楊德錄

成都雙流機(jī)場(chǎng)GBAS選址研究

楊德錄

（中國(guó)民用航空西南地區(qū)空中交通管理局，成都 610000）

GBAS作為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在民航領(lǐng)域應(yīng)用的典型設(shè)備，在完好性、可用性和精度等方面具備更高的性能水平，在著陸引導(dǎo)和精密進(jìn)近等方面擁有特殊優(yōu)勢(shì)。為了推進(jìn)GBAS在國(guó)內(nèi)民航領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用，以成都雙流機(jī)場(chǎng)GBAS選址設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，研究GBAS地面設(shè)備在國(guó)內(nèi)大型干線機(jī)場(chǎng)的選址及場(chǎng)址評(píng)估策略工作。

GBAS；選址；成都雙流機(jī)場(chǎng)

0 引言

成都雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng)（IATA：CTU，ICAO：ZUUU）目前擁有兩條遠(yuǎn)距離平行跑道，跑道首尾相對(duì)而錯(cuò)開(kāi)，其構(gòu)型較為特殊；機(jī)場(chǎng)航站樓位于兩條跑道之間。雙流機(jī)場(chǎng)兩條跑道共四個(gè)跑道入口方向，均需要地基增強(qiáng)系統(tǒng)（Ground-Based Augmentation System，GBAS）設(shè)備提供I類精密進(jìn)近導(dǎo)航服務(wù)。

GBAS地面設(shè)備的運(yùn)行原理為通過(guò)監(jiān)測(cè)與解析GNSS星座衛(wèi)星發(fā)射的空間信號(hào)，使用甚高頻數(shù)據(jù)廣播（VHF Data Broadcast，VDB）向其信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的所有航空器提供導(dǎo)航信號(hào)，為支持航空器的運(yùn)行安全提供對(duì)應(yīng)的偽距修正值、進(jìn)近數(shù)據(jù)、完好性及可用性信息等導(dǎo)航參數(shù)[1]。GBAS地面設(shè)備的主要功能部分稱為主站，通常主站由主站機(jī)柜、VDB發(fā)射機(jī)和天線、基準(zhǔn)接收機(jī)和天線等部分組成。提供I類精密進(jìn)近服務(wù)的GBAS地面設(shè)備通常包含至少1個(gè)VDB發(fā)射機(jī)及天線、基準(zhǔn)接收機(jī)及4個(gè)基準(zhǔn)接收天線。主站機(jī)柜放置于室內(nèi)環(huán)境，VDB天線和4個(gè)基準(zhǔn)接收天線放在主站機(jī)柜附近，并符合其相應(yīng)的保護(hù)區(qū)規(guī)范[2]。

1 GBAS地面設(shè)備選址策略

2021年中國(guó)民航局發(fā)布了新版的《民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視臺(tái)（站）設(shè)置場(chǎng)地規(guī)范》[3]，其中第九章對(duì)GBAS設(shè)備包括GNSS接收天線、VDB天線、通信電纜等設(shè)置提出了一系列具體規(guī)定，使得GBAS地面設(shè)備的選址有據(jù)可依。

除此之外，GBAS臺(tái)站各個(gè)設(shè)備還需要滿足機(jī)場(chǎng)的凈空要求，原則上不得穿越機(jī)場(chǎng)凈空區(qū)表面，并且滿足飛行程序障礙物評(píng)估面的要求[4]。在實(shí)際操作過(guò)程中，某些導(dǎo)航臺(tái)站因?yàn)槭褂孟拗频脑蛐枰O(shè)置在突破限制面/限制區(qū)域的空間內(nèi)，如果GBAS設(shè)備有上述情況，需要進(jìn)行針對(duì)性評(píng)估并得到主管部門特殊許可。

還需要注意的是，避免GBAS設(shè)備與機(jī)場(chǎng)現(xiàn)存的其他導(dǎo)航通信設(shè)施相沖突，在設(shè)置時(shí)需避讓其他設(shè)施的保護(hù)區(qū)，并避免空間信號(hào)由于設(shè)置距離過(guò)近造成互相干擾。

在滿足上述要求的情況下，選擇能夠滿足航行服務(wù)運(yùn)行需求的空間位置作為備選場(chǎng)址，其地理位置盡可能架設(shè)在機(jī)場(chǎng)圍界內(nèi)，方便管理及維護(hù)。在考察備選場(chǎng)址綜合條件時(shí)，除了篩選方便施工、取電及網(wǎng)絡(luò)通信等條件外，也應(yīng)考慮機(jī)場(chǎng)遠(yuǎn)期發(fā)展造成的變動(dòng)對(duì)于臺(tái)址運(yùn)行條件的影響。

2 成都雙流機(jī)場(chǎng)GBAS地面設(shè)備選址流程

按照《民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視臺(tái)（站）設(shè)置場(chǎng)地規(guī)范》中的要求，進(jìn)行地圖作業(yè)初步篩選設(shè)備位置：

1）以跑道入口沿跑道中心線向外約900 m的位置作為該跑道的決斷點(diǎn)，以此點(diǎn)為圓心、6 km為半徑畫(huà)圓；每個(gè)跑道入口均以此方式作圖，圓形交集區(qū)域?yàn)镚BAS主站可設(shè)置區(qū)域，四個(gè)基準(zhǔn)接收天線的幾何中心必須位于該區(qū)域內(nèi)，才能服務(wù)所有跑道入口的運(yùn)行，滿足規(guī)范中9.2.2相關(guān)規(guī)定。

2）以同樣方式，以跑道入口為圓心、5.6 km為半徑畫(huà)圓，四個(gè)圓形交集區(qū)域?yàn)镚BAS主站的VDB發(fā)射天線可選擇區(qū)域，設(shè)置在該區(qū)域內(nèi)的設(shè)備可覆蓋所有跑道方向的導(dǎo)航信號(hào)服務(wù)，滿足規(guī)范9.2.3相關(guān)規(guī)定。除此之外，某些GBAS設(shè)備設(shè)置有額外的VDB站，可以在無(wú)法遴選出交集區(qū)域或VDB信號(hào)存在被障礙物（如航站樓）遮擋的情況下，使用多個(gè)VDB站及發(fā)射天線保障多跑道服務(wù)。

地圖初選作業(yè)的過(guò)程示意如圖1所示，圖中用陰影表示的區(qū)域?yàn)镚BAS主站設(shè)備備選區(qū)域，是上述兩個(gè)區(qū)域的交集。由于雙流機(jī)場(chǎng)跑道特殊構(gòu)型，得到的主站可選區(qū)域非常狹窄，可選區(qū)域空地少，各類停機(jī)坪較多，且覆蓋跑道端凈空。在圖1作業(yè)的主站可選區(qū)域之外布站，則一套GBAS設(shè)備無(wú)法滿足為所有跑道提供精密進(jìn)近導(dǎo)航服務(wù)的要求，極大地增加了設(shè)備成本。所以在雙流機(jī)場(chǎng)的選址工作中，無(wú)法給出多個(gè)彼此距離較遠(yuǎn)、變化較大的備選場(chǎng)址方案，本文采取選定最佳主站布局區(qū)域后，通過(guò)天線位置微調(diào)來(lái)達(dá)到選址方案優(yōu)化的方式，進(jìn)行選址作業(yè)。

圖1 雙流機(jī)場(chǎng)GBAS候選地址示意圖

2.1 雙流機(jī)場(chǎng)GBAS設(shè)備配置及位置布局

主站可選區(qū)域內(nèi)，靠近現(xiàn)有航向臺(tái)或下滑臺(tái)可以節(jié)省主站室內(nèi)設(shè)備另建機(jī)房的成本，靠近電源并且便于維護(hù)。由于雙流機(jī)場(chǎng)西跑道南端及東跑道北端航向臺(tái)附近空地面積小，且考慮端凈空對(duì)天線高度的限制，綜合考慮將主站位置定為東跑道北端下滑臺(tái)后方。該下滑臺(tái)機(jī)房北側(cè)區(qū)域地勢(shì)開(kāi)闊，滿足基準(zhǔn)接收天線間隔要求，且無(wú)航空器尾流的影響，屬于較為理想的場(chǎng)址位置。

主站4個(gè)基準(zhǔn)接收天線及VDB天線位于機(jī)房北側(cè)空地?？紤]到航站樓對(duì)VDB信號(hào)的遮擋，主站VDB只能完全覆蓋東跑道，故需要增加一套VDB設(shè)備（即VDB擴(kuò)展站）滿足西跑道VDB通場(chǎng)覆蓋要求。對(duì)于四個(gè)跑道入口的衛(wèi)星定位精度監(jiān)測(cè)，主站位置可以提供東跑道北端及西跑道南端的定位精度監(jiān)測(cè)，但超過(guò)主站位置3 km以上的其他入口需要單獨(dú)配置衛(wèi)星定位精度監(jiān)測(cè)設(shè)備（即位置域監(jiān)測(cè)站）并與主站設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，隨時(shí)監(jiān)測(cè)GBAS服務(wù)可用性。故需要在西跑道北端及東跑道南端各布局一套位置域監(jiān)測(cè)站。

根據(jù)上述內(nèi)容得到雙流機(jī)場(chǎng)GBAS設(shè)備配置如表1所示。

表1 成都雙流機(jī)場(chǎng)GBAS設(shè)備配置

雙流機(jī)場(chǎng)GBAS各站點(diǎn)位置如圖2所示。

圖2 雙流機(jī)場(chǎng)GBAS各站點(diǎn)位置示意圖

2.2 GBAS主站天線布局分析

確定主站位置后，根據(jù)《民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視臺(tái)（站）設(shè)置場(chǎng)地規(guī)范》[3]中關(guān)于基準(zhǔn)接收天線布局的要求，基準(zhǔn)接收天線之間的間距需大于50 m，且距離跑道中心線垂直間距75 m以上。以下提供兩種布局方案，在滿足選址規(guī)范相關(guān)參數(shù)的規(guī)定下，可做到四個(gè)基準(zhǔn)接收天線的幾何中心在主站可選區(qū)域內(nèi)，滿足四個(gè)跑道入口的GBAS服務(wù)需求。

2.2.1 GBAS主站天線布局一

基準(zhǔn)接收天線1（RRA1）和基準(zhǔn)接收天線2（RRA2）位于東跑道北下滑臺(tái)后方，基準(zhǔn)接收天線3（RRA3）和基準(zhǔn)接收天線4（RRA4）建設(shè)在西跑道北航向臺(tái)機(jī)房附近，這將使基準(zhǔn)接收子系統(tǒng)幾何中心北移至可選區(qū)域內(nèi)。假設(shè)運(yùn)行中出現(xiàn)某個(gè)基準(zhǔn)接收天線故障的情況下，排除最靠近主站可選區(qū)域的RRA3時(shí)幾何中心仍位于主站可選區(qū)域內(nèi)，可用性不受影響，RRA4故障則同理。布局一的天線位置及幾何中心示意如圖3所示。

圖3 雙流機(jī)場(chǎng)主站布局一

2.2.2 GBAS主站天線布局二

RRA1、RRA2和RRA3均位于東跑道北下滑臺(tái)附近，RRA4比布局一向更北移動(dòng)，建設(shè)在西跑道北航向臺(tái)機(jī)房附近，這也可使基準(zhǔn)接收子系統(tǒng)幾何中心北移至可選區(qū)域內(nèi)。但該方案在RRA4故障的情況下，將不可對(duì)西跑道北入口著陸的飛機(jī)提供GBAS服務(wù)。布局二的天線位置及幾何中心示意如圖4所示。

圖4 雙流機(jī)場(chǎng)主站布局二

根據(jù)以上分析，兩種布局方案均滿足符合導(dǎo)航臺(tái)站場(chǎng)地設(shè)置規(guī)范，且能夠滿足機(jī)場(chǎng)運(yùn)行要求。相比之下布局一的天線布局可靠性更高，故推薦該天線布局作為雙流機(jī)場(chǎng)GBAS主站布局方案。

3 結(jié)語(yǔ)

由于雙流機(jī)場(chǎng)跑道構(gòu)型的特殊性，GBAS選址流程中的備選場(chǎng)址較為局限。建議其余機(jī)場(chǎng)如有加快安裝使用GBAS的需求，可參考本文的選址策略及地圖作業(yè)流程，在機(jī)場(chǎng)范圍內(nèi)選擇多處符合場(chǎng)地規(guī)范的候選場(chǎng)址進(jìn)行進(jìn)一步比選；同時(shí)建議機(jī)場(chǎng)后期規(guī)劃過(guò)程中仿照目前對(duì)儀表著陸系統(tǒng)提前預(yù)留安裝位置的做法，在機(jī)場(chǎng)規(guī)劃前期考慮包括GBAS在內(nèi)的多種新技術(shù)導(dǎo)航設(shè)備的使用，從而降低選址難度，提高設(shè)備使用效率，避免因選址困難而造成維護(hù)困難及增加設(shè)備成本的可能性。

[1] AC-91-FS-2015-29. 衛(wèi)星著陸系統(tǒng)（GLS）運(yùn)行批準(zhǔn)指南[S]. 中國(guó)民用航空局飛行標(biāo)準(zhǔn)司，2015.

[2] ICAO-2018. 國(guó)際民用航空公約—附件10[S]. 第七版.

[3] MH/T4003.1-2021. 民用航空導(dǎo)航臺(tái)（站）設(shè)置場(chǎng)地規(guī)范[S]. 中國(guó)民用航空局，2021.

[4] FAA ORDER-6884.1. Siting Criteria for Ground Based Augmentation System (GBAS) [S]. FAA, 2010.

Research on GBAS Site Selection of Chengdu Shuangliu Airport

YANG Delu

As a typical equipment of satellite navigation system in civil aviation, GBAS has higher performance level in integrity, availability and accuracy, and has special advantages in landing guidance and precision approach. In order to promote the technical application of GBAS in the domestic civil aviation field, based on the GBAS demonstration project of Chengdu Shuangliu airport, the site selection scheme and site analysis and evaluation of GBAS ground equipment in typical domestic airports is discussed in the paper.

GBAS; Site-Selection; Chengdu Shuangliu Airport

TN967

A

1674-7976-(2022)-02-102-04

2021-12-09。楊德錄（1988.08—），四川西昌人，碩士研究生，工程師，主要研究方向?yàn)槊裼煤娇諏?dǎo)航。