3.5 GNSS地基增强系统

3.5.1 系统简介

为了提高卫星导航系统的性能，针对机场范围的飞机精确进近着陆、起飞和终端区域的各种操作，美国联邦航空局（FAA）主持研发了地基型GPS增强系统——局域增强系统（LAAS）。国际民航组织称其为地基增强系统（GBAS）。目前，成熟的GBAS都是基于GPS应用开展的。随着GLONASS、Galileo系统和北斗系统等GNSS的逐步发展和完善，各国民航领域正在大力开展基于这些系统的GNSS GBAS的应用研究。

3.5.2 系统构成

GBAS包括卫星子系统、地面子系统和机载子系统，GBAS的地球站包括4对基准接收机和天线、地面数据处理设备、甚高频数据广播（VDB）设备、VDB天线等。地面数据处理设备通过结合来自每个基准接收机的测量值产生可见卫星的差分校正值，同时通过实时监测导航信号本身或地球站的异常，形成卫星导航系统和地面站自身的完好性信息。

卫星子系统（GPS星座）产生测距信号，然后发送给地面子系统和机载子系统。地面子系统称为LAAS地面设施，包括数个参考接收机、一个数据处理器和甚高频数据链，其根据卫星测距信号和事先已知的参考接收机的精确位置计算卫星的伪距校正值，然后通过一系列完好性监测算法获得系统的完好性信息，并将这些信息打包成合适的格式发送给机载子系统。机载子系统为多模式接收机（MMR），可同时接收和处理GPS及LAAS的空间信号，并输出经过校正的位置解和完好性信息。

地面子系统生成地面监视差分修正数据和完好性相关信息及其他数据，包括定义最终进近路径。最终进近路径是一条无限延伸的直线，是为进近航空器进行导航的空中几何路径。生成的数据通过VDB传送到机载子系统。由VDB提供的数据和数据格式的定义可参见标准RTCA/DO-246D。

机载子系统使用GPS/GBAS的空中信号计算差分修正位置的估计值，并产生相对于最终进近路径的偏差信号。这些偏差与目前ILS接收设备提供的偏差是兼容的。机载子系统已有关于线性偏差的规定，可支持新的运行操作，如同时对平行路道的操作。机载子系统也可提供系统性能的适时通告（如告警）和输出具有完好性信息的位置/速度/时间（PVT）信息，然后将FAS数据、差分修正值和完好性信息通过VDB播发给机载用户。

3.5.3 系统性能

GBAS是一种完善的局域差分系统，它要满足精度、完好性、连续性和可用性方面的一系列严格的要求，以便使飞机的定位精度达到亚米级。其高质量的GPS基准接收机在机场空域通过甚高频数据链将GPS差分修正值和完好性监测数据向着陆进场的飞机广播，用于精确定位，以保证安全。而一般的局域差分GPS技术利用两台GPS接收机（一台具有基准站功能；另一台为移动用户接收机）就可构成差分GPS定位系统。目前应用最广的差分GPS技术是伪距差分，其定位精度能提高到±1.5m，一般作用范围为40km。为了提高定位精度和保持伪距差分的可靠性，准载波相位差分GPS产生了，其定位精度可达50cm，是用于1∶500大比例尺水深测图、疏浚、抛石等工程的定位技术。

LAAS是一种GBAS。LAAS服务于机场的GPS参考站设施。这种设施装备有3个或更多的（冗余）基准接收机，可独立地测量GPS卫星的伪距和载波相位，并且生成差分载波平滑码改正数消息，并以31.5kbps的速率通过甚高频（在108～118MHz频段上）数据广播播发给最终用户，其中包括安全和进近的几何因子信息。该信息允许覆盖在LAAS地球站45km范围内的用户以0.5m（95%）的精度来执行基于GPS的定位，并实现直至非精密进近的所有民用飞行业务。飞机降落在装备了LAAS的机场，将能够至少在 l类最低天气标准下进行精密进近运行。

美国国家差分GPS是由美国海岸警卫队经营和管理的全国性的定位、导航和授时应用网络系统。它由50个海事站点、29个内陆站点和9个水路站点构成。该系统对美国本土92%的地面区域提供服务，而且其中有65%的区域接受双重覆盖服务。该系统在地面和海上交通运输、农业、环境和自然资源管理，以及气象预报和精确定位方面得到了广泛应用。

全球差分GPS（GDGPS）是完整的、非常可靠的、高精度实时的GNSS监控和增强系统。它是由实时参考接收机、创新的网络架构及屡获殊荣的实时数据处理软件构成的大型地面网络，可以为世界上的任何地方提供亚分米级（＜10cm）的定位精度和亚纳秒级的时间传递精度，无论是在地面上、在空中，还是在空间中，都不依赖于本地化的基础设施。

3.5.4 系统应用

美国FAA已将卫星导航着陆系统作为下一代空管中飞机引导的核心支撑系统之一和PNT（定位导航授时）服务路线图的组成部分。CAT Ⅰ（第一类精密进近）LAAS地面设备已经在2009年9月首次获得基于安全考虑的系统设计认证，美国FAA于2011年开始在Memphis和Newark开展了CAT Ⅰ LAAS地面系统的运行认证。美国FAA正着力完成CAT Ⅲ（第三类精密进近）LAAS地面和机载系统原型的研发，以期使LAAS达到CAT Ⅲ的运行能力。Honeywell的SLS-3000 GBAS地球站已经于2007年年初安装在西班牙Malaga机场。Malaga机场同时安装了Thales的GMS 670 GBAS监测站，用于收集数据、实时监视GBAS的性能和干扰。从2008年开始，德国空中交通管理局（DFS）就一直在开发GBAS方面与柏林航空公司紧密合作。2009年11月，柏林航空公司成为世界上首家获批运行GBAS着陆引导程序的航空公司，其波音737NG机队可在降落时可视距离仅为550m的情况下使用GBAS。2012年，柏林航空公司在Bremen机场成功完成主用GLS引导至CAT Ⅰ决断高度的星际着陆验证，GBAS被鉴定为合格的主要降落引导系统。

卫星导航着陆系统是未来国际民航组织和美国FAA大力发展的下一代着陆引导系统，该系统是终端区的基础设施，为多种应用提供支撑，具有广阔的应用前景。该系统可以明显改善终端区的飞行安全水平，提高飞行容量，节省燃料，降低噪声，同时可以为终端区其他应用提供支撑，如提供所需导航性能（RNP）操作、自动相关监视和机场场面引导等，该系统的应用将会取得非常可观的直接和间接的经济效益。