北斗衛星導航系統及其在民航導航中的應用

秦新梅

（中國民用航空新疆空中交通管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引 言

為了滿足航天航空事業的發展，2005年以來，美國、歐洲等國家大力發展新一代航空運輸技術，而我國作為民航運輸事業發展最快的國家，民航運輸技術無法滿足民航事業的發展需求。我國95%的衛星導航應用基于美國全球衛星定位系統，但為了確保我國航天航空信息的安全，從2000年開始獨立研發北斗衛星導航系統。北斗衛星導航系統具有全球衛星定位和通信功能，可以滿足我國航天航空導航、通信需求，確保我國公共信息安全。

1 北斗衛星導航系統構成

北斗衛星導航系統是我國獨立自主研發的全球衛星導航系統，是繼美國全球衛星定位系統、歐洲伽利略衛星導航系統、俄羅斯格洛納斯衛星導航系統之后的第4個衛星導航系統。北斗衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段構成?？臻g段包括27顆地球軌道衛星、5顆靜止軌道衛星以及3顆傾斜同步軌道衛星。地面段主要由主控站、監測站以及注入站構成，通過采集復雜信息，實現導航定位功能，并監測各個工作站的數據信息。用戶段指用戶端，用戶通過移動設備接收空間站和地面站的數據信息，從而實現定位導航功能，主要用于航天航空、車載導航等領域[1]。

北斗衛星導航系統可以在全球范圍內提供全天候的定位、導航、授時服務，并具備短報文通信功能，定位精度可以達到10 m，測速精度達到0.2 m/s，授時精度達到10 ns。2012年，我國北斗衛星導航系統制定了覆蓋亞太地區的定位、通信、授時服務功能規劃。2017年11月5日，中國第三代導航系統升空。2018年8月25日，我國西昌衛星發射中心發射第35顆衛星和第36顆北斗導航衛星，是北斗三號全球系統第12顆和第13顆組網衛星。2018年12月27日，北斗衛星導航系統將服務范圍擴展到全球，預示著北斗衛星導航系統正式進入全球時代。

2 北斗衛星導航系統在民航導航中的應用

2.1 北斗衛星導航系統在飛機航線路線規劃中的應用

區域導航指在地面導航設施的范圍，機載導航系統在設施范圍內按照路線飛行導航。如果陸基導航條件有限，無法搭設地面導航臺，則會影響機載導航的服務功能，無法讓導航系統按照飛行路線飛行。因此，將北斗衛星導航系統應用在民航導航系統中，可以打破地面導航對機載導航的限制，提高航空領域的利率率。民用航天公司的飛機在飛行導航時，利用計算機系統與北斗衛星導航系統相連，讓兩者相互配合，尋找最佳的飛行路線，從而實現航線點對點的直航，提高飛機飛行效率。

2.2 北斗衛星導航系統在飛機進離場的RNP精密導航功能

RNP技術是利用飛機自身搭載的導航設備和全球衛星定位系統引導飛機起降的技術，是未來航天導航發展方向。飛行員不需要依靠地面導航設施就能按照精準的定位軌跡進行飛行，即便在能見度很低的情況下，也可以實現精準著陸，提高飛機飛行的安全性和精準性，降低我國航空公司由于天氣原因導致飛機航班延誤和返航的現象，提高飛機飛行效率。RNP精密導航利用現代飛行計算機、全球定位系統以及計算機應用程序，讓飛機按照預定航線精確飛行。因此，需要將RNP技術應用在飛機進離場過程中。將北斗衛星定位導航系統應用在飛機進離場活動中，通過飛行計算機、計算機應用程序，讓飛機非常準確地進入終端內隧道，以避免飛機進離場需要與飛機場地面導航設施配合時，地面導航設施受天氣、飛機場等方面因素的因素，進而影響飛機著陸和起飛的時間。將其應用在我國西部復雜地形、天氣多變的機場中，可以改變機場起飛天氣標準和最低下降標準[2]。

2.3 北斗衛星導航系統應用于機場儀表著陸系統

飛機儀表著陸系統又稱盲降系統。地面導航系統發射兩束無線電信號指引飛機向下滑行和向行道航行，幫助飛機建立一條由跑道向空中飛行的虛擬路徑?？罩酗w機通過機載接收設備接收無線電信號，確定飛機和虛擬飛行路徑信息，讓飛機按照正確的路徑方向飛向跑道或者平穩下滑，實現飛機安全著陸。因為儀表著陸系統讓飛機在能見度很低或者飛行員看不到任何參考的條件下指引飛機著陸，所以被稱為盲降系統。盲降系統是機場標準的著陸引導設備。儀表著陸系統由甚高頻航向信標臺、特高頻下滑信標臺以及甚高頻指點標構成。當航向信標臺顯示與跑道中心線對準的航向面時，下滑信標會顯示下滑面，航向面和下滑面相交的位置就是著陸系統給出飛機進近著陸的路線。如果飛機下降時低于盲降系統提供的下滑線，盲降系統將向飛行員發布警告信息。

近年來，隨著我國航空事業的發展，選擇飛機出行的人數越來越多，飛機起落班次的數量越來越大。儀表著陸系統在運行過程中，受到地面建筑物、地面與空中反射信號、地面臺地形等因素的干擾，無法調整飛機精準度，導致出現空中交通頻繁的現象。儀表著陸系統在班次比較少的情況下，可以讓飛機實現安全著陸，但在班次降落比較頻繁的情況下，系統無法及時作出響應，影響到飛機的正常降落。將北斗衛星導航系統應用在儀表著陸系統中，可以實現飛機精密導航定位和飛行指引進行著陸[3]。精密導航定位可以滿足一類盲降要求，并提供飛機水平方向和垂直方向的偏差指引。普通的儀表著陸系統，一條跑道著陸系統只能對應一個同等級的儀表著陸系統進近程序，精密進近著陸系統可以同時對應多個同等級儀表著陸系統進近程序，提高了儀表著陸系統的進近效率和精準的導航服務。

精密儀表著陸系統具有更強的靈活性和適應性，支持曲線進近，系統可以根據飛機場的實際情況編程進近程序，滿足不同類型航空器獨立進離場的需求，提高飛機著陸效率和管制效果。精密儀器著陸系統可以滿足二類、三類盲降要求，普通儀表著陸系統只能滿足一類盲降要求。目前，北京、廣州、上海、成都和烏魯木齊機場的盲降系統可以滿足二類盲降要求，其他機場大多數只能實現降低＞800 m或者跑道視程＞550 m條件下的盲降。精密儀器著陸系統對飛機盲降系統沒有高度限制和外界目視參考要求。此外，北斗衛星導航系統具有一定的兼容性，可以與機場現有的全球衛星定位系統進行有效銜接。

3 北斗衛星導航系統應用在山東東營勝利機場

2017年10月10日，中國自主研發的北斗衛星導航系統首次在山東東營勝利機場ARJ21-700飛機的103架飛機上進行測試試飛，此次試飛按照國際民航標準和中國民航技術標準測試北斗衛星導航系統的接收性能。將北斗衛星導航系統應用在ARJ21-700飛機上，提高了一類盲降精密性能，其在瞬態和定位指標方面遠遠超過國際飛行標準，試飛取得了圓滿成功，對促進山東東營勝利機場的發展具有重要意義。山東東營勝利機場將北斗衛星導航系統、未定導航地基增強系統、機載導航系統應用于國產飛機平臺，為日后北斗衛星導航系統在國際民航飛行的標準化和應用推廣上奠定了良好基礎。山東東營勝利機場將進一步加大對北斗衛星導航系統的研究和應用，加快北斗衛星導航系統在民航運輸領域中的應用推廣。山東東營勝利機場以此為契機，將進一步提升東營市的航空運輸網絡，增加國內重要樞紐城市和旅游城市的航班，提高整個東營勝利機場的旅客運輸量、貨輪吞吐量，大力發展通用航空產業。

4 結 論

隨著我國航天航空事業的發展，北斗衛星導航系統不斷發展，逐漸應用與民航導航系統，對提高我國航天航空信息安全具有重要意義。我國北斗衛星導航系統作為一項新研發的技術，還需要進一步完善，讓其更好地應用在民航導航系統中，促進我國航天航空事業的發展。