衛星導航GLS的發展前景

摘要：在科學技術快速發展的現代社會，衛星導航技術在社會工作生活的各個方面都得到了一定程度的應用。近年來，我國應用的是來自美國在二十世紀七十年代研制出的的衛星導航技術，結合目前的發展趨勢來看，傳統的衛星著陸技術設計，逐漸不能滿足現代生產生活的現實需求，過去我國民航機場，大多采用的是“盲降”的著陸系統，也就是儀表著陸系統，隨著航空技術的不斷發展和成熟，GLS（衛星著陸系統）得到了廣泛、深入的推廣和應用，在未來，GLS將逐漸取代ILS，成為保護航空安全的成熟著陸系統。文章將對衛星導航著陸系統的基本原理以及功能進行簡要的分析，并對于衛星導航著陸系統目前的發展現狀和未來的發展前景分別進行分析，為我國多衛星導航著陸系統的整體發展提出了建設性的參考優化改進舉措。

關鍵詞：衛星導航;GLS系統;發展前景

中圖分類號：TN967.1 ???文獻標識碼：A?????文章編號：1671-2064（2019）17-0000-00

0 引言

隨著我國社會經濟的快速發展，航空運輸業的實際需求越來越大，航空運輸業在社會生產、工作中的重要性越來越強。我國經濟社會發展過程中，航空業的發展可以有效拉進各個區域之間的距離，促進了國內外各區域之間的聯系。但是在當前的社會發展階段，航空產業的供給，已經不能滿足大量的需求，很多機場在航空運輸上都面臨著極大的壓力。因此需要在原有的基礎上，擴大機場運輸人以及貨物的總量，提升飛機運輸的安全性。近年來，各大機場逐漸重視起對著陸新系統的研究，針對最新制定的國際航空著陸設備標準，發現過去使用的儀表著陸系統中存在的問題和不足，對機場的導航、著陸以及離場等工作內容，進行系統的研究和改進。經過相關研究發現，過去最常使用的儀表著陸系統存在著較大的弊端，急切需要應用新技術的導航著陸系統。我國近年來對GLS也就是衛星導航著陸系統展開了科學的研究，讓其取代儀表著陸技術，廣泛應用到了民用、軍用航空運輸工作中，滿足了我國軍民用飛機著陸的現實需求，提升了飛機著陸時的準確性和安全性，保障了運輸工作人員以及乘客的生命安全，取得了較好的實踐效果。

1 衛星導航GLS相關概述

1.1 衛星導航著陸系統的原理

衛星導航著陸系統的功能性，是通過全球衛星導航系統來實現的。衛星導航著陸系統，從本質上來講，屬于飛機進近著陸導航系統的范疇。衛星導航著陸系統，可以借助衛星的定位和導航功能，在飛機的降落階段，引導飛機按照準確的方向和位置，降落在跑道上。雖然衛星導航著陸系統可以通過衛星的實時檢測，來確定自身在地面上的位置，但是通過衛星來進行定位的方式，仍存在有一定的數據誤差，同時飛機的降落位置又非常的關鍵，稍有偏離就可能導致安全事故的發生。所以衛星導航著陸系統采用了地面、空中和衛星三部分子系統聯動工作的方式。

在衛星導航著陸系統的測試中，通常使用的是模塊設計法。通過模塊設計法，可以對系統中的各個電路模塊的功能性，進行逐級的測試。在Keil程序中進行編寫和編譯的工作，然后將程序導入到Proteus進行仿真，仿真后將程序應用到在實際電路中，進行后期的調試處理。模塊設計法中的電機驅動模塊，通過調試可以根據PWM信號，來調試電機的轉速。路面檢測模塊，可以對4路有效信號進行調試。在調試的過程中，紅外傳感器都進入到白色路面時，單片機接收到的信號電平為0.25V左右。其中一個或者兩個紅外對管放置在黑線范圍時，對應的電平變高，為4.23V左右。

1.2 衛星導航著陸系統的構成

衛星導航系統，在其功能性實現的過程中，借助了空間子系統、地面子系統、機載子系統以及監控子系統四個部分的作用。

空間子系統的功能，就是播放GNSS空間信號，為其他部分系統功能提供信號支持。地面子系統由地面處理站、基準接收器以及VHF Data Broadcasting處理設備構成。地面子系統可以在接收到空間子系統發出的GNSS信號后，處理站經過精密的計算，得出空間衛星反饋的各項數據的修正差值，對整體的修正過程進行全程監督。VHF Data Broadcasting處理設備可以通過廣播來傳達修正數據。最后，通過地面基站，將修正數據、相關阿德監測數據信息、地面站信息傳達給飛機^【1】。

機載子系統，由機載接收器和飛行控制顯示設備構成。機載的多模式接收器可以接收到空間段發出的GNSS信號和地面段提供的地面差分數據信息。機載子系統可以將接收到的數據信息，進行完好性的等級計算以及差分定位計算，最終得出差分引導信息并將差分引導信息輸出。這部分的計算內容是基于進近段數據構建出來的理想下滑路徑來實現的。機載系統可根據空間衛星的測距信號解算出偽距信息，但這樣得到的偽距存在較大誤差，地面基站發

射的差分修正數據可進一步修正偽距，實現實時導航解算，確定飛機位置、預定進近航道和導航系統完好性。

監控子系統，由系統監控設備構成。系統監控設備可以對地面子系統的設備工作狀態，進行實時的全過程檢測，還可以對最終得出的進近數據進行編輯和修改。

2 衛星導航GLS的優勢特點

傳統的儀表導航系統，從二十世紀四十年代末，被規范為國際標準的航空著陸設備系統。經過了幾十年的發展變遷，ILS（儀表導航系統）在技術的先進性以及引導著陸工作的精密度、安全程度上，已經逐漸失去了原有的優勢。

ILS（儀表導航系統）的局限性，首先是其運行的成本過高。儀表導航系統在引導飛機著陸的時候，是一種“盲降”的工作模式，需要降落的機場提供一套雙向的著陸跑道，并且需要為飛機配備兩套完善額盲降系統。目前的發展階段，各大機場的運送壓力都比較大，航班數量比過去有了明顯的增加。所以可供著陸的跑道較少，難以滿足儀表導航系統實際的工作需求。同時，各大機場的規模不斷擴大，多條備用的跑道會增加機場設備運行、維護、檢修的資金、人力投入，影響現實的經濟效益。其次，儀表導航系統對于使用環境的適應性較差，其在使用的過程中，對場地有著較高的要求。儀表檢測會受到場地中車輛、地形以及處于滑行狀態的飛機的影響，很可能產生信號不穩定的狀況，給飛機的安全著陸帶來較大的威脅。儀表著陸系統適用的信號頻道不足，在機場建設規模不夠的情況下，很容易導致信號交流頻道緊張的狀況，影響飛機著陸效果。

而衛星導航GLS系統的優勢，在于環境適應性強、運行成本較低、運行靈活、信號較為穩定這四方面。環境適應性強，主要體現在衛星著陸系統對于適用場地的要求較低，也就是說對比傳統的儀表著陸系統，衛星著陸系統不具備臨界區的保護限制，一方面可以減少機場場地的改造、日常維護的人力物力成本投入。另一方面，可以安裝在地形較為復雜的機場，在機場現實條件無法滿足儀表著陸系統安裝需求時，提供精密的進近數據支持。運行成本低的優勢，體現在一套完整的衛星著陸系統可以滿足各中規格的機場跑道的精密進近需求。根據實際的衛星導航GLS應用支出調查表明，一套完善的GLS設備，可以同時為多個精密進近程序，提供數據信號指引。衛星著陸系統的設備的銷售價格，通常是單臺儀表著陸系統設備的三分之一。運行靈活的優勢，體現在衛星導航GLS并不局限與單一的直線進近著陸方式，而是與RNAV/RNP協同實現曲線進近，可以根據實際的著陸情況，選擇適宜的著陸方式，在改變著陸路線的過程中具有較強的靈活性^【2】。衛星導航GLS系統在引導飛機著陸的過程中，可以在跑道入口、最后進近下滑角進行快速、簡化的調整過程，有利于降低機場噪聲、縮短尾流間隔。信號穩定的優勢，體現在衛星導航GLS受到外界影響因素的干擾程度較低。衛星導航GLS在引導飛機著陸的過程中，不易受地面、空中活動影響。在遇到雷雨、大風等極端天氣時，信號會處于較為穩定的狀態。信號的穩定性，為縮小管制間隔（特別是II/III 類運行時，五邊前后飛機之間的間隔）創造了條件。

3 衛星導航著陸系統發展現狀

由于我國對衛星導航著陸系統的研究起步時間較晚，因此目前階段還未建立起來完善的衛星導航著陸體制。我國航空工作中，對于全球衛星導航系統的應用能力較差，在應用的過程中，主要采用的是GPS差分技術，對GPS技術有著較強的依賴，這樣的依賴性也就導致了在技術應用的過程中，工作的完備性以及抗干擾性較差^【3】。

在我國電子科技集團長期的研究工作下，在二十一世紀初，我國逐漸研制出了基于全球衛星導航系統的GBAS系統原理樣機以及正樣設備。并在后續的實驗過程中，使用衛星導航著陸系統在多個大型機場進行了精密進近數據實驗。經過多次的實驗，衛星導航著陸系統提供的的進近數據支持，得到了精密性以及完好性的驗證。實驗結果表明，衛星導航著陸系統，具有較強的信號覆蓋能力，信號的穩定性在國際上也處于較高的水準。

4 衛星導航著陸系統的發展前景

基于COMPASS的GNSS衛星導航著陸系統，是衛星導航著陸系統未來的發展方向。其系統結構，主要包括GPS衛星系統、COMPASS以及GALILEO三個部分。地面設備主要包括括數據處理機、監控設備和 4臺基準接收機。衛星導航著陸系統中的本地地面設備，主要負責進行系統的差分修正以及計算播發完好性參數。衛星導航著陸系統中的地面試驗車輛，主要負責測試著陸系統整體的性能以及工作狀態，評估系統關鍵算法。基于COMPASS的GNSS衛星導航著陸系統，將COMPASS衛星導航技術，確定成為整體系統運行的重要優勢，結合接收到的衛星信號，可以為飛機的著陸提供安全穩定的信號資源支持，形成多頻點、多系統的衛星導航著陸系統。

基于COMPASS的GNSS衛星導航著陸系統，應用的關鍵技術，包括多頻點差分處理技術、多系統完好性檢測技術以及綜合測試與驗證評估技術。通過先進技術的支持，來實現衛星導航著陸系統的精細性、安全性、實用性的切實提升。多頻點差分處理技術，就是在差分處理的過程中，采用多個導航頻點來提升處理工作的精度。基于COMPASS的GNSS衛星導航著陸系統可以通過混合星座的方式，構建完善的系統組網。多系統的完好性檢測技術，可以為飛機的著陸，提供更豐富的信息資源。但是多系統的介入，會給衛星導航著陸系統的安全性帶來一定程度的威脅，所以需要在工作的準備階段，設定好完善的系統完好性風險模型，更好地進行風險分配管理工作。綜合測試與驗證評估技術，具體來說就是通過關鍵性算法，來制約和規范衛星導航著陸系統的整體性能。建立完善的綜合測試與驗證評估環境，可以對衛星導航著陸系統中的多頻點差分處理、多系統完好性監測等關鍵技術，進行分析評估，從而達到優化算法性能，最終提升系統性能的目的。

5 結語

我國的衛星導航著陸系統發展，需要積極進行技術的提升研究，提升航空運輸中降落、著陸、疏散等工作程序中的精密性、安全性以及實用性。借鑒國外先進的技術經驗，提升自主研究能力，實現衛星導航著陸系統的廣泛應用，為航空單位提供更多的市場效益。

參考文獻

[1]李東洋，王會，王帥.淺析衛星導航著陸系統技術[J].信息系統工程，2017（10）：92+94.

[2]呂浩源，張輝，龐春雷，曹海霞，柯益明.衛星導航著陸系統地面站完好性監測研究綜述[J].全球定位系統，2016，41（03）：29-34.

[3]高海光.飛機著陸導航定位技術研究[D].長春理工大學，2014.

收稿日期：2019-07-26

作者簡介：管世龍（1988—），男，河南濮陽人，本科，工程師，研究方向：民航空管導航設備維護。