基于WAAS的PBN的實(shí)現(xiàn)及性能研究

摘 要：傳統(tǒng)的陸基系統(tǒng)導(dǎo)航模式由于對(duì)地面導(dǎo)航臺(tái)的過(guò)度依賴而阻礙了民航運(yùn)輸發(fā)展。由此，區(qū)域?qū)Ш剑ˋrea Navigation，簡(jiǎn)稱RNAV）技術(shù)和所需性能導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在文章中，將以全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中的廣域增強(qiáng)系統(tǒng)作為導(dǎo)航源，主要針對(duì)導(dǎo)航精度性能，對(duì)PBN的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：PBN；性能；WAAS

1 PBN

為了停止區(qū)域性的“RNAV/RNP”標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)繁殖，ICAO重新審核、定義了RNAV及RNP概念，PBN規(guī)范應(yīng)運(yùn)而生。

1.1 PBN的定義

ICAO對(duì)PBN的定義為對(duì)于運(yùn)行在空中交通服務(wù)航路、儀表進(jìn)近程序或制定空域的飛機(jī)基于性能要求的區(qū)域?qū)Ш?。其中，?dǎo)航性能包括，精度、完好性、連續(xù)性、可用性、功能性。

1.2 PBN的三要素

PBN的三要素為：導(dǎo)航設(shè)施、道行規(guī)范和導(dǎo)航應(yīng)用三個(gè)要素。其中，導(dǎo)航設(shè)施指實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航服務(wù)的系統(tǒng)。

導(dǎo)航規(guī)范指在空域內(nèi)為保證基于性能導(dǎo)航的運(yùn)行，針對(duì)航空器和機(jī)組成員所制定的一整套要求，主要由RNAV和RNP規(guī)范組成。RNP與RNAV的最大區(qū)別是RNP具有機(jī)載性能監(jiān)視和告警功能。此外，RNP還可以在RNAV基礎(chǔ)上縮小航路間隔，且具備圓弧轉(zhuǎn)彎能力，從而更優(yōu)利用空域。

導(dǎo)航應(yīng)用是指按照已定的空域概念，針對(duì)航路、程序以及指定的空域范圍，應(yīng)用某導(dǎo)航規(guī)范和導(dǎo)航設(shè)施。RNAV應(yīng)用應(yīng)依照RNAV規(guī)范進(jìn)行，RNP應(yīng)用應(yīng)依照RNP規(guī)范進(jìn)行。

2 WAAS系統(tǒng)

WAAS系統(tǒng)屬于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的一種。

2.1 組成及工作過(guò)程

WAAS系統(tǒng)由主控站、地面參考站網(wǎng)絡(luò)、地面上行注入站、完好性通道（同步衛(wèi)星），以及用戶接收機(jī)組成。WASS系統(tǒng)將大量參考站規(guī)劃在柵格節(jié)點(diǎn)上，從而達(dá)到服務(wù)區(qū)柵格化監(jiān)管的目的。參考站、采集GPS衛(wèi)星/WAAS衛(wèi)星的雙頻偽距、星歷、對(duì)流層延遲等原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳送到主控站。主控站對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后生成衛(wèi)星位置/鐘差等差分改正數(shù)、電離層分布柵格、以及完好性等級(jí)/告警數(shù)據(jù)等增強(qiáng)數(shù)據(jù)，通過(guò)上行注入站向靜地衛(wèi)星發(fā)送，通過(guò)靜地衛(wèi)星透明轉(zhuǎn)發(fā)器快速轉(zhuǎn)發(fā)給用戶接收機(jī)，用戶結(jié)合GPS和WAAS兩種導(dǎo)航數(shù)據(jù)就可以得到更高精度、更高安全性、可靠性的導(dǎo)航定位服務(wù)。

2.2 WAAS的精度計(jì)算

根據(jù)上文闡述，WAAS系統(tǒng)通過(guò)將大量參考站規(guī)劃在柵格節(jié)點(diǎn)上，從而達(dá)到服務(wù)區(qū)柵格化監(jiān)管的目的。由于篇幅限制，文章在對(duì)精度計(jì)算時(shí)，只計(jì)算電離層誤差一項(xiàng)，而其他誤差則采用參考值參與計(jì)算。

2.2.1 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)精度

GPS的導(dǎo)航系統(tǒng)精度主要由兩個(gè)因素決定：偽距測(cè)量精度以及幾何精度因子（GDOP值），即：

？滓G=？滓0×GDOP （1）

其中，σ0為偽距誤差均方差，在計(jì)算GPS定位精度時(shí)可用UERE代替。

UERE= （2）

GDOP是測(cè)量誤差到位置解算誤差的幾何放大因子。代表從測(cè)量誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差到解的放大量。在相同的觀測(cè)精度情況下，幾何精度因子GDOP值越小，定位精度越高；反之則越低。

2.2.2 WAAS電離層誤差網(wǎng)格校正算法

WAAS電離層誤差網(wǎng)格矯正算法的中心思想就是利用柵格監(jiān)管的方式將復(fù)雜的電離層曲面分割細(xì)化，形成一種人為規(guī)定的球面網(wǎng)格。這種球面網(wǎng)格的中心與地心重合，半徑為地球半徑與電離層電子密度最大處的平均高度相加之和。

在假想的電離層球面上，利用了經(jīng)線和緯線的定義實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)格的劃分，即在北緯55°與南緯55°之間，網(wǎng)格點(diǎn)的間隔為5°，高緯度地區(qū)網(wǎng)格點(diǎn)的間隔為10°及15°。用戶通過(guò)網(wǎng)格內(nèi)插法，利用地面監(jiān)測(cè)網(wǎng)實(shí)時(shí)提供各網(wǎng)格點(diǎn)的垂直電離層延遲校正和網(wǎng)格點(diǎn)電離層垂直誤差值會(huì)的非常精確的電離層延遲校正和用戶差分距離誤差值。

3 基于WAAS的PBN的實(shí)現(xiàn)

由于篇幅所限，文章只討論基于WAAS的RNP的實(shí)現(xiàn)。

WAAS的導(dǎo)航系統(tǒng)精度仿真：以天津?yàn)槔?，假設(shè)飛機(jī)在天津地區(qū)進(jìn)行精密進(jìn)近著陸，利用WAAS系統(tǒng)電離層誤差網(wǎng)格校正算法進(jìn)行精度仿真如下。

首先，假設(shè)有4個(gè)WAAS基準(zhǔn)站位于華北地區(qū)。其具體分布列于表1。

以天津站穿透點(diǎn)位置為中心選取柵格節(jié)點(diǎn)，計(jì)算各基準(zhǔn)站至柵格節(jié)點(diǎn)距離，如表2所示。

WAAS系統(tǒng)星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、對(duì)流層誤差采用經(jīng)典值，不贅述。

根據(jù)UERE值計(jì)算公式（2），可得天津（117°E，39°N）UERE值為：7.2m（95%）。在文章中，只考慮GNSS系統(tǒng)水平導(dǎo)航系統(tǒng)誤差（NSE值）

？滓NSE=UERE×HDOP

4 結(jié)束語(yǔ)

飛行階段對(duì)GNSS導(dǎo)航系統(tǒng)精度的要求如表4所示。

根據(jù)表4所示，WAAS的水平導(dǎo)航精度可以滿足Ⅰ類精密進(jìn)近的水平導(dǎo)航精度要求。

參考文獻(xiàn)

[1]楊洪海，張光明.中國(guó)民航PBN發(fā)展戰(zhàn)略及實(shí)施現(xiàn)狀[J].中國(guó)民用航空，2010，120：19-22.

作者簡(jiǎn)介：張沁（1990-），女，漢族，北京市朝陽(yáng)區(qū)，助理工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：導(dǎo)航。