CN106873001A - Gbas地面系统布设方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种GBAS地面系统布设方法，包括：根据选定的方案布设地面基准站，所述地面基准站包括参考天线以及与所述参考天线连接的参考接收机；利用所述参考接收机获取所述参考天线接收到的卫星信号；根据所述参考天线接收到的卫星信号，判断所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差是否满足要求；若满足要求，则按照所述选定的方案继续布设处理子系统和VDB发射机。本发明提供的GBAS地面系统布设方法，给出了布设机场GBAS地面系统的工作流程参考，且布设完成的GBAS地面系统满足多径效应误差和噪声误差，性能较好，提高了整体布设效率。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航技术，尤其涉及一种GBAS地面系统布设方法。
背景技术
地基增强系统(Ground Based Augmentation System，GBAS)是支持航空器精密进近导航服务的全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)增强系统，由GBAS地面系统、GBAS机载系统以及GBAS监测系统组成。GBAS系统能够利用位置已知的地面基准站，采用差分技术为机场局域空域内(以GBAS地面站为中心半径约23海里范围内)的飞行提供满足相应飞行性能要求的精密进近和定位服务。
GBAS差分技术的本质是利用地面系统与机载系统测量误差的公共性和关联性来消除用户测距误差。而对于地面与机载系统无关联的误差，GBAS不能修正，这类误差即伪距修正误差，包括地面多径效应误差、射频干扰误差等。这类误差需要通过其他技术来进行控制或消除。合理地布设GBAS地面基准站，能够有效减小地面多径效应误差、射频干扰误差等。因此，地面基准站的布设是搭建GBAS地面系统过程中极为重要的环节。
目前，机场GBAS地面基准站的布设尚未形成标准体系，机场在进行GBAS地面系统布设工作时缺乏参考，容易导致布设效率低下、最终布设完成GBAS地面系统性能较差。
发明内容
本发明提供一种GBAS地面系统布设方法，用以解决现有技术中布设GBAS地面系统时缺乏参考、效率低下的技术问题。
本发明提供一种GBAS地面系统布设方法，包括：
根据选定的方案布设地面基准站，所述地面基准站包括参考天线以及与所述参考天线连接的参考接收机；
利用所述参考接收机获取所述参考天线接收到的卫星信号；
根据所述参考天线接收到的卫星信号，判断所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差是否满足要求；
若满足要求，则按照所述选定的方案继续布设处理子系统和VDB发射机。
进一步地，在根据选定的方案布设地面基准站之前，还包括：
在备选方案中选择一个作为所述选定的方案；
其中，所述备选方案包括下述至少一种：
菱形方案：四个参考天线呈菱形分布；各参考天线与滑行道之间的距离均不相同；各参考天线与障碍物之间的距离均大于100米，与处理子系统之间的距离均小于1300米；VDB发射机与所述处理子系统之间的距离为100米；
梯形方案：四个参考天线呈梯形分布；各参考天线与滑行道之间的距离均不相同；各参考天线与障碍物之间的距离均大于100米，与处理子系统之间的距离均小于1300米；VDB发射机与所述处理子系统之间的距离为100米；
折线方案：四个参考天线呈折线分布；各参考天线与滑行道之间的距离均不相同；各参考天线与障碍物之间的距离均大于100米，与处理子系统之间的距离均小于1300米；VDB发射机与所述处理子系统之间的距离为100米。
进一步地，所述方法还包括：
将地面基准站的个数增加为六个；
其中，新增的地面基准站与各个已有地面基准站的距离至少为155米；新增的地面基准站与障碍物之间的距离大于100米；两个新增地面基准站之间的距离至少为155米；六个地面基准站的参考天线中任意三个不能共线。
进一步地，所述方法还包括：
若所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差不满足要求，则重复执行以下步骤，直至满足要求或者调整次数达到预设阈值：调整所述地面基准站的位置；基于调整后的位置，利用参考接收机获取参考天线接收到的卫星信号，并根据卫星信号判断所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差是否满足要求。
进一步地，所述方法还包括：
若调整次数达到预设阈值，所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差依然不满足要求，则换其它备选方案重新布设地面基准站。
进一步地，根据参考天线接收到的卫星信号，判断所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差是否满足要求，包括：
根据参考天线接收到的卫星信号，计算所述地面基准站对应的多径效应误差和噪声误差；
判断所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差整体是否大于多径与噪声误差包络值；
若所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差整体大于多径与噪声误差包络值，则不满足要求，反之则满足要求。
进一步地，所述方法还包括：
布设完处理子系统和VDB发射机之后，将机载系统中的MMR接收机与Novatel接收机连接同一GNSS天线，以接收卫星信号，将机载系统中的MMR接收机与Telerad接收机连接同一VHFNAV/LOC天线，以接收所述VDB发射机发出的GBAS电文数据；
控制飞机按照预定轨迹飞行，并记录飞行过程中MMR接收机、Novatel接收机和Telerad接收机接收到的数据；
根据记录的数据，判断GBAS地面系统的布设是否满足动态要求。
进一步地，判断GBAS地面系统的布设是否满足动态要求，包括：
根据所述GBAS电文数据，计算载波平滑伪距的标准差；
根据所述载波平滑伪距的标准差，确定所述GBAS地面系统的精度等级。
进一步地，所述方法还包括：
若所述GBAS地面系统的精度等级不满足要求，则根据所述GBAS电文数据中的差分修正无故障误差项，计算参考接收机的监视阈值；
判断所述参考接收机的监视内容是否大于监视阈值；
若是，则检查参考接收机是否出现故障，并在所述参考接收机出现故障时进行修复或更换；若否，则调整所述GBAS地面系统中地面基准站的布设位置。
进一步地，所述方法还包括：
根据所述记录的数据，进行码载分歧滤波监视、测量质量监视、几何扫描监视以及差分修正量级检查；
根据码载分歧滤波监视、测量质量监视、几何扫描监视以及差分修正量级检查的结果，对机场整体布设进行调整。
本发明提供的GBAS地面系统布设方法，通过根据选定的方案布设地面基准站，所述地面基准站包括参考天线以及与所述参考天线连接的参考接收机，利用所述参考接收机获取所述参考天线接收到的卫星信号，根据所述参考天线接收到的卫星信号，判断所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差是否满足要求，并在满足要求时按照所述选定的方案继续布设处理子系统和VDB发射机，给出了布设机场GBAS地面系统的工作流程参考，且布设完成的GBAS地面系统满足多径效应误差和噪声误差，性能较好，提高了整体布设效率。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的GBAS地面系统布设方法的流程图；
图2为本发明实施例二提供的GBAS地面系统布设方法的流程图；
图3为本发明实施例二提供的GBAS地面系统布设方法中菱形方案的示意图；
图4为本发明实施例二提供的GBAS地面系统布设方法中梯形方案的示意图；
图5为本发明实施例二提供的GBAS地面系统布设方法中折线方案的示意图；
图6为本发明实施例二提供的GBAS地面系统布设方法中在菱形方案的基础上增设两个新的地面基准站的示意图；
图7为本发明实施例二提供的GBAS地面系统布设方法中在梯形方案的基础上增设两个新的地面基准站的示意图；
图8为本发明实施例二提供的GBAS地面系统布设方法中在折线方案的基础上增设两个新的地面基准站的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本申请实施例中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
实施例一
本发明实施例一提供一种GBAS地面系统布设方法。图1为本发明实施例一提供的GBAS地面系统布设方法的流程图。如图1所示，本实施例中的方法，可以包括：
步骤101、根据选定的方案布设地面基准站，所述地面基准站包括参考天线以及与所述参考天线连接的参考接收机。
其中，GBAS地面系统可以包括地面基准站、处理子系统和VDB(Very HighFrequency Data Broadcast，甚高频数据广播)发射机。所述地面基准站包括参考天线和参考接收机，所述参考天线用于接收卫星信号，所述参考接收机与所述参考天线连接，用于将所述参考天线接收到的卫星信号发送给处理子系统。所述处理子系统用于根据所述卫星信号生成相应的GBAS电文数据。所述VDB发射机用于将所述处理子系统生成的GBAS电文数据发送给用户设备如GBAS地面系统服务的飞机等。
本步骤中，可以首先根据实际情况来确定布设GBAS地面系统的方案。具体地，可以根据机场中滑行道和障碍物的情况、地面基准站位置的地下设施(如电气、通信、射频、天然气、下水道、水管等设施)是否会对选址造成问题、以及布设可行性和电气布线成本等，综合确定所述选定的方案。所述选定的方案中可以包括GBAS地面系统中各部件的位置信息。
GBAS地面系统中地面基准站的选址需要满足以下两个基本标准：
①确保有足够的区域安装所述参考天线，且该区域必须满足参考天线之间距离的最低要求，即各参考天线之间的距离不小于100米。
②参考天线的位置应当尽量远离多径源和遮蔽源，以避免多径源和遮蔽源对参考天线接收的信号造成影响。所述多径源和遮蔽源可以包括但不限于：跑道、滑行道、金属围栏、建筑物、水渠、高速公路、树木、栏杆等；同时，参考天线应当避免选在飞机着陆点、跑道入口或者其他经常有物体(如起重机、车辆、飞机等)通过的区域。
参考天线选址时还需要满足参考接收机和处理子系统连接的通信电缆的最大允许长度。而电缆的最大允许长度取决于可接受的传输信号最大损失，由电缆的类型及所传输的信号性质(数字或射频)而定。
在确定选定的方案后，可以根据所述选定的方案布设GBAS地面系统中的地面基准站，即布设参考天线以及参考接收机，而暂时不进行处理子系统和VDB发射机的布设。
步骤102、利用所述参考接收机获取所述参考天线接收到的卫星信号。
参考天线和参考接收机布设好后，所述参考天线会接收卫星信号。所述卫星信号可以是GNSS信号，具体可以为北斗卫星信号或GPS(Global Positioning System，全球定位系统)信号等。
所述参考天线将接收到的卫星信号发送给参考接收机。所述参考接收机可以将所述卫星信号直接发送给数据记录设备，数据记录设备可以记录至少24小时的参考接收机输出数据，以供处理分析。
步骤103、根据所述参考天线接收到的卫星信号，判断所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差是否满足要求。
具体地，本步骤中的根据参考天线接收到的卫星信号，判断所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差是否满足要求，可以包括：
根据参考天线接收到的卫星信号，计算所述地面基准站对应的多径效应误差和噪声误差；判断所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差整体是否大于多径与噪声误差包络值；若所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差整体大于多径与噪声误差包络值，则不满足要求，反之则满足要求。
本实施例中，可以利用码减载波(CodeMinusCarrier，CMC)来计算所述多径效应误差和噪声误差。
首先根据公式(1)计算码减载波：
其中，ρ1(k)为第k个历元B1频点的码观测值，φ1(k)、φ2(k)分别是第k个历元B1和B2频点的相位观测值，f1和f2分别是B1和B2信号的频率。
所得CMC由多径效应误差和噪声误差、以及整周模糊度引起的误差组成。其中多径效应误差和噪声误差一般认为是零均值的，而整周模糊度误差一般与时间无关，故可以通过一段时间的CMC取平均来近似估计整周模糊度误差，从而将其消除。
多径效应误差(Multipath，MP)和噪声误差(ε)可以由公式(2)计算。
其中，利用2N个历元的CMC值的平均来估计整周模糊度误差，N可设置为50，j为历元编号。
将计算所得结果与参考DO-253C标准的多径和噪声误差包络值比较，多径和噪声误差包络值为：
σmultipath+noise＝0.49+0.53e(-θ/10°) (3)
其中，θ(°)是卫星仰角。
若所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差整体大于多径与噪声误差包络值，即多径效应误差与噪声误差之和大于所述多径与噪声误差包络值，则说明地面基准站的误差较大，不满足要求，反之则满足要求。
步骤104、若满足要求，则按照所述选定的方案继续布设处理子系统和VDB发射机。
若地面基准站的布设满足要求，则可以根据选定的方案继续布设处理子系统和VDB发射机。
若不满足要求，则可以对地面基准站的布设进行调整，例如根据多径效应误差和噪声误差适当增大受多径效应影响较为严重的地面基准站与周围地面基准站和障碍物的距离，如增大10m。调整之后重新按照步骤102至步骤103的方法评估多径效应误差和噪声误差是否满足要求，不满足则继续调整，直至满足要求后重新布设处理子系统和VDB发射机。
在实际应用中，当机场需要布设GBAS地面系统时，可以首先根据机场的实际情况选定方案，然后根据选定的方案布设地面基准站，地面基准站布设完成后，对地面基准站输出的数据进行测试，确定地面基准站的多径效应误差和噪声误差是否满足要求，在满足要求后再进行处理子系统和VDB发射机的布设，能够有效避免布设完成后的GBAS地面系统不满足要求。
本实施例提供的GBAS地面系统布设方法，通过根据选定的方案布设地面基准站，所述地面基准站包括参考天线以及与所述参考天线连接的参考接收机，利用所述参考接收机获取所述参考天线接收到的卫星信号，根据所述参考天线接收到的卫星信号，判断所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差是否满足要求，并在满足要求时按照所述选定的方案继续布设处理子系统和VDB发射机，给出了布设机场GBAS地面系统的工作流程参考，且布设完成的GBAS地面系统满足多径效应误差和噪声误差，性能较好，提高了整体布设效率。
实施例二
本发明实施例二提供一种GBAS地面系统布设方法。本实施例是在实施例一提供的技术方案的基础上，提出了多种具体的GBAS地面系统布设方案。
图2为本发明实施例二提供的GBAS地面系统布设方法的流程图。如图2所示，本实施例中的方法，可以包括：
步骤201、在备选方案中选择一个作为所述选定的方案。
其中，所述备选方案可以包括菱形方案、梯形方案和折线方案中的至少一种。下面分别说明。
第一种方案，菱形方案：四个地面基准站呈菱形分布；各地面基准站与滑行道之间的距离均不相同；各地面基准站与障碍物之间的距离均大于100米，与处理子系统之间的距离均小于1300米；VDB发射机与所述处理子系统之间的距离为100米；
具体地，GBAS地面系统中可以包括四个地面基准站，每个地面基准站中均包括参考天线和参考接收机。四个参考天线可以呈菱形分布，即四个参考天线作为菱形的四个端点分布。
进一步地，每个参考天线可以分别与邻近两个参考天线相距155米。图3为本发明实施例二提供的GBAS地面系统布设方法中菱形方案的示意图。图3给出了菱形方案中各部件之间的位置关系及相互之间的距离。
本方案中，四个参考天线呈菱形，使得参考天线之间相互对称，有效减小了地面基准站的误差，提高了地面基准站的性能。
第二种方案，梯形方案：四个地面基准站呈梯形分布；各地面基准站与滑行道之间的距离均不相同；各地面基准站与障碍物之间的距离均大于100米，与处理子系统之间的距离均小于1300米；VDB发射机与所述处理子系统之间的距离为100米。
具体地，GBAS地面系统中可以包括四个地面基准站，每个地面基准站中均包括参考天线和参考接收机。四个参考天线可以呈梯形分布，即四个参考天线作为梯形的四个端点分布。
进一步地，每个参考天线可以分别与邻近两个参考天线相距155米。图4为本发明实施例二提供的GBAS地面系统布设方法中梯形方案的示意图。图4中，圆形表示参考天线，三角形表示处理子系统，方形表示VDB发射机。图4给出了梯形方案中各部件之间的位置关系及相互之间的距离。
本方案中，四个参考天线呈梯形，使得参考天线的布设更具灵活性，更容易满足机场实际场地的需要。
第三种方案，折线方案：四个地面基准站呈折线分布；各地面基准站与滑行道之间的距离均不相同；各地面基准站与障碍物之间的距离均大于100米，与处理子系统之间的距离均小于1300米；VDB发射机与所述处理子系统之间的距离为100米。
具体地，GBAS地面系统中可以包括四个地面基准站，每个地面基准站中均包括参考天线和参考接收机。四个参考天线可以呈折线分布，即四个参考天线的连线成为一条折线。
进一步地，每个参考天线可以分别与邻近两个参考天线相距155米。图5为本发明实施例二提供的GBAS地面系统布设方法中折线方案的示意图。图5给出了折线方案中各部件之间的位置关系及相互之间的距离。
本方案中，四个参考天线呈折线，使得参考天线整体与滑行道之间的距离较小，减小了GBAS地面系统的占地面积，减小了GBAS地面系统的布设成本。
图5和图6中，圆形表示参考天线，三角形表示处理子系统，方形表示VDB发射机。
在上述各方案中，地面基准站中的参考接收机与参考天线可以有两种布设方法。第一种为集中式布设，即参考接收机直接放置在参考天线的基座上，参考接收机再通过数据传输线将接收的数据传送至主设备机房内的处理子系统，用于连接参考接收机与处理子系统的电缆可以是数字电缆，地面基准站与处理子系统之间的距离可以根据电缆类型以及信号衰减要求适当调整。此种布设方式使得参考接收机的维护较为困难，同时安全性较低。第二种为参考天线与参考接收机分离式布设，即将参考接收机放置在主设备机房，利用射频同轴电缆与相应的参考天线相连。
需要注意的是，上述各方案中的具体距离等数据仅为参考，具体实施时需要根据机场实际条件，包括跑道、滑行道等多径源和遮蔽源的位置、高度，以及GBAS地面系统中各设备的实际情况进行调整。此外，上述方案是初步选址的候选方案，仍需进行进一步的测试与筛选，评估方案的可行性，并根据评估结果适当调整布设方案。
步骤202、根据选定的方案布设地面基准站，所述地面基准站包括参考天线以及与所述参考天线连接的参考接收机。
步骤203、利用所述参考接收机获取所述参考天线接收到的卫星信号。
步骤204、根据所述参考天线接收到的卫星信号，判断所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差是否满足要求。
步骤205、若满足要求，则按照所述选定的方案继续布设处理子系统和VDB发射机。
步骤202至步骤205与实施例一中的步骤101至步骤104类似，此处不再赘述。
若所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差不满足要求，则重复执行以下步骤，直至满足要求或者调整次数达到预设阈值：调整所述地面基准站的位置；基于调整后的位置，利用参考接收机获取参考天线接收到的卫星信号，并根据卫星信号判断所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差是否满足要求。
若调整次数达到预设阈值，所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差依然不满足要求，则换其它备选方案重新布设地面基准站。
本实施例中，GBAS地面系统中可以包括四个地面基准站，分别对四个地面基准站的多径效应误差和噪声误差进行测试，若每个地面基准站均满足要求，则可以按照方案继续布设处理子系统和VDB发射机，若四个地面基准站中有一个或多个不满足要求，则需要对地面基准站进行调整。
所述预设阈值可以为四次，若调整四次之后，还不能满足要求，则可以换其它的方案，重新布设地面基准站，并在布设完成之后，按照前述方法计算新方案的多径效应误差和噪声误差是否满足要求，并在不满足要求时进行一次或多次调整。
若三种备选方案都已经进行过多径效应误差和噪声误差的评估，且经过多次调整后均未找到满足要求的方案，则比较三种方案及其各次调整的测试结果，选择相对最优的方案，根据所述相对最优的方案继续布设处理子系统和VDB发射机。
进一步地，上述各备选方案均是适用于配备四个地面基准站的GBAS地面系统。在机场与设备实际条件允许的情况下，可以适当增加地面基准站，提高GBAS地面系统的可靠性。六个地面基准站的布设可在上述四个地面基准站布设方案的基础上进行改动，即在合适的位置增设两个地面基准站。
图6为本发明实施例二提供的GBAS地面系统布设方法中在菱形方案的基础上增设两个新的地面基准站的示意图。图7为本发明实施例二提供的GBAS地面系统布设方法中在梯形方案的基础上增设两个新的地面基准站的示意图。图8为本发明实施例二提供的GBAS地面系统布设方法中在折线方案的基础上增设两个新的地面基准站的示意图。其中，实心圆形表示原方案中的参考天线，三角形表示处理子系统，方形表示VDB发射机，空心圆形表示新增的地面基准站的参考天线。
如图6至图8所示，新增的两个地面基准站与各个已有地面基准站的距离至少为155米，同时，两个新增地面基准站之间的距离至少为155米，且两个新增的地面基准站与障碍物之间的距离大于100米；六个地面基准站的参考天线中任意三个不能共线。
本实施例提供的GBAS地面系统布设方法，给出了多种备选方案，机场在准备布设GBAS地面系统时，可以按照机场的实际情况选择合适的方案，布设地面基准站并进行多径效应误差和噪声误差的评估，在误差不满足要求时进行调整，若多次调整后还不满足，则换其它备选方案，能够有效指导机场布设GBAS地面系统，满足各类机场的不同需求。
在上述实施例提供的技术方案的基础上，优选的是，在布设完处理子系统和VDB发射机之后，还可以对GBAS地面系统进行动态测试。
1、测试装置
动态测试需要用到地面系统和机载系统两部分，其中地面系统即GBAS地面系统，包括：地面基准站，处理子系统和VDB发射机。地面系统中各部分的功能和连接关系可参照前述实施例。
机载系统设置在飞机上，具体可以包括：Novatel(诺瓦泰)接收机，RockwellCollins MMR接收机(罗克韦尔柯林斯多模接收机)，Telerad(泰利瑞)接收机，数据记录设备，VDB(VHF Data Broadcast，甚高频广播数据)信号场强测试设备等。
其中，Novatel接收机为Novatel公司生产的接收机，精度较高。Rockwell CollinsMMR接收机为美国Rockwell Collins公司生产的MMR接收机(Multi-mode Receiver，多模接收机)。Telerad接收机为法国Telerad公司生产的VDB接收机。
其中，MMR接收机与Novatel接收机连接同一GNSS天线，以接收GPS卫星信号和北斗卫星信号。MMR接收机与Telerad接收机连接同一VHFNAV/LOC(VHF Navigation/Location，甚高频导航/定位)天线，接收GBAS地面系统中VDB发射机发出的GBAS电文数据。数据记录设备可以通过ARINC429总线和RS422接口记录MMR接收机接收的数据，同时，通过RS485接口记录Telerad接收机接收的数据，用于后续数据处理分析，此外，还可以通过USB(UniversalSerial Bus，通用串行总线)记录Novatel接收机接收的数据，作为参考值。VDB信号场强测试设备用于测试机载系统接收的VDB信号的场强，实时监测GBAS地面系统发送信号的特性，分析机场VDB信号覆盖情况。
2、测试前准备
在进行动态测试前，需要进行地面检查，包括检查GBAS地面系统是否能够正常工作，验证GBAS电文数据中FAS(Final Approach Segment，最终进近段)数据、机场数据等固定数据的正确性，以及预测GPS与北斗系统性能。
将校验飞机在停机坪上开机，检查各系统是否能够正常工作：检查GBAS地面系统是否处于正常工作状态并正常发射GBAS电文数据，检查Telerad接收机是否能够正常接收信号，检查机载MMR接收机、Novatel接收机是否能够正常工作等。
预测GPS与北斗系统性能，是指在飞行测试开始之前，分别利用GPS和北斗星历预测卫星可用性，以及几何精度因子(GDOP)、位置精度因子(PDOP)、水平精度因子(HDOP)、垂直精度因子(VDOP)等精度因子，从而确定GPS和北斗卫星系统性能是否能够支持飞行测试。
3、飞行测试
完成地面检查并发现没有异常后，进行飞行测试，控制飞机按照预定轨迹飞行，并记录飞行过程中MMR接收机、Novatel接收机和Telerad接收机接收到的数据。
飞行测试可以包括两部分：地面测试和空中测试。地面测试进行跑道往返滑行、沿跑道中心线滑行、沿跑道中心线S形滑行等科目；空中测试进行大圆飞行、弧度飞行、恒定高度飞行、进近飞行以及复飞等科目。
①地面测试科目
飞机从跑道入口处开始沿跑道中心线往返滑行；飞机从跑道入口处开始沿跑道中心线S型滑行，直至跑道终端。
记录这个过程中的GBAS电文数据、VDB信号强度数据等，检查机场各条跑道VDB信号接收情况、VDB覆盖情况以及FAS数据的准确性等。
根据GBAS标准文件，GBAS覆盖范围内，VDB信号强度应该在-99dBW/m2至–35dBW/m2，此即VDB信号强度的评估标准，下同。
②大圆飞行
飞机以FTP/LTP(Fictitious Threshold Point/Landing Threshold Point，虚构的着陆入口点)为圆心，分别以15海里、20海里和23海里为半径，在约2000米和3000米的高度上沿大圆轨迹飞行。记录每次飞行中的GBAS电文数据、VDB信号强度等，检测机场所测GBAS地面系统覆盖范围的边界上VDB信号的强度，从而分析机场VDB覆盖情况。
③弧度飞行
校验飞机以FTP/LTP为圆心，分别以15海里、20海里、23海里为半径，在约600米的高度上，沿跑道左右35度的圆弧上飞行。主要记录VDB信号强度数据、GBAS电文数据等，检测机场跑道附近，飞机进近方向上VDB信号的覆盖情况，验证在最低的GBAS垂直覆盖边界上，VDB信号强度是否能够达到要求的最小场强。
④恒定高度飞行
校验飞机在约3000米的高度上，沿跑道中心延长线，从距离跑道入口23海里处开始飞行，到超过跑道另一侧3.0海里处结束。记录GBAS电文数据、VDB信号强度数据，检测跑道进近区域以及复飞区域内VDB信号覆盖情况。
⑤进近与着陆/复飞
对于机场所有GBAS地面系统提供服务的跑道，校验飞机分别从距离跑道入口20海里、15海里、10海里处开始切入下滑道，进入进近程序，飞行至30米高度时，检查着陆点的VDB信号最小及最大强度，若不满足标准要求，则飞机拉平，衔接复飞程序；否则，飞机继续进行着陆，将覆盖范围下延至跑道以上3.7米处。
在机场所有GBAS地面系统服务的最终进近路径(Final Approach Path，FAP)上进行进近和着陆测试，以保证在所有FAP上，VDB信号强度均满足要求，同时验证FAS数据的准确性以及进近中差分定位的精度。
4、数据评估
根据飞行测试中记录的数据，判断GBAS地面系统的布设是否满足动态要求。
首先，可以从精度、完好性、可用性、连续性等方面评价GBAS地面系统整体性能，其中，精度分析中的导航系统误差(Navigation System Error，NSE)以Novatel接收机定位结果作为参照值来计算。
然后，可以根据记录的数据进行局部性能评估。具体地，可以通过针对GBAS电文数据中不同组成部分的具体评估方式评估GBAS性能，查找系统可能存在的问题。
为了提高对GBAS地面系统及机场相关设施的数据准确性，可以对GBAS电文数据进行基于B值的GAD评估，参考接收机故障监视，码载分歧滤波监视，测量质量监视，几何扫描监视，差分修正量级检查等检测。
(1)基于B值的GAD评估
根据所述GBAS电文数据，计算载波平滑伪距的标准差；根据所述载波平滑伪距的标准差，确定所述GBAS地面系统的精度等级。
具体地，提取GBASMT1电文中的B值，计算σB，并根据公式(4)计算载波平滑伪距的标准差σpr_gnd：
其中，θi是第i颗可见卫星对GBAS地面系统中地面基准站的仰角，M是参考接收机数目，N是计算所用的卫星数目。
将得到的σpr_gnd与地面精度指示器(Ground Accuracy Designator，GAD)结合参考接收机数量划分的A、B、C三个等级的RMSpr_gnd比较，RMSpr_gnd由公式(5)计算：
其中，参数a0、a1、θ0、a2根据不同等级取值不同，见表1。
表1GAD曲线参数
若σpr_gnd在A、B或C等级下满足公式(6)：
σpr_gnd(θ)+0.05m≤RMSpr_gnd(θ) (6)
则认为GBAS地面设备精度满足相应的GAD的A、B或C等级。
如果A、B、C等级都不满足，则可能是接收机的精度不满足要求，或者是GBAS地面基准站的布设不满足要求。
(2)参考接收机故障监视(Reference Receiver Fault Monitor，RRFM)
若所述GBAS地面系统不满足A、B、C任何一个精度等级的要求，则根据所述GBAS电文数据中的差分修正无故障误差项，计算参考接收机的监视阈值；判断所述参考接收机的监视内容是否大于监视阈值；若是，则检查参考接收机是否出现故障，并在所述参考接收机出现故障时进行修复或更换；若否，则调整所述GBAS地面系统中地面基准站的布设位置。
具体地，对GBAS地面系统中的每个参考接收机的监视内容为：
阈值的计算公式为：
TB,air,vert＝Kffd,BσBvert (9)
TB,air,lat＝Kffd,BσBlat (10)
其中，Kffd,B是由无故障检测率决定的乘数因子，设置为5.5；σBvert和σBlat由下列公式计算：
其中，U(i)是计算B值时的GBAS参考接收机数目，一般是M-1；是GBAS电文播发的卫星i的差分修正无故障误差项。
在所述GBAS地面系统的精度等级不满足要求时，判断RRFM是否满足要求，若不满足，说明是参考接收机的问题，此时可以检查参考接收机是否出现故障，并在所述参考接收机出现故障时进行修复或更换，若RRFM满足要求，则说明是GBAS地面系统的布设有问题，则可以调整GBAS地面系统中各部件的位置尤其是地面基准站的位置。
(3)码载分歧滤波(CodeCarrierDivergence，CCD)监视
利用可见卫星的原始伪距和载波相位观测值进行CCD监视，过程如下：
Zj＝(1-k)·Zj-1+k·dzj (13)
Dj＝(1-k)·Dj-1+k·Zj (14)
其中，Dj是历元j的监视滤波输出；Zj是历元j的滤波状态值；k是滤波权值，是采样间隔与时间常数(100秒)之比；dzj的计算公式如下：
其中，ρj是历元j的码伪距观测值；是历元j的载波相位观测值。
将CCD监视输出与阈值0.0125m/s比较，评估在进近期间是否出现异常大的电离层延迟或其他信号观测故障，使得计算所得差分定位解出现粗差。
(4)测量质量监视(MeasuremQualityMonitor，MQM)
对原始伪距进行载波平滑：
其中，α是采样时间间隔(设置为0.5s)与时间常数(设置为100秒)的比值，ρn是码伪距观测值，φn是载波相位观测值。
将Ionon与阈值10米比较，检测周跳及其他可能的信号观测故障。
(5)几何扫描监视
其中，S为加权的最小二乘投影矩阵，G为有状态空间到测量空间的转移矩阵。W为最小二乘的加权矩阵，其逆矩阵为：
G的第i行按照下式计算：
G＝[-cosθicos Azi -cosθisin Azi -sinθi 1] (21)
其中，θi是接收机到第i颗卫星的仰角，Azi是接收机到第i颗卫星的方位角。
σi是与卫星i有关的无故障误差：
σpr_gnd,i：第i颗卫星计算的GBAS地面站设备广播的伪距修正误差的标准差；
σtropo,i：第i颗卫星计算的对流层延迟残余误差的标准差；
σair,i：第i颗卫星计算的机载用户差分残余误差的标准差；
σiono,i：电离层延迟残余误差的标准差，在伪卫星的测量误差中不含有该项。
计算伪距域到定位域投影矩阵垂直方向的分量：
Svert,i＝sz,i+sx,i×tanθGPA (23)
其中：sx,i是由第i颗卫星的伪距误差导出的x方向定位误差分量，sy,i是由第i颗卫星的伪距误差导出的y方向定位误差分量，sz,i是由第i颗卫星的伪距误差导出的z方向定位误差分量，θGPA是最终进近航路的下滑角。
如果某时刻任一卫星的Svert大于4或者任两个卫星Svert之和大于6，则该时刻卫星几何结构不满足精密进近要求。
(6)差分修正量级检查(DifferentialCorrectionMagnitudeCheck，DCMC)
水平定位差分修正量级(HPDCM)即伪距观测值的差分修正值向水平定位的投影，其计算公式为：
其中，是向定位域和时间的投影，x1和x2是的水平定位项，是伪距修正向量，δPRi是卫星i的观测伪距的总修正值，计算方法如下所示：
δPRi＝PRCi+RRCi×(t-tzcount)+TCi+c×Δtsv,i (26)
其中，PRCi是MT1电文中卫星i的伪距修正项；RRCi是MT1电文中卫星i的伪距修正变化速率，t是当前时间；tzcount是MT1电文中PRCi对应的应用时间，Δtsv,i是卫星i的星钟修正，利用GNSS广播星历求得；TCi是卫星i的对流层误差修正量，由下列公式计算：
其中，NR是GBASMT2中的折射率指数；Δh是用户相对于GBAS地面站参考点的高度；θ是卫星相对于用户的仰角；h0是GBAS MT2电文中的对流层高度。
通过对GBAS电文数据进行基于B值的GAD评估，参考接收机故障监视，码载分歧滤波监视，测量质量监视，几何扫描监视，差分修正量级检查，能够有效检测GBAS电文数据的准确性，确定GBAS地面系统及机场相关设施的设置是否满足要求。
根据码载分歧滤波监视、测量质量监视、几何扫描监视以及差分修正量级检查的结果，可以对机场整体布设进行调整，以使机场整体布设更加符合飞行要求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种GBAS地面系统布设方法，其特征在于，包括：
根据选定的方案布设地面基准站，所述地面基准站包括参考天线以及与所述参考天线连接的参考接收机；
利用所述参考接收机获取所述参考天线接收到的卫星信号；
根据所述参考天线接收到的卫星信号，判断所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差是否满足要求；
若满足要求，则按照所述选定的方案继续布设处理子系统和VDB发射机。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据选定的方案布设地面基准站之前，还包括：
在备选方案中选择一个作为所述选定的方案；
其中，所述备选方案包括下述至少一种：
菱形方案：四个参考天线呈菱形分布；各参考天线与滑行道之间的距离均不相同；各参考天线与障碍物之间的距离均大于100米，与处理子系统之间的距离均小于1300米；VDB发射机与所述处理子系统之间的距离为100米；
梯形方案：四个参考天线呈梯形分布；各参考天线与滑行道之间的距离均不相同；各参考天线与障碍物之间的距离均大于100米，与处理子系统之间的距离均小于1300米；VDB发射机与所述处理子系统之间的距离为100米；
折线方案：四个参考天线呈折线分布；各参考天线与滑行道之间的距离均不相同；各参考天线与障碍物之间的距离均大于100米，与处理子系统之间的距离均小于1300米；VDB发射机与所述处理子系统之间的距离为100米。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
将地面基准站的个数增加为六个；
其中，新增的地面基准站与各个已有地面基准站的距离至少为155米；新增的地面基准站与障碍物之间的距离大于100米；两个新增地面基准站之间的距离至少为155米；六个地面基准站的参考天线中任意三个不能共线。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
若所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差不满足要求，则重复执行以下步骤，直至满足要求或者调整次数达到预设阈值：调整所述地面基准站的位置；基于调整后的位置，利用参考接收机获取参考天线接收到的卫星信号，并根据卫星信号判断所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差是否满足要求。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
若调整次数达到预设阈值，所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差依然不满足要求，则换其它备选方案重新布设地面基准站。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，根据参考天线接收到的卫星信号，判断所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差是否满足要求，包括：
根据参考天线接收到的卫星信号，计算所述地面基准站对应的多径效应误差和噪声误差；
判断所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差整体是否大于多径与噪声误差包络值；
若所述地面基准站的多径效应误差和噪声误差整体大于多径与噪声误差包络值，则不满足要求，反之则满足要求。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：
布设完处理子系统和VDB发射机之后，将机载系统中的MMR接收机与Novatel接收机连接同一GNSS天线，以接收卫星信号，将机载系统中的MMR接收机与Telerad接收机连接同一VHFNAV/LOC天线，以接收所述VDB发射机发出的GBAS电文数据；
控制飞机按照预定轨迹飞行，并记录飞行过程中MMR接收机、Novatel接收机和Telerad接收机接收到的数据；
根据记录的数据，判断GBAS地面系统的布设是否满足动态要求。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，判断GBAS地面系统的布设是否满足动态要求，包括：
根据所述GBAS电文数据，计算载波平滑伪距的标准差；
根据所述载波平滑伪距的标准差，确定所述GBAS地面系统的精度等级。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：
若所述GBAS地面系统的精度等级不满足要求，则根据所述GBAS电文数据中的差分修正无故障误差项，计算参考接收机的监视阈值；
判断所述参考接收机的监视内容是否大于监视阈值；
若是，则检查参考接收机是否出现故障，并在所述参考接收机出现故障时进行修复或更换；若否，则调整所述GBAS地面系统中地面基准站的布设位置。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：
根据所述记录的数据，进行码载分歧滤波监视、测量质量监视、几何扫描监视以及差分修正量级检查；
根据码载分歧滤波监视、测量质量监视、几何扫描监视以及差分修正量级检查的结果，对机场整体布设进行调整。
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