摘要： 近日，民航局发布《中国民航北斗卫星导航系统应用实施路线图》，推动北斗卫星导航系统民航应用。新疆空管局一以贯之，积极推进融合北斗卫星的地基增强系统（GBAS）新技术在乌鲁木齐“智慧机场”的示范应用。 

　　背景 

　　新疆是我国面积最大的省份，地域辽阔，位置特殊，航空业务有着巨大的发展潜力。乌鲁木齐国际机场作为“一带一路”枢纽机场，战略地位凸显重要。 

　　乌鲁木齐地窝堡国际机场周围地形复杂，属于多山地带，部分山峰海拔在4500m以上。受周围高山地形环境以及周围军航机场影响，乌鲁木齐机场航空器起飞和进近飞行空域、航路航线多有限制，现有的陆基着陆系统不能满足未来民航迅速发展的安全、容量及效率需要。 

　　2009年10月民航局发布《中国民航基于性能导航实施路线图》，阐述GBAS导航系统可以为RNAV和RNP提供有效服务，并提出近期在部分机场建设GBAS系统，实现GLS进近，远期将适时使用GLS进近取代ILS进近的工作目标。 

　　时隔10年，2019年12月民航局发布《中国民航北斗卫星导航系统应用实施路线图》，将推进兼容北斗卫星的双频多星座地基增强系统国际民航组织标准及建议措施(ICAO SARPs)的修订列为近期目标，远期（2025年）建设部署兼容北斗系统的地基增强系统。 

　　一、地基增强系统研究现状 

　　国外，欧、美、澳大利亚等多机场已经使用I类GBAS系统。基于单频单星座III类GBAS技术的产品研发和实验验证工作也正在紧锣密鼓地进行。 

　　美国、法国和日本等国家重点推进了基于双频多星座的GBAS地面和机载设备研究验证，消减由电离层频繁变化造成的定位误差，提升导航信号的连续性和可用性。 

　　近些年中国在导航卫星的研究及精密进近应用上成绩斐然。中国电科历时近3年半时间， 2019年3月完成I类GBAS产品合格审定，11月完成飞行验证工作，最终于12月17日取得中国民航首张颁发的临时使用许可证。 

　　目前国内正在积极研究电离层异常模型监测、环境干扰检测与减轻、机载多故障综合监测、自动着陆安全引导等技术，研制基于多星座双频的Ⅱ/III类卫星导航地基增强系统。 

　　基于此，新疆空管局筹划于乌鲁木齐机场建设融合北斗卫星的GBAS系统，验证、积累多星座GBAS系统的运行标准和经验。 

　　二、乌鲁木齐机场GBAS运行必要性及可行性分析 

　　乌鲁木齐国际机场飞行区技术等级指标为4E，现有一条长3600m、宽45m 的跑道，可满足B747-400 飞机及其以下机型全载起降。 

　　（一）乌鲁木齐机场GBAS建设必要性 

　　图2-1 乌鲁木齐机场卫星图 

　　如图2-1所示，乌鲁木齐国际机场一条跑道， 25 号方向（主降方向）为Ⅱ类精密进近系统，07号方向（次降方向）为Ⅰ类精密进近系统。 

　　乌鲁木齐国际机场作为“一带一路”战略枢纽，航空业务量发展迅猛，年旅客吞吐量已突破了2300万人次，单跑道日高峰606架次，起降500架次以上已达157天。 

　　航空业务量高速发展对机场保障能力提出了更高的要求。尤其是乌鲁木齐机场冬春季运行常出现大雾、大雪等天气，机场又只有一条跑道，航班正常运行高度依赖单跑道双向仪表着陆系统。期间仪表着陆系统一旦故障，或因飞行校验使用VOR/DME等非精密仪表进近，就会因跑道能见度标准不够发布流量控制，甚至引发航班延误，取消等不正常事件。此外，仪表着陆系统航道和下滑道保护区对场地环境敏感，夏季除草，冬季清雪，场地环境要求高，运行维护难度大。 

　　为保障机场的正常运行，指引航班安全起降，急需建设一套精密进近着陆设备，与现有仪表着陆系统相互冗余备份。 

　　国内外有些机场，通过单跑道方向建设两套仪表着陆系统来缓解单系统故障风险。笔者认为，此举增加设备投入，维护及定期校验支出，使原本敏感的飞行区场地及电磁环境愈加复杂，不如使用基于GNSS的地基增强系统安全、高效。 

　　（二）乌鲁木齐机场GBAS建设可行性分析 

　　1、GBAS与传统着陆系统性能比较 

　　地基增强系统与仪表着陆系统及微波着陆系统性能比较如表2-1所示。 

　　表2-1 GBAS与传统着陆系统性能比较 

　　从表中可以看到，对比仪表着陆系统，地基增强系统投资小，精度高，场地要求低，受环境影响较小，适用于山区、戈壁等环境差的地方。满足乌鲁木齐国际机场运行条件，具备推广价值。 

　　2、GNSS导航条件 

　　GPS是目前世界范围内应用最为广泛也最为成熟的GNSS系统。国内民航飞机90%以上装备了GPS机载设备，民航应用GNSS的基础条件已经基本具备。图2-2为基于GPS标准24颗卫星星座的全国可见卫星数的24小时平均。 

　　图2-2 基于GPS标准24颗卫星星座的全国可见卫星数的24小时平均 

　　如图所示，全国范围内任何地点平均都有7颗以上的GPS卫星可见，最多可有11颗卫星可见，最少也有6颗可见。 

　　截止2019年12月16日，我国已成功发射第52、53颗北斗导航卫星，预计2020年上半年即可完成全球组网覆盖。 

　　由此可见，在乌鲁木齐国际机场实施基于融合北斗卫星导航系统的I类精密进近，具备GNSS导航条件。 

　　三、乌鲁木齐机场GBAS技术方案 

　　系统建设过程中，重点研究地面设备的选址规划，保障GBAS地面设备既能与现有机场导航设备兼容，又能适应未来航空发展要求。 

　　一、地基增强系统（GBAS）场址选择 

　　依据国际民航组织GBAS运行标准，兼顾美国联邦航空局的LAAS系统的导航性能要求，对乌鲁木齐机场预选的GBAS站点进行综合必选。 

　　（一） LAAS选址程序 

　　LAAS选址程序包括 “初步站点鉴定”，“正式站点测量”及“站点综合分析”三个阶段。 

　　（二）初步站点鉴定 

　　初步站点鉴定的目的是确定候选站点满足系统和操作需求。 

　　1、收集所有必需的信息，包括：机场放行许可图、机场地形图、机场平面布置图、机场中远期规划文档、现有的空中交通管制（ATC）设施的描述，导航设施（NAV AIDS）、机场通信、供电管道、仪表进离场程序等； 

　　2、其次，评估包含现有的通信系统和导航设施的位置、机房空间、VDB覆盖盲区等；开展乌鲁木齐机场地形及障碍物测量，考虑障碍物的位置（例如：飞机库、候机楼、雷达天线塔等）；分析可能的多径和屏蔽源、邻近的高压线缆、铁路等电磁环境影响等。 

　　（三）正式站点测量 

　　正式站点测量的目的是测量在初步站点鉴定过程期间选择的每一个预期站点的技术数据，以帮助站点综合分析。 

　　对每一个预期站点上的技术数据进行正式站点测量，以辅助站点综合分析。正式站点测量包括测量天线中心点位置，天线遮蔽角（仰角大于2度）测量，GPS/SBAS信号有可接受的干扰水平、VDB天线发射盲区等；同时，通过数学建模，计算评估σpr_gnd评估可能的多径干扰，基准站的伪距误差等。 

　　（四）站点综合分析 

　　站点综合分析系对包括在初步站点鉴定和正式站点测量期间采集的数据的分析。包括地面接收机可用性、连续性、VDB覆盖、伪距误差以及相应的干扰分析。评估站点环境（诸如湿地、洪泛区、文物或濒于灭绝的物种栖息地等），进行成本分析，最终形成台址分析报告，推荐适宜场址。 

　　（五）推荐场址情况 

　　经过初步站点鉴定，正式站点测量，站点综合分析，推荐将GBAS站点场址设置于乌鲁木齐机场07号下滑台（西下滑/测距台），VDB对空台架设于乌鲁木齐机场塔台。 

　　拟选场址地形地貌、工程地质、以及净空及电磁环境、机房供电、通信等附属设施情况如下： 

　　1、净空及电磁环境分析 

　　基准接收机天线场址位于西下滑/测距台，距乌鲁木齐国际机场跑道西端内撤300m，跑道中心线以北120m。以此为中心的机场地形图及遮蔽角显示，场内障碍物主要是基地航空公司南航机库及乌鲁木齐机场货运仓库。但距西下滑台距离远，遮蔽角小于2度，通视情况良好。 

　　用于安装VDB广播站的塔台塔顶，通视情况良好，电磁干扰分析报告未发现电磁干扰，净空环境满足要求。 

　　2、机房供电、通信等附属设施情况 

　　西下滑/测距台机房面积30 m²，为砖混结构。 

　　采用2路低压供电，分别引自机场1号箱变和2号箱变，线路长度分别约为300m和200m，机房内同时配置1套延时4小时的蓄电池作为备用电源。机房至航管楼敷设有1条光环网及10对通信电缆。机房采用联合接地系统，接地电阻为2.9Ω，满足防雷接地要求。 

　　二、GBAS地面设备部署 

　　按照机场构型，GBAS地面设备部署主要包括4个地面基准接收机，1个地面处理设备及对空台VDB站等。地面设备布局如3-1示意图所示。 

　　信号处理流程如下： 

　　图 3-1 GBAS 地面设备部署示意 

　　（一）机场西下滑台附近安装有4个地面基准接收机，负责获得伪距信息和载波相位观测量值，同时对接收到的导航电文进行解码。基准接收机要考虑减小多路径误差。 

　　（二）1个地面处理设备，负责计算伪距改正数，以及载波相位的变化量值，同时对GNSS信号进行完好性监测； 

　　（三）处理信号经数据传输至塔台。塔台数据机房负责GBAS数据的维护，同时转发导航信号到对空VDB台； 

　　（四）对空VDB台负责按一定格式对所有广播数据(包括进近数据、伪距修正量及导航信号完好性信息)进行编码播报。 

　　地面处理设备同时要对GBAS完好性风险进行评估：将基准接收机观测数据，和广播的改正数进行差分修正计算，与相应的告警限值VAL及LAL进行比较。如果空间信号超出告警门限，应中止导航。 

　　四、导航卫星完好性监测系统建设 

　　导航卫星完好性是地基增强系统正常运行的必要条件。利用接收机自主完好性监测(RAIM)，为卫星导航系统的应用提供完好性监测保障。 

　　早在2014年11月，考虑到新疆地区航路导航设备航路/线覆盖能力不足，民航局即同意新疆地区航路（线）首先使用GPS导航飞行；2015年2月，民航局批复新疆地区航路/线（含终端区）实施PBN运行； 2018年1月4日，新疆地区航路/线全面实施ADS-B监视管制运行。新疆民航作为新技术试验基地，始终不忘坚守安全底线。不论各航空公司签派放行，还是空管局管制指挥，均要求登录民航局空管局RAIM预测网站，提前查询、确认作业时间、作业区域内导航卫星健康状况。 

　　地基增强系统作为卫星导航系统在机场进近着陆这一关键阶段的具体应用，导航卫星性能监测与评估自然更显重要。按照《中国民航北斗卫星导航系统应用实施路线图》部署，空管局需负责建设、运行和维护导航卫星性能监测与评估系统，对GNSS持续监测评估，定期发布监测报告，对北斗系统及其增强系统提供相应的监测数据和运行建议。 

　　民航局空管局已开始着手建设GNSS性能监测评估系统，预计2021年，初步建成GNSS性能监测评估系统，实时向运营人发布监测产品。到2025年，空管局建成功能完善的GNSS性能监测评估系统。 

　　五、结论 

　　民航局《中国民航北斗卫星导航系统应用实施路线图》一声号角，北斗卫星导航系统即将远航。2020年，新疆空管局将携手乌鲁木齐机场，实施融合北斗卫星的地基增强系统应用验证工作。下一步，新疆机场集团规划继续在喀纳斯、那拉提、巴里坤等复杂地形机场建设满足 CAT I 的基于多星座的地基增强系统。 

　　同时，新疆空管局将持续关注基于双频多星座的II/III类地基增强系统技术研究和示范验证工作，推进II/III类地基增强系统应用，进一步提升航班运行保障能力。（作者：吴德庆 民航空管局）