淺談衛(wèi)星導航系統(tǒng)在民用航空領域的發(fā)展與應用

張霽陽

【摘 要】我國民航導航方式主要依賴地面導航基站，由全向信標設備和測距儀設備組成。該設備依賴于進口，其造價成本極高。我國民航航路其長度達幾千公里，每300公里需要一個導航臺站，每個臺站都必須配備兩套導航設備，衛(wèi)星導航系統(tǒng)在民用航空領域方面的應用在全球有著很大的市場，對經(jīng)濟甚至世界文明的發(fā)展有著非常大的意義。

【關鍵詞】民航；衛(wèi)星導航；應用

一、引言

航空應用的特殊性對衛(wèi)星導航系統(tǒng)性能具有嚴格的要求，現(xiàn)有的GPS系統(tǒng)自身并不足以滿足航空應用的需求，必須進行多種增強技術的支持才能實現(xiàn)基于GPS的航空導航應用服務。

二、民用航空對衛(wèi)星導航系統(tǒng)的要求

航空應用與一般的衛(wèi)星導航應用不同，它要求衛(wèi)星導航系統(tǒng)必須提供連續(xù)的高性能服務，以保障航行安全。對于衛(wèi)星導航系統(tǒng)而言，航空應用對衛(wèi)星導航系統(tǒng)的要求主要集中在精度、完好性、連續(xù)性和可用性等四個方面。

（1）精度是描述衛(wèi)星導航系統(tǒng)用戶估計的位置、時間信息與真實值之間重合度的度量，一般用95%的置信度水平給出。

（2）完好性是對系統(tǒng)提供正確信息的可信度的度量，衛(wèi)星導航系統(tǒng)的完好性還要求系統(tǒng)在不能滿足特定應用需求時應具有向用戶及時報警的能力。

（3）連續(xù)性是指整個系統(tǒng)在將要執(zhí)行的操作的持續(xù)期間內(nèi)完成其功能而不發(fā)生意外中斷的能力，即衛(wèi)星導航系統(tǒng)滿足精度和完好性要求條件下，在特定飛行操作階段中能夠保持導航精度和完好性的概率。

（4）可用性是指系統(tǒng)服務可以使用的時間百分比，即衛(wèi)星導航系統(tǒng)的導航和差錯檢測功能正常運行，且同時滿足精度、完好性和連續(xù)性要求的概率。

在飛機上GPS必須和其他導航設備結合使用，比如慣性導航導，陸基無線電導航設備。在陸地上空的航路一般使用陸基導航設備，如全向信標/測距儀設備。在大洋上空飛行時，一般距離比較遠，則會把慣導和GPS組合使用。通用航空公司的飛機不僅裝有GPS，和地圖相結合在一起使用，還會加裝一些其他輔助設施，比如陸基無線電導航設備。GPS在民用航空領域的應用之所以只作輔助導航方式，為了使GPS能夠更好地提供導航服務，提高精度，保證飛行安全，就必須采用必要的增強措施，即使GPS采用了匹配接收和擴頻技術。GBAS，一種基于地面設備的增強設施系統(tǒng)，簡稱路基增強系統(tǒng)，一般在機場區(qū)域比較常見。LAAS，是一種非常穩(wěn)定，適用的路基增強系統(tǒng)，其它的各項技術指標已經(jīng)相當成熟，一般在終端區(qū)的航空器進近程序中用得比較多。但中國內(nèi)地暫時還沒有應用，在美國的大小型機場比較常見。

三、衛(wèi)星導航系統(tǒng)在民用航空的應用

我國是世界上第二大航空應用國，盡管目前我國的機場數(shù)量只有一百多個，遠少于美國上萬個機場的規(guī)模，但我國的航空應用發(fā)展是快速的，僅在“十二五”期間，我國就規(guī)劃新建機場上百個。同時，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，私人擁有飛機已逐漸成為可能，相應的航空導航應用市場也將逐步發(fā)展擴大。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)一共由35顆衛(wèi)星組成，其中5顆是靜止軌道衛(wèi)星，其中30顆為非靜止軌道衛(wèi)星。其有兩大特性，一是開放性，即為全球用戶提供高精度的，免費的導航服務，可以與世界各國進行交流，互相探討技術經(jīng)驗，共同促進衛(wèi)星導航事業(yè)的發(fā)展；二是自主性，為我國自主建設和運行的衛(wèi)星系統(tǒng)，打破了國外壟斷，不受任何政治和軍事條件的局限，可以為民航導航提供可靠的服務。它由地面段、空間段和用戶段三個部分組成，可以在任何時刻在全球范圍內(nèi)提供可靠，高精度的定位服務。它的定位精度誤差為十米，測速精度為每秒0.2米。

目前全球范圍內(nèi)可用的衛(wèi)星導航系統(tǒng)只有GPS，但是GPS穩(wěn)定性、完善性的不足，在航空領域的應用只能做輔助導航，對于我們這種政治環(huán)境來說只能利用不可依靠，作為獨立導航系統(tǒng)或者主用系統(tǒng)必須謹慎小心。航路上GPS的精度以及足夠了，可以放心使用。我們應該加大對Galileo衛(wèi)星導航設備的開發(fā)和應用。航空導航陸基系統(tǒng)已應用了幾十年，到如今2016年為止，星基導航系統(tǒng)還沒有完全成熟，其還應繼續(xù)發(fā)揮主要的導航作用。VOR、DME、ILS仍是主要的民用航空導航系統(tǒng)，GPS只可以起輔助作用，雙系統(tǒng)冗余對航空安全是必要的。ILS是著陸系統(tǒng)中最成熟的系統(tǒng)，幾乎所有機場都在使用，并且作為主用儀表著陸系統(tǒng)。MLS有著其特有的優(yōu)點，被各國軍方廣泛使用，美軍在阿富汗戰(zhàn)爭中就使用了移動式的MLS。歐洲的英、法、荷蘭也在擴大MLS的部署。有人說MLS悄無聲息地回來了。LAAS是陸基增強系統(tǒng)，因其性能優(yōu)良而推廣。基于GPS/Galileo的LAAS、WAAS將成為飛行器進近程序中垂直引導的基礎。

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