GBAS基準站布設方案設計與評估方法

張悅， 王志鵬， 李強

(北京航空航天大學電子信息與工程學院國家空管新航行系統技術重點實驗室, 北京 100083)

地基增強系統(Ground Based Augmentation System, GBAS)利用位置已知的地面基準站，基于局域差分校正技術，為機場空域內的飛機提供精密進近服務,可以滿足民航領域對衛星導航系統的應用需求。

目前，國際上很多機場已完成或正在進行GBAS開發與建設工作。德國法蘭克福機場、瑞士蘇黎世機場、澳大利亞悉尼機場、美國紐瓦克機場、休斯頓機場等已完成GBAS地面系統布設且已經通過運行認證，日本石垣機場、墨爾本機場等布設的GBAS地面系統正處于測試中，東京國際機場、布里斯班機場、珀斯機場、英國希斯羅機場等正在進行或計劃建設GBAS[1-2]。中國已在上海浦東機場和天津濱海機場安裝GBAS地面系統，中國民用航空局正在進行上述2個機場GBAS地面系統取證工作，同時計劃為國內更多的機場建設GBAS[1]。

GBAS基準站的布設是GBAS建設中重要的環節，合理的基準站布設能夠有效減小GBAS地面系統的差分校正誤差，提高完好性監測性能[3]。隨著GBAS建設向支持CAT Ⅲ發展，在GBAS進近服務類型D(GBAS Approach Service Type D，GAST D)的標準和建議措施(Standards and Recommended Practices，SARPs)提出的新要求(如電離層梯度監視性能要求)下布設將更具有挑戰性[4]。目前，關于GBAS基準站布設的標準文件主要是美國聯邦航空管理局(Federal Aviation Administration，FAA)于2010年發布的GBAS地面系統選址標準6884.1[5]。6884.1標準給出了GBAS地面設施選址的確定、評估和認證流程，并對GBAS基準站的布設提出了基本要求。文獻[6]給出了一些在SESAR 15.03.06項目中提出的GBAS地面設施安裝要求。然而，GBAS基準站的布設存在一定靈活性，對于基準站間的距離、多個基準站的幾何結構等方面，6884.1標準沒有給出具體要求[5]。靈活性為GBAS布設提供了更大的選擇性，但同時也帶來了布設方案設計與選擇的困難。已完成布設的GBAS地面系統存在多種方式。例如，紐瓦克機場(IATA：EWR)、休斯頓機場(IATA：IAH)以及格蘭特機場(IATA：MWH)的4個基準站分別呈折線形狀、平行四邊形形狀以及梯形形狀。如EWR、IAH和MWH等為國際航空運輸協會(International Air Transport Association，IATA)制定的機場三字代碼。因此，這使得未來機場在進行GBAS地面系統布設過程中難以確定基準站的布設方式。此外，不同區域的GBAS所用多星座、電離層活動情況不同，對基準站布設也會有不同的要求，而現有標準未考慮這方面的影響。因此如何布設GBAS地面站仍需進一步研究。

為此，本文開展GBAS基準站布設方式的要求及影響因素的研究，為機場設計和確定GBAS基準站布設方案提供依據與建議。

1 典型 GBAS基準站布設分析

在研究基準站布設的具體參數，包括基準站數目、基線距離等對GBAS性能的影響之前，本文首先通過分析采集的5個典型機場的GBAS電文數據，來驗證不同的布設是否會具有不同的性能。

美國FAA在5個已建設GBAS的典型機場，即EWR、IAH、MWH、里約熱內盧國際機場(IATA：GIG)以及大西洋城國際機場(IATA：ACY)，共搭建了6個GBAS性能監測站[7]。FAA官網(http:∥laas.tc.faa.gov)每分鐘實時更新各個機場的GBAS電文數據。本節利用下載的GBAS電文數據分析比較5個機場地面性能，分析GBAS基準站布設方式的不同是否會影響GBAS地面性能。

1.1 基準站布設對比

從機場周圍環境、基準站數目、基準站布設幾何結構、基線長度等角度比較分析上述5個機場GBAS基準站布設情況。

圖1左列是機場以GBAS參考點為中心周圍約2 km范圍內的地形圖，圖中用紅色星號標注GBAS參考點；圖1右列是GBAS基準站布設方式，圖中藍圈表示基準站，站間標注的數字表示站間距離，即基線長度。

圖1 5個機場地形情況及基準站布設Fig.1 Terrain and reference station layouts of five airports

利用地形數據計算GBAS參考點周圍地形對參考點的遮蔽角，發現在最小遮蔽角設為5°的條件下，周圍地形不會遮蔽機場可見星。此外，EWR、IAH、MWH和GIG布設有4個基準站，EWR的呈接近直線的折線，MWH與GIG的接近梯形，IAH的接近菱形；ACY布設有6個基準站，但是其中2個站在GAST C運行模式下不啟用[7]，4個主要基準站接近梯形。

1.2 偽距校正誤差標準差包絡對比

GBAS廣播電文中的σpr_gnd是偽距改正數誤差包絡，與基準站接收機性能、衛星仰角等相關，可以表征GBAS地面站精度性能[8]。因此，本文利用5個機場GBAS廣播電文中的σpr_gnd分析比較不同GBAS地面站布設的精度性能。

圖2是播發σpr_gnd比較結果，θ為仰角(不限制測距源)?？梢钥闯?， EWR的GBAS地面系統精度性能比ACY稍差，GIG、IAH和MWH相差不大，比EWR和ACY稍好。

圖2 5個機場播發的σpr_gndFig.2 Broadcast σpr_gnd of five airports

1.3 綜合分析

結果表明，5個機場周圍地形環境均不會造成可見星遮蔽；此外，由GBAS類型2電文可知，5個機場基準站所用GBAS接收機的地面精度等級均為C。因此，造成機場GBAS地面系統精度性能不同的主要原因，可能是GBAS基準站布設方式的不同。進一步地，推測EWR機場整體折線形的基準站布設方式，與其他機場四邊形的布設方式得到的GBAS地面系統精度性能相比較差。

根據FAA 6884.1標準[5]的規定，基準站接收機天線之間最小距離要求是100 m，考慮到基準站之間多徑效應、干擾等影響，應該適當增大基準站間距，同時，任意3個基準站不能共線[5]。EWR 4個基準站間距比GIG、IAH和MWH小，剛剛超過100 m，雖然ACY基線中有一個為94.1 m，其余基線均比EWR長；此外，雖然EWR 4個基準站布設滿足了不共線的要求，但是接近于直線的折線形分布可能影響精度性能。因此，在機場環境允許的情況下，建議不要將基準站布設成接近直線的折線形。

2 GBAS基準站布設要求分析

第1節基于采集數據的分析已推測不同GBAS基準站布設方式下GBAS精度性能會不同，則在布設GBAS地面系統過程中需要考慮如何能夠使得GBAS精度性能更好。除了精度，完好性、可用性和連續性也可能會受到GBAS基準站布設方式的影響，則在基準站布設的具體參數設置過程中需要考慮各性能的要求。通過分析布設參數，包括基準站個數、基線長度對GBAS性能的影響，從而反向分析不同性能要求下應如何設置布設參數，為設計和選擇GBAS基準站布設方法提供參考依據。

2.1 基準站個數

根據GBAS差分定位原理，至少需要2個基準站。目前，大多機場GBAS地面系統布設有3或4個基準站，ACY布設有6個基準站，其中2個是備用基準站，在GAST D模式中當其他基準站發生故障時啟用[7]。本節利用理論和仿真分析不同基準站個數對GBAS性能的影響。

2.1.1 理論分析

保護級計算方法如文獻[9]中所述，其中無故障漏檢率乘積因子Kffmd和漏檢率乘積因子Kmd，以及偽距誤差標準差均與基準站數目相關。

Kffmd和Kmd在不同基準站數目下的取值如表1所示，其中基準站數目為5和6下的取值是按照DO-245A附錄D[10]中的方法計算得到的。可以看出，隨著基準站數目增大，Kffmd取值增大，Kmd取值減小，且兩者增大或減小的幅度逐漸減小。

H0和H1假設下的偽距誤差標準差σi和σi,H1的計算公式如下：

(1)

(2)

式中：Mi為用于計算第i個測距源偽距校正值的基準站數目；σtropo,i為修正后對流層殘差不確定度；σiono,i為修正后電離層殘差不確定度；σpr_air,i為無故障機載誤差項；σpr_gnd,i為GBAS差分修正值的無故障誤差，計算公式為

(3)

式中：M為偽距校正值的基準站數目；θi為第i顆可見衛星對GBAS參考站的仰角；a0、a1、θ0和a2定義見DO-245A的表3-1[10]。則保持其他條件不變的情況下，隨著Mi增大，σi和σi,H1均減小。

表1 不同基準站數目下Kffmd和Kmd取值Table 1 Values of Kffmd and Kmd for different numbers of reference stations

2.1.2 仿真結果與分析

綜上，M的不同對Kffmd、Kmd、σi和σi,H1取值的影響會造成保護級的不同。分別仿真GAST C與GAST D下不同基準站數目對保護級的影響，以垂向保護級(Vertical Protection Level，VPL)為例。仿真工具為MATLAB，仿真條件如下：

1) 星座：GPS當前星座，利用北美空防司令部提供的Yuma歷書；

2) 地點：林芝機場(E94.3°，N29.3°，2949m)[11]；

3) 遮蔽角：5°；

4) 飛機高度：30 m(GAST D)和60 m(GAST C)；

5) 飛機速度：72 m/s(GAST D)和77 m/s(GAST C)；

6) 電離層傾斜梯度：4 mm/km；

7) 折射率不確定度：34；

8) 對流層歸一化高度：7 600 m；

9) 地面精度等級：C(GAST D)和B(GAST C)；

10) 機載精度等級：B。

仿真結果如圖3所示。隨著基準站數目的增大，VPL減小的百分比統計結果如表2所示?？梢钥闯?，基準站數目的增多會提高GBAS性能，但是，性能的提升量也會逐漸變小，當基準站數目達到4個后，繼續增加基準站對系統性能幾乎不會有影響，對于GAST C，上述現象尤其顯著。

圖3 不同基準站數目下的VPLFig.3 VPL for different numbers of reference stations

有初步研究表明4個基準站能夠滿足GAST D要求，且當接收機數目降至3個時，系統仍然可能運行[6]。除了系統性能，增加基準站數目需要考慮多方面的影響，如GBAS地面系統布設成本的增加、VDB傳輸定義的限制、處理器計算代價的增加等。綜合考慮系統性能的要求以及代價，將基準站數目設為4是較好的選擇。

從上述結果可以看出，當基準站數目從4個減小到3個甚至2個時系統性能會有較大的降低。結合典型機場監測站數據，以GIG為例，在一個月的采集數據中，某個接收機的B值大約有44 h取值為-6.4，根據DO-246D[12]中的規定可知，此種情況下該接收機不可用。比較此段時間與4個站都能用時的系統性能，如圖4所示，與一個B值異常不可用的情況相比，4個B值均可用時的σpr_gnd值稍低。因此，建議增設備用基準站，當GBAS運行中切換基準接收機在技術上可行且認證運行時，可以供正在使用的基準站出現故障時啟用。在備用基準接收機與故障接收機切換完成后，能夠保證仍是有4個基準站處于可用的狀態。

表2 VPL隨基準站數目增大而減小的百分比統計Table 2 Decreasing VPL percentage as number of reference stations increases

圖4 GIG B值異常與正常時間下σpr_gnd比較Fig.4 Comparison of σpr_gnd values of GIG B-value between fault-occurrence time and normal time

2.2 基線長度

星歷故障監視和異常電離層梯度監視均是GBAS完好性監視中的一部分，利用距離為百米量級的GBAS基準站來監視故障，其監視性能與GBAS基準站布設方式相關。則在設計GBAS基準站布設方案時需要考慮星歷故障監視和異常電離層梯度監視方面的性能需求。根據文獻[6，13]所述，星歷故障監視和異常電離層梯度監視的性能與基線長度相關。因此，本節研究基線長度對這2 個監視的影響以及如何設置基線長度。

2.2.1 基線長度對星歷故障監視的影響

星歷故障一般分為A、B兩類，A類是指某顆衛星發生機動后廣播星歷出現錯誤，進一步根據GBAS地面設備是否知道衛星機動的發生分為A1和A2；B類是指沒有衛星機動發生的情況下，廣播的星歷數據出現錯誤[14]。B類故障利用YE-TE方法監視，即將利用歷史已驗證無故障的星歷和當前接收的星歷分別得到的衛星定位結果進行比較，從而分析當前星歷是否出現錯誤，其算法不受GBAS地面站布設方式的影響。

對于A類故障，由于衛星發生機動，已驗證的歷史星歷對于當前星歷的驗證沒有意義，而是需要利用當前接收的觀測量來進行監視[14]。文獻[15]提出一種基于接收機基線長度估計的監視算法，下面具體介紹算法基本原理。

首先，利用衛星i廣播星歷和GBAS基準天線位置計算由基準天線向衛星的單位視線向量，再利用誤差校正后的偽距觀測值計算2個天線間的基線長度為

(4)

然后，將基線長度估計值與精確測量的實際基線長度做差，得到檢驗統計量(Test Statistics，TS)

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：e(i)為天線到衛星i的單位視線向量；ρ(i)為天線到衛星i的距離。

從而可將檢驗統計量表示為

(9)

利用柯西施瓦茲不等式，可得在最差幾何條件下有如下關系：

(10)

結合檢驗閾值，可確定衛星i的最小可檢測誤差(Minimum Detectable Error，MDE)和星歷去相關參數P值分別為

圖5 2個基準天線與衛星的幾何關系Fig.5 Geometric relationship between two reference antennas and a satellite

圖6 星歷故障條件下天線與衛星的幾何關系Fig.6 Geometric relationship between antenna and satellite under an ephemeris fault

(11)

結果表明，隨著基線長度和仰角的增大，MDEE呈減小的趨勢，如圖7所示。當基線長度超過400 m時，所有仰角區間對應的MDEE均不超過3 000 m[13]。因此，仿真條件下認為此監視所需的有效基線長度至少為400 m。如果由于機場場地限制，有效基線長度無法達到400 m，可對低仰角衛星采用文獻[3]中提出的基于觀測值和軌道擬合的星歷故障監視方法，此方法需要長時間的衛星觀測值且實現復雜，但是在基線長度為200 m以上時能滿足要求。查看圖7可知，基線長度200 m時，19°以上仰角對應的MDEE值不超過3 000 m，則上述低仰角衛星可為仰角19°以下的衛星。因此，機場場地有限的情況下，可要求有效基線長度至少為200 m。

圖7 MDEE與基線長度和衛星仰角的關系Fig.7 MDEE as a function of baseline length and satellite elevation

需要注意的是如果基準站構成的實際基線與GBAS提供服務的跑道有一定夾角β，如圖8所示，則有效基線為實際基線在跑道方向上的投影。

圖8 有效基線與跑道方向的關系Fig.8 Relationship between effective baseline and runway direction

2.2.2 基線長度對異常電離層梯度監視的影響

正常電離層活動下，由于電離層空間和時間的相關性引入的電離層延遲偽距修正殘差較小，可以由GBAS地面站播發的電離層梯度參數計算的誤差估計值包絡。然而，在2000年4月的電離層風暴期間，美國廣域增強系統和連續運行參考站均檢測到40～100 km基線范圍上高達425 mm/km的傾斜電離層延遲梯度，此梯度在很差的用戶衛星幾何結構和進近幾何條件下可能造成GBAS用戶垂直定位誤差達到甚至超過20 m[18]。因此，GBAS地面站需要監視異常電離層梯度，并對受到異常電離層梯度影響的衛星觀測量進行標記和剔除。

目前，對于異常電離層梯度的檢測有多種方法，例如，碼載分歧監視、基于三差載波相位觀測值的監視方法、基于雙差載波相位觀測值的監視方法和基于單頻載波相位和碼測量值的監視方法等，前兩者需要一段時間的觀測數據，無法用于監視剛捕獲的衛星，后兩者可以監視剛捕獲的衛星，但其監視性能與GBAS基準站布設相關[16]。本節針對基于雙差載波相位觀測值的監視方法研究GBAS基準站布設對異常電離層梯度監視的影響。

由2個基準天線組成的基線xb上的單差載波相位觀測量為

Δφ=eTxb+Δτ+λΔn+αxb+εΔφ

(12)

式中：e為基準天線與衛星的視線向量；Δτ為差分接收機鐘差；λ為衛星信號載波波長；Δn為單差整周模糊度；α為傾斜電離層梯度；εΔφ為單差載波相位觀測噪聲。

正常電離層活動條件下，如果基線長度小于1 km，則誤差項αxb為毫米量級，與異常電離層梯度條件下的值相比可以忽略。因此，假設僅有一顆衛星的觀測量受到異常電離層的影響[19]，將其與未受影響衛星的單差載波相位進行雙差，得到如下雙差載波相位觀測量：

Δ2φ=ΔeTxb+λΔ2n+αexb+εΔ2φ

(13)

式中：αe為異常傾斜電離層梯度;εΔ2φ為雙差載波相位觀測噪聲。衛星視線向量和基線向量已知，且整周模糊度必為整數，則在電離層梯度誤差項不是載波波長的整數倍的條件下的檢測統計量為

(14)

假設載波相位觀測噪聲由零均值標準差σφ的高斯分布包絡，則認為εΔ2φ為零均值高斯分布，且標準差為σΔ2φ=2σφ[16]。有初步測試認為σΔ2φ可設為5 mm。但是，文獻[6]認為5 mm有些樂觀，沒有完全考慮到機場環境影響，因此，將其設置為文獻[20]中提出的6 mm。

在給定無故障誤警率和漏檢率下，計算相應的Kffa與Kmd，從而計算檢測閾值：

MDEI=(Kffa+Kmd)σΔ2φ

(15)

式中：MDEI中下標I表示該MDE屬于電離層異常監視。在給定可用性為99.9%時，無故障誤警率為10-4，相應的Kffa為3.89[16]；在給定完好性風險為10-9且假定電離層異常出現的先驗概率為10-5時，漏檢率為10-4，相應的Kmd為3.72[6]。

若電離層梯度誤差項大于載波波長，則其波長整數倍的部分將被作為整周模糊度從檢驗統計量中去除，使得檢驗統計量僅包含小于載波波長的剩余電離層梯度誤差項和雙差觀測噪聲項。則在給定基線長度下，可檢測的傾斜電離層梯度范圍如下：

n=0,1,…

(16)

若基線與跑道夾角為θ，則有效基線長度為xbcosθ，將其代入式(16)可得有效可檢測異常電離層梯度范圍。

基于上述算法和給定參數條件，可得圖9。結果表明，不同基線長度有不同的可監測范圍，根據所需監測的電離層梯度范圍，可以確定要求的基線長度或基線長度的組合?？紤]星歷故障監視的要求，圖中分別用紅線和綠線標出200 m和400 m基線，黃色表示可檢測，白色表示不可檢測。

圖9 可檢測電離層梯度范圍與基線長度關系Fig.9 Relationship between detectable ionospheric slant gradient range and baseline length

文獻[21]表明僅當電離層梯度超過300 mm/km且未被GBAS地面站監測到時，其會對GBAS用戶造成威脅，因此，對于GAST D，目前的SARPs要求地面系統能夠檢測到300 mm/km以上的異常電離層梯度。此外，美國本土(Conterminous United States，CONUS)電離層威脅模型中斜坡梯度最大值為425 mm/km[22]。然而，CONUS模型是針對CONUS中緯度地區建立的，不同地理位置的電離層活動變化顯著，相應的異常電離層梯度也有很大區別，赤道地區可能會出現更大的電離層梯度[23]。可以根據機場當地電離層梯度監測結果確定αe范圍，從而結合星歷故障監視的要求，得到相應的基線要求。

3 GBAS基準站布設策略及示例分析

3.1 GBAS基準站布設基本策略

基于第2節分析，對于一個給定機場，根據機場中GBAS提供服務的跑道、GBAS服務等級要求、所用星座情況以及當地電離層活動情況等設計GBAS基準站布設可行方案。

1) 基準站個數

DO-253C建議布設2～6個基準站[9]，結合上述分析，將布設的基準站數目暫定為4個。若機場環境允許，則可適當增設備用基準站，備用基準站位置的確定參考主用基準站布設方法。

2) 基線方向

條件允許的情況下，應盡量使實際基線沿GBAS提供服務的跑道方向，故根據機場跑道的方向暫定基線方向，如圖10示例中分別平行于2條跑道的虛線。

3) 基準站幾何結構

根據5個機場采集數據的分析，不建議選擇接近直線的折線形布設方案。

圖10 GBAS基準站布設方案示例A和BFig.10 Sample GBAS reference station layout schemes A and B

4) 基線長度

首先，基線長度必須滿足6 884.1標準中規定的最小間距100 m[3]。然后，根據GAST C或GAST D等不同服務等級相應的完好性風險要求、GBAS所用GNSS星座星歷故障發生概率、機場實際觀測統計結果、所需監測的異常電離層梯度范圍等分別確定滿足星歷故障監視和電離層梯度監視所需的基線長度范圍。

除了上述詳細分析的幾項，GBAS基準站布設中還需要考慮以下2點。

1) 參考天線與接收機布設方式

參考天線與接收機有集中式和分離式2種布設方式。集中式布設，即參考接收機直接放置在參考天線的基座上，接收機再通過數據傳輸線將接收的數據傳送至位于主設備機房內的GBAS處理器；分離式布設，即將參考接收機放置在主設備機房或距離參考天線一定距離的遮蔽所內[5]，利用射頻同軸電纜與相應的參考天線相連[24]。

目前，GBAS基準站的參考接收機與天線大多為集中式布設，此種布設方式無需考慮信號從天線向接收機傳輸過程中的損耗，但是，參考接收機的維護較為困難，且安全性較低，如對于軍用GBAS，集中式布設可能難于保證接收機中保密芯片的安全性。分離式布設則安全性較高且維護方便，但是，由于射頻信號在傳輸過程中比數字信號更易損耗，分離式布設需要考慮射頻信號從天線傳輸至接收機的過程中的損耗是否能夠達到接收機要求，從而確定天線與接收機分離的最大允許距離。2種方式的選擇、分離距離的確定等需要考慮機場實際情況、GNSS天線與接收機規格、傳輸電纜規格等，受篇幅限制，本文不做具體分析。

2) 其他因素

GBAS地面站布設還必須考慮機場建筑物、跑道、滑行道、植被等的多徑效應、信號射頻干擾等對參考天線的影響等[25]。這些因素對GBAS站址布設的基本要求可參考6884.1[5]。在此基本要求下，適用于不同機場的具體要求需要利用機場環境、機場實地測試等得到，受篇幅限制，本文不做具體分析。

3.2 布設方案示例

機場跑道布設一般有4種方式：單跑道、平行跑道、開放V型跑道以及交叉跑道[6]。后2 種方式都為V型跑道。EWR、IAH等5 個機場為V型跑道、V型跑道與單跑道結合，或者V型跑道與平行跑道結合，且V型跑道的夾角在50°～72°之間，因此，本節以50°夾角的V型跑道為例。

假設機場有如下布設的V型跑道，則暫定基線方向如圖10和圖11中虛線所示；根據前面的分析和給定條件，星歷故障監視所需有效基線長度為400 m；假設所需監測的電離層梯度范圍是300～1 000 mm/km，則有效基線長度可設置為400 m與144 m組合(查圖9可得)。需要注意的是，不需要每條基線均滿足有效基線長度的要求，只要4 個站整體滿足要求即可。根據上述要求可得到多種基準站布設方案，2 種可能的方案示意圖如圖10所示, 圖中天線為基準接收機的天線。

機場場地限制下，星歷故障監視所需有效基線長度至少為200 m，則對于所需監測的電離層梯度范圍為300～1 000 mm/km，有效基線長度可設置為200 m與122 m組合。2 種可能的方案示意圖如圖11所示。

圖11 機場限制下GBAS基準站布設方案示例C和DFig.11 Sample GBAS reference station layout schemes C and D under limited airport conditions

3.3 布設方案評估

在多個滿足要求的基準站布設方案中，需要根據需求選擇出更優的方案。為此，本文制定一種方案評估方法，該方法目前僅考慮星歷故障監視和異常電離層梯度監視。對于多個跑道方向，先針對每個方向對方案進行評估，再綜合各個方向的結果。對于對稱的V型跑道，僅考慮一個跑道方向即可，則對于上述方案示例，以跑道1方向為例，對4 種方案進行評估。

首先，計算4個基準站組成的6條基線在跑道1方向上的有效基線長度，求得相應的星歷故障監視MDE值(以25°仰角為例)以及可監測電離層梯度范圍(2 000 mm/km以下[16,26])，如表3和圖12所示，表中lij表示基準接收機i和j之間的基線。

然后，比較4種方案的MDE統計特性及電離層梯度監視范圍，如表4所示?？梢钥闯?，星歷故障監視性能B>A>D>C；電離層梯度監視就監測范圍而言，A>D>C>B，就最小可監測梯度而言，BA>D>C。

最后，根據機場實際情況、GBAS監視實際需求權衡每種方案的特點，選擇合適的方案。例如，對于異常電離層梯度監視，以中國低緯度地區的廣東省為例，文獻[27]基于廣東省65個參考站的實測數據，觀測到128 mm/km的異常電離層梯度。根據表4所列4 種方案的電離層梯度監視范圍，可以看到方案A和B包含128 mm/km。因此，如果根據廣東省異常電離層梯度情況，要求GBAS異常電離層梯度監視能夠監視128 mm/km以上的梯度，可以選擇方案A和B。

表3 4種方案6條基線有效長度以及MDEE值Table 3 Effective lengths and ephemeris monitor MDEE of six baselines in four schemes m

圖12 4種方案可監測電離層梯度范圍Fig.12 Detectable ionospheric slant gradient ranges of four schemes

表4 星歷MDEE、電離層梯度監視范圍統計結果Table 4 Statistics of ephemeris monitor MDEE and detectable ionospheric slant gradient ranges

4 結 論

通過利用采集數據從多個角度比較分析5個機場典型GBAS基準站布設情況，以及結合理論與仿真分析基準站個數與基線長度對GBAS性能的影響，提出一種GBAS基準站布設方法設計和評估策略，該策略考慮以下幾點：

1) 較小的基線長度和接近于直線的折線形分布可能造成較差的GBAS地面精度性能，建議基線長度大于100 m，且呈四邊形布設。

2) 隨著基準站個數從2個增至6個，GAST C和GAST D的垂向保護級均逐漸減小，但減小百分比也逐漸降低，GAST C的從42.66%降至1.78%，GAST D從16.88%降至0.49%。同時考慮VDB傳輸限制，將主用基準站個數定為4個較為合適。

3) 基于所述星歷故障監視、電離層梯度監視方法、仿真條件與性能需求，機場場地足夠的情況下，400 m與不超過144 m的有效基線組合可滿足要求；若機場場地受限，結合復雜耗時的星歷故障監視方法，200 m與不超過122 m的有效基線組合可滿足要求。

根據完好性監視要求和機場條件可能能夠得到多種可行方案，此時按照評估方法選取最合適的方案。

本文提出的策略可以為GBAS基準站布設方法的設計和選擇提供參考。若有足夠機場相關數據支持，未來工作可深入研究機場多徑效應、射頻干擾等對GBAS基準站布設的具體要求。此外，可進一步研究當機場實際環境無法提供足夠的場地進行選定GBAS基準站布設方案的布設時，應該如何調整布設方案。