摘要：在飞行活动最后精密进近和着陆阶段，目前使用的是成熟的依托传统仪表着陆系统（俗称盲降）设备为导航手段的飞行程序。本文通过对现有仪表着陆系统（ILS）作为陆基导航设施和星基导航设施局限性的分析，提出采用卫星导航陆基增强系统（GBAS）予以弥补，实现精密进近着陆阶段导航保障设施从陆基仪表着陆系统（ILS）向星基陆基增强系统（GBAS）的过渡。 

　　一、GBAS（卫星导航陆基增强系统）概况 

　　GBAS（Ground Based Augmentation System）即卫星导航陆基增强系统，主要依托现有的卫星导航系统（GPS、北斗、伽利略）对导航卫星定位信号进行监控和参数校准，可以大幅度提高导航系统的定位精度，实现导航系统完好性、可用性、连续性、精度等四大指标参数的优化，具备实时监控卫星导航信号的能力，使得星基导航系统的总体性能显著增强。 

　　作为新一代星基空管导航技术，其使用连续空中定位理念具有先天的优越性，有效克服了传统导航利用复合定向天线形成特定无线电场型信号的不足，未来可望替代传统的仪表着陆系统或者与仪表着陆系统一起，共同提供机场终端区导航服务。 

　　二、空管导航应用现状和问题 

　　空中交通导航可采用陆基导航和星基导航两种技术方式。当前，空中交通导航根据不同技术手段的完好性、连续性、可用性、精度四个指标情况，按照航路阶段、最后精密进近和着陆阶段导航两个部分同时应用陆基导航和星基导航。其中，传统陆基导航依托地面导航台，精度高但存在较多限制；卫星导航依托空中定位，应用范围较广但精度不足。由于航路导航对导航指标要求相对较低，当前空管部门采用传统陆基地面导航台和卫星导航并行使用的方式，在最后精密进近和着陆阶段仅采用传统陆基仪表着陆系统，没有星基导航手段。  

　　（一）精密进近和着陆阶段的陆基导航应用情况 

　　当前，飞行活动最后精密进近和着陆阶段采用仪表着陆系统（俗称盲降）设备为导航手段设计飞行程序。仪表着陆系统（ILS）由航向台、下滑台、指点信标或测距仪构成，为飞行活动提供航向、垂直引导及距离跑道端显示信息，主要用于航班精密进近阶段的导航。该系统自上世纪四十年代投入空中交通管制应用，现已是当前国内外各机场不可或缺的成熟导航设备。 

　　国内空管部门于上世纪八十年代初开始引进仪表着陆系统设备，起初应用于个别大型机场的服务保障。随着国力的增强，九十年代重点在大型机场跑道主降次降方向、中小型机场主降方向广泛安装配置仪表着陆系统，2010年以后在中小型机场跑道次降方向开展大面积补盲建设。目前，我国几乎所有具备建设条件的运输机场均建设了双向仪表着陆系统。 

　　在仪表着陆系统（ILS）的应用中，因航向及下滑信号是由航向天线阵和下滑天线及地面反射波合成产生，无线电空间信号按照期望的几何构型，对信号的线性、宽度、覆盖等多项指标有严格的要求和限制，系统应用存在一定的局限性，具体如下： 

　　1.系统构成复杂，需要定期飞行校验 

　　为了实现所期望的信号构型，仪表着陆系统（ILS）设备本身构成复杂，天线馈线系统中半导体器件自身工作稳定性引起的参数漂移与信号场型要求稳定性存在矛盾，客观要求系统需进行定期飞行校验以保证和监控空间无线电信号质量。 

　　相对其他通信导航监视系统，仪表着陆系统（ILS）飞行校验科目较为复杂，完成一套仪表着陆系统设备的校验一般需要8-10小时，对正常的航班飞行影响较大，尤其是飞行活动起降多的大型繁忙机场。为了不影响正常航班，目前主要在航班活动少的时间，或使用两架飞机同时校验。随着机场航班量的迅速增加，校飞与正常航班飞行的矛盾日益突出。未来工作中，飞行校验的时间段区间的协调难度将越来越大。 

　　2.存在一定的安全隐患 

　　空管设备保障采用主用设备+备用设备同步保障模式。在仪表着陆系统（ILS）模块中，部分主要设备（如发射机、电源模块等）实现了主备用同步保障，出于系统自身结构的限制，其公用组件部分如天线系统、馈线系统为单系统配置，没有备份保障。因此，当公共部分出现故障时，设备需退出保障服务，若天气条件要求飞机最后精密进近和着陆阶段必须使用某方向仪表着陆系统提供服务保障时，空管部门需被迫提高机场着陆标准，存在较大的安全隐患。 

　　3.对机场内场地保护区要求标准高 

　　仪表着陆系统中航向信号由天线阵合成，下滑信号由下滑天线和地面镜像反射合成，为了保障系统信号的稳定，机场内需要设立较大的场地保护区，尤其是下滑场地保护区。场地保护区范围大且要求高，对保护区内土地平坦度、坡度及杂草高度等有明确的要求，保护区内的车辆、飞机、施工机械等也有严格的限制。为了满足仪表着陆系统运行标准，新建机场时不仅要征用足够的土地建设场地保护区，同时还需对未征用但处于保护区的土地加以使用限制，机场建设成本和管理维护成本显著增加。 

　　4.受五边地形条件影响大 

　　仪表着陆系统信号需要在飞行活动五边区域提供导航引导。在全国范围内，许多机场五边地形复杂，复杂的山体结构严重影响了仪表着陆系统的辐射信号质量，增加了设备运行风险。情况严重时，空管部门能即使设计满足要求的飞行程序，在实际应用中受地形影响，系统仍无法提供满意的信号质量，使用效果严重受限。该问题属于仪表着陆系统本身固有缺陷，难以通过其他手段改善。 

　　（二）精密进近和着陆阶段的星基导航应用情况 

　　不同于传统仪表着陆系统（ILS），卫星导航系统在原理上采用空中定位的连续实现导航，没有空间定向无线电信号合成的概念，地面设备对周边地形虽然也有一定的要求，但较之传统仪表着陆系统场地保护区范围小且要求低，弥补了传统仪表着陆系统的不足。以GPS为代表的全球定位系统自上世纪九十年代初投产以来，一直提供连续、高精度的全球定位服务，广泛应用于军事、航空、航海及公路导航领域。 

　　由于卫星导航信号受空间电离层影响，垂直定位精度相对较低，存在几十米的误差，不符合最后精密进近和着陆阶段导航指标要求，且卫星定位系统的完好性等其他重要导航指标也无法满足民用航空精密进近和着陆阶段导航服务要求，目前我国民航仅在航路导航中采用星基导航。相较于陆基导航系统，卫星导航系统也存在一定的局限性，主要体现在以下两个方面： 

　　1.导航源受控 

　　目前空中有四套卫星导航定位系统，分别是美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯系统（GLONASS）、欧洲的伽利略系统（GALILEO）和我国的北斗系统（BDS）。其中，GPS是唯一成熟的系统，北斗系统可望在2020年完全建成并提供服务，成为第二套成熟的卫星定位系统。现阶段全面使用卫星导航不可避免地依赖于GPS，考虑到国防安全问题，使用风险较大。 

　　2.易受干扰 

　　受距离和卫星功率的条件限制，卫星信号本身发射功率不强，经传播衰减到达地面时信号十分微弱，仅仅为-150db左右。该信号通过地面接收机设施进行信号放大，功能上可以满足使用要求，但容易受到干扰，实际应用中还存在恶意干扰的情况，民航飞机在航路某个区域丢失卫星导航信号的问题时有发生。 

　　三、GBAS（卫星导航陆基增强系统）的优势 

　　（一）提高定位精度 

　　GBAS通过地面系统的修正和校准，可以将卫星精度指标由几十米改善至厘米级，应用于50公里半径范围内，完美弥补了精密进近和着陆阶段卫星导航信号的定位精度缺陷，修正后的导航指标在期望的区域内完全满足民航导航使用要求。 

　　（二）对五边地形要求较低 

　　基于卫星导航定位原理，导航使用的无线电信号来自卫星及地面增强系统设施，是空中连续精确定位的连续使用，完全不受地面地形地物的影响，克服了传统仪表着陆系统空间信号合成的不足。若使用中受到地面地形地物影响引起信号覆盖的不足，可一定程度上通过调整地面增强系统发射机位置或者增加发射机数量进行弥补，确保满足使用需求。 

　　（三）设计使用灵活 

　　使用连续空中精确定位实现航空导航的理念，完全颠覆了使用传统仪表着陆系统航向加下滑信号实现直线航行导航的理念，使用卫星导航可根据不同机场五边地形状况灵活地调整下滑角度，必要时可实现曲线进近，彻底解放了传统被迫单一的特定角度直线航行进近方式，在提高机场跑道使用效率、节省航空器燃油、降低管制工作负荷、提升航行的安全性等方面，都有着不可估量的意义。需要特别说明的是，对于地形非常复杂无法安装仪表着陆系统的机场，最后进近和着陆阶段实现精密导航引导将成为可能。 

　　四、推广使用GBAS的条件及必要性 

　　作为新一代终端区精密进近阶段导航服务的导航新技术，GBAS使用优点极为鲜明：安全可靠、导航精度高、受地形影响小、场地要求简单、使用方式灵活等等，最为重要的是在多跑道机场更是显示出无以伦比的优越性，一套GBAS可替代所有跑道方向的仪表着陆系统，成本优势非常突出，且可实现主备保障服务，极大地提高导航的安全保障裕度，规避了仪表着陆系统的风险，补足了星基导航的劣势。 

　　实际应用中，使用GBAS在机载系统显示界面上和传统仪表着陆系统非常类似，可称为“类盲降”显示，区别在于传统仪表着陆系统显示为ILS，GBAS显示为GLS，使用同一个导航仪表盘，完全符合目前飞行仪表使用习惯。 

　　当前，国内外GBAS设备均已进行了长期的、科学的现场测试工作，数据显示GBAS系统本身可靠性较高，GBAS设备生产制造已趋于成熟且具备国产化能力。其中，已有国产的GBAS设备通过严格的技术测试，取得了通信导航监视设备使用临时许可证，是目前唯一取得该项许可的GBAS设备，完全具备投产使用条件。设备设计指标可用于一类盲降保障服务，机载显示界面类似传统的仪表着陆系统，支持GPS信号并预留扩展端口。未来待北斗卫星定位系统成熟后可实时进行设备升级，全面支持北斗系统在民用航空的应用。 

　　总之，卫星导航系统的先天优势突出，民用航空导航手段从陆基向星基过渡是未来空管导航技术的发展趋势，尽快推广应用GBAS技术是民航空管高质量发展、实现民航强国目标的重要手段，是“四强空管”建设中“强安全”“强效率”的具体应用和推行民航空管新技术应用的具体实践。当前正值GBAS技术应用的发展窗口期，GBAS的推广应用在全球范围内均处于起步阶段，国产北斗系统投产使用指日可待，此时，中国民航率先推广使用GBAS将会占得先机，领先一步实现陆基导航向星基导航的过渡，从而在国际民航发展中处于领先的有利位置。随着GBAS的全面加速推广应用，我国将彻底改变传统导航系统必须依赖进口设备的布局，使用国产星基导航源也标志着我国将民用航空导航系统安全牢牢地控制在自己手中，为实现民航强国战略目标迈出坚实的一步。（作者：王晰 中国民用航空西北空管局） 

　　参考文献： 

　　［1］导航原理与系统（ISBN 978-7-302-39272-9）