS。

但因MLS地
面系统复杂，地面和机载设备配置费用高，运
行和保障的技术要求高，最终未能得到大范围
的应用。

2000年，ICAO又推荐将GBAS作为
下一代的着陆引导系统。

ILS、MLS和GBAS
三种着陆引导系统的性能对比见表1。

通过对比可以看出GBAS具有绝对优势，
其精度高、频道数多、覆盖范围广、空域利用
率高、对场地的要求低，且一套GBAS即可服
务覆盖区域内的所有跑道，成本低廉、安装简
单、维护方便。

使用GBAS不仅可以优化进近
路线，降低机场运行成本，还能够增加机场吞
吐能力，极大限度的降低天气、地形对飞行的
限制。

因此GBAS必将得到广泛的应用。

4结束语
中国民航局于2009年10月就制定了《中
国民航PBN实施路线图》，欲在中国推广和
应用GBAS，但至今中国还没有一个机场正式
实施GLS运行。

虽然中国的GBAS之路已取得
了诸多成果，但还面临诸多问题：（1）我国
的GBAS相关标准还不够完善；（2）北斗还
未纳入国际民航组织GNSS标准框架，缺乏相
应的北斗机载设备；（3）需进一步开展CAT-
II、III类GBAS系统的研发和验证。

GBAS这
项新技术在中国的应用仍任重而道远。

参考文献
[1]董树鹏.卫星导航系统在进近着陆中
的应用研究[J].防护工程,2019(4):161.
[2]张也.论GBAS技术在中国民航的应
用[J].数字技术与应用,2019(9):22.。