浅谈地基增强系统（GBAS）地面站选址

申 朋 刘继军 翟文鹏

（1.民航机场规划设计研究总院有限公司西北分公司，陕西西安 710075；2.民航机场建设集团西北设计研究院有限公司，陕西西安 710075；3.中国民航大学空中交通管理学院，天津 300300）

随着民用航空在全世界范围内的快速发展，航空运输对安全、容量和效率的要求越来越高。国际民航组织颁布的《全球空中航行计划》（GANP，Doc9750）中提出，基于全球导航卫星系统（GNSS）的终端区灵活引导和基于性能的引导，陆基导航逐渐向星基导航过渡，星基导航将成为未来主要的导航技术手段[1]。

为了实现导航所需性能，国际民航组织提供三种类型的增强系统，包括机载增强系统（ABAS，Aircraft Based Augmentation System）、地基增强系统（GBAS，Ground Based Augmentation System）、星基增强系统（SBAS，Satellite Based Augmentation System）。《民用航空导航技术应用政策》（AC-115-TM-2015-03）中提到，我国将稳步推进从陆基导航向星基导航的过渡，在大型枢纽机场建设I类GBAS。GBAS的应用是星基导航在机场进近、着陆阶段的重要技术支撑，可以支持飞机从跑道任意一端降落，提供飞机并行进近、曲线进近等更多线路进港，有利于缓解空域拥堵，提升机场吞吐能力，提高航班准点率。

1 地基增强系统简介

GBAS可以对全球导航卫星系统（GNSS）进行差分定位和完好性监视，具有极高的导航精度、完好性、可用性和连续性，可以为机场覆盖空域范围内的航空用户提供导航、精密进近和着陆引导服务[2]。

GBAS结构和组成如图1所示。

图1 GBAS结构和组成

GBAS由空间系统、地面系统和航空器组成。空间系统由一个或多个卫星导航星座构成，地面系统安装于机场内或机场附近，直接从地基发射机向航空器发送卫星导航增强信息，装备相应机载设备的航空器可以获得Ⅰ类精密进近甚至更高等级的进近导航服务。

地面系统作为GBAS最重要的组成部分，主要包括基准接收子系统、地面处理子系统、甚高频数据广播（VDB）子系统、位置域监测子系统以及监控维护子系统。基准接收子系统通常由4台GNSS接收机和定位天线组成，主要为接收到的卫星信号提供伪距测量并检测卫星的工作状态，向地面处理子系统提供相关原始定位数据；地面处理子系统接收来自基准接收子系统带有时间标记的卫星原始测量信息，生成卫星定位差分改正信息、差分基准点数据、进近航段数据的电文，将电文提供给VDB子系统；VDB子系统将上述电文数据转换为用于传输到航空器的射频信号，为进近的航空器提供空间信息；位置域监控子系统用于检测VDB子系统发送的数据和GBAS系统的完好性，将检测结果传输至地面处理子系统、监控维护子系统，完成对增强信号的闭环监测；监控维护子系统可以检测GBAS各地面设备的工作状态，对系统的工作参数进行设置。

2 GBAS地面站选址

进行GBAS地面系统整体设计时，需要合理地选择各地面站的位置。针对单跑道机场，机场整体环境相对简单，只需根据《民用航空导航台（站）设置场地规范》（试行）（以下简称《场地规范》）中的相关要求，在飞行区选择合适的场地位置，综合考虑机场净空、天线附近障碍物、飞机尾流直接喷射情况、供电、通信以及整体建台费用等因素；针对多跑道机场，机场整体环境比较复杂，除了结合机场总体规划和布局，还需要根据机场的实际情况，进行针对性地分析。以国内某大型枢纽机场为例，探讨如何进行GBAS地面站选址。

2.1 机场简介

某大型枢纽机场有南北两个飞行区，近期规划4条跑道（2组近距），从北向南分别为N2跑道（3 800 m×45 m）、N1跑道（3 800 m×45 m）、S1跑道（3 800 m×60 m）、S2跑道（3 000 m×45 m）。N1、N2跑道飞行区指标为4E，跑道间距为413.5 m；S1、S2跑道飞行区指标为4F，跑道间距为380 m；N1与S1跑道之间间距为2 290 m，航站区位于南、北飞行区之间。

某机场跑道布局如图2所示。

图2 某机场跑道布局

根据空域和飞行程序及管制运行需求，该机场设有仪表着陆系统ILS（Instrument Landing System），还需要建设1套Ⅰ类GBAS，作为ILS系统的备份系统。

2.2 GBAS地面站选址

（1）基准接收站。

根据《场地规范》要求，基准接收子系统通常由多个基准接收站组成，几何中心距最低决断高度位置的水平距离通常不超过6 km。

单跑道机场只需要将基准接收站设在飞行区内，基本能满足基准接收站的几何中心距离的要求。但该机场存在4条跑道，需要确定每条跑道决断高度的位置。

决断高度指按精密进近着陆程序进近时，飞机驾驶员对飞机继续进近或复飞做出决断的最低限定高度，Ⅰ类决断高度为60 m（以跑道入口标高为基准）。正常情况下，飞机以3°标准下滑角进行进近，飞机在跑道入口时高度为15 m，计算跑道决断高度位置距跑道入口的距离L。

计算得，L=858.65 m，向上取整为860 m。

基准接收站选址范如图3所示。

图3 基准接收站选址范

以每条跑道2个方向飞机达到决断高度时的水平位置为圆心（图3中8个圆点位置），半径6 km画圆，得到8个半径为6 km的圆重叠后的不规则封闭图形（图3中6 km范围界限），基准接收站应设置在该封闭区域内。结合机场总体规划布局以及飞行区技术标准中相关规定要求，机场范围能够满足基准接收站位置设置要求的区域，为图3中N2跑道北侧以及S2跑道南侧斜条纹阴影区域。

根据《场地规范》对基准接收天线的具体要求，基准接收天线底部高度通常为1～4 m，天线位置应尽量远离跑道中心线延长线（不少于75 m）。配置3部及以上基准接收机时，相邻基准接收天线的间距不应小于50 m。所有基准接收天线不应在一条直线上，任意两个基准接收天线不宜与滑行道、栅栏、大型障碍物等平行或等距设置。

结合可选区域通信、供电条件以及机场的远期发展，本次将基准接收站设在N2跑道北侧靠近西GP/DEM台位置。

基准接收站位置如图4所示。

图4 基准接收站位置

（2）VDB发射站。

VDB天线选址范围如图5所示。

图5 VDB天线选址范围

根据《场地规范》要求，VDB天线距所服务跑道入口的水平距离不超过5.6 km。针对单跑道机场，VDB发射站位置选址较为简单，只要在机场范围内基本都能满足5.6 km的要求，结合规范中对通视、覆盖等要求，设在航站区较高的建筑物屋面或设在飞行区内都可以满足要求。针对多跑道机场或跑道构型不规则的机场，航站区环境比较复杂，为了满足规范要求，需要采用增加VDB扩展站的方式解决。

根据该机场的具体环境分析VDB发射站的选址，以该机场每条跑道入口为圆心，半径5.6 km画圆，得到8个半径为5.6 km的圆重叠后的不规则封闭图形，VDB发射站应设置在该封闭区域内。根据《场地规范》中对VDB天线覆盖区的要求，确定VDB发射站位置。

机场航站区位于南、北飞行区之间，应考虑将VDB发射站天线设在机场航站区，结合通信、供电保障条件，首选机场最高点，即塔台作为天线安装地点，经现场踏勘，塔台屋面无VDB天线安装位置。尝试将天线安装在航站区其他建筑物上，通过分析发现，天线安装在航站区其他建筑物时，容易受航站楼遮挡，无法满足天线与每条跑道最低决断高度位置通视的要求。经过综合分析比较，拟采用VDB主站+VDB扩展站的方式，将VDB主站设在北飞行区，用于N1、N2跑道进近服务；将VDB扩展站设在南飞行区，用于S1、S2跑道进近服务；可以解决航站区建筑物遮挡及覆盖的问题。

建立该机场航站区建筑物模型，利用美国SKYLINE软件对VDB天线信号覆盖进行模拟分析，用于检验信号覆盖的可行性。

VDB主站天线信号覆盖情况如图6所示。

图6 VDB主站天线信号覆盖情况

在北飞行区设置VDB发射站时，北飞行区N1、N2跑道4个方向信号覆盖良好；南飞行区S1、S2跑道4个方向受到障碍物（主要为航站楼）遮挡，跑道两端进近航线上有大面积的信号屏蔽区，无法满足VDB天线与S1、S2跑道最低决断高度位置通视的要求。

VDB扩展站天线信号覆盖情况如图7所示。

图7 VDB扩展站天线信号覆盖情况

在南飞行区设置VDB发射站时，南飞行区S1、S2跑道4个方向信号覆盖良好；北飞行区N1、N2跑道4个方向受到障碍物（主要为航站楼）遮挡，跑道两端进近航线上有大面积的信号屏蔽区，无法满足VDB天线与N1、N2跑道最低决断高度位置通视的要求。

VDB主站+扩展站天线信号覆盖情况如图8所示。

图8 VDB主站+扩展站天线信号覆盖情况

在VDB主站+扩展站天线双重覆盖条件下，4条跑道两端信号覆盖情况良好，各方向进近过程中五边区域信号覆盖良好，满足飞行程序使用要求。

结合通信、供电保障等级，VDB主站设在北飞行区N2跑道西GP/DME台北侧，VDB扩展站设在南飞行区S2跑道东GP/DME台西侧。

GBAS各地面站平面位置如图9所示。

图9 GBAS各地面站平面位置

3 结语

随着全球导航卫星系统和航空电子系统等先进技术发展，星基导航势必逐步取代陆基导航。文章分析的案例是国内首例民航局正式批复的GBAS项目，标志着我国陆基导航逐渐向星基导航过渡进入具体实施阶段，民航局将陆续推进更多的大型枢纽机场建设Ⅰ类GBAS。目前，在GBAS建设中，结合机场的实际环境，在满足规范要求的前提下进行基准接收站、VDB发射站选址仍是关键环节。