GPS/BDS双星座环境下陆基增强系统完好性研究

陆基增强系统(GBAS)是国际民航组织推荐的新一代精密进近着陆系统,其完好性是影响该系统导航性能的关键参数之一。为此,介绍全球定位系统/北斗导航系统(GPS/BDS)的时间和坐标系统,分析它们之间的转换和统一方式,并给出GPS/BDS组合定位模型。根据国际相关标准,研究基于GPS星座和BDS区域星座的GBAS伪距误差模型和保护级算法,并进行相应仿真。仿真结果表明,基于GPS/BDS双星座的GBAS完好性保护级要明显优于GPS或BDS单星座时的保护级,并且能够满足II/III类精密进近对完好性的要求。

基于陆基增强系统提高双星定位精度的研究

针对我国自行研制的双星定位系统提出了几种提高其导航定位精度的改进方法，着重研究了通过建立陆基增强系统来提高双星定位能力的技术方案，并对该方案实施的可行性进行了理论分析，讨论了陆基导航台与双星系统的时间同步问题，增强后的双星系统用户端安装导航处理器，工作方式为被动无源工作模式，分析表明，对双星系统增强后，提高了导航的可靠性，减小了定位几何系数GDOP，提高定位精度。

陆基增强系统与仪表着陆系统的空间对准

陆基增强系统(GBAS)与仪表着陆系统(ILS)输出的导航信息基准不同,若要利用数据融合技术实现二者的联合共用,首要问题就是对不同的导航信息进行空间对准.本文作者研究了GBAS与ILS的偏移指示方式,详细推导了GBAS与ILS的空间对准算法,开发了X-Plane飞行数据交互分析系统.利用该系统从X-Plane中采集飞行数据,对所给空间对准算法进行仿真验证.仿真结果表明,所提出的空间对准算法能有效将GBAS与ILS的导航信息转换到统一基准之下,可为GBAS与ILS的数据融合研究提供必要的理论支持.

基于卫星导航陆基增强系统VHF数据链中的传输损耗研究

陆基增强系统产生的所有增强信息、下滑道数据及其他相关信息均是通过甚高频数据链发射的,该数据链的性能直接影响到陆基增强系统的性能,而传输损耗是数据链性能中重要方面之一。因此,甚高频数据链中的传输损耗的分析是陆基增强系统研究的一个非常重要的内容。推导出传输损耗的计算公式,并且在MATLAB上得以实现。

陆基增强系统在无人机进近着陆中的性能分析

针对大型无人机与民用客机在同一空域环境中运行,使用传统的单点定位方法,定位精度低,可靠性差,不能满足大型无人机进近着陆需求的问题,提出了一种提高大型无人机进近着陆过程中的定位精度的方法。利用陆基增强系统,为传统的伪距观测提供差分修正,使大型无人机在进近着陆过程中获得更精确的高程信息。实验结果表明,相比于传统的单点定位方法,利用陆基增强系统进行无人机进近下降着陆,在很大程度上提高了无人机的高程定位精度,确保了无人机在进近着陆过程中的运行安全。研究结果为无人机与民用客机的联合运行以及未来"空管一体化"标准的制定提供了重要理论支撑。

基于北斗的飞机进近着陆系统可视化仿真

为分析基于北斗的陆基增强系统(Ground-Based Augmentation System,GBAS)在进近着陆阶段提供的导航性能,从地面、机载、空间三个层面仿真GBAS运行。在MATLAB环境下对广播星历数据进行处理,仿真北斗空间段星座和轨道运行情况。参考RTCA发布的GBAS最低运行性能标准,建立地面端和机载端数据模型,仿真增强算法。分析北斗系统的定位误差及导航性能。建立Simulink运动学和控制模型实现对姿态控制。研究Flight Gear输入/输出接口,实现与MATLAB联合仿真,并通过联合仿真方式,搭建应用北斗卫星导航系统的飞机进近着陆系统可视化仿真平台。

GBAS与ILS联合导航系统数据融合方法与验证

电离层延迟和多径干扰分别是陆基增强系统(ground-based augmentation systems,GBAS)和仪表着陆系统(instrument landing systems,ILS)的主要干扰源。在实现GBAS与ILS时间对准和空间对准的基础上,分析了电离层风暴对GBAS以及多径干扰对ILS的影响;通过深入解析从模拟飞行软件X-Plane采集的多次进近着陆飞行数据,建立了飞机精密进近着陆阶段的运动模型;引入了一种基于改进的Sage-Husa自适应滤波和方差估计学习算法的GBAS与ILS数据融合方法;基于X-Plane及自行开发的数据采集模块构建了实验验证系统,并针对GBAS不受电离层风暴的影响、ILS受弱多径效应影响,GBAS受电离层风暴的影响、ILS受弱多径效应影响,以及GBAS不受电离层风暴的影响、ILS受多径效应影响三种情况展开仿真实验。实验结果表明,改进的Sage-Husa算法能有效抑制电离层风暴对GBAS的影响以及多径对ILS的干扰,使GBAS与ILS联合后的导航系统在相应干扰条件下,能为飞机提供满足I类精密进近精度要求的水平和垂直引导,有效提高精密进近运行的生存能力。

基于SINS/GBAS组合导航的高精度进近着陆导航技术

可重复使用运载器在进近着陆阶段对位置偏差有较高的精度要求,而现有的组合导航方式的导航误差波动幅度较大,难以满足运载器在进近着陆段的导航要求。因此,本文利用捷联惯导系统(strap-down inertial navigation system,SINS)的非线性误差传播模型,以陆基增强系统(ground based augmentation system,GBAS)输出的精确位置信息为基础,建立SINS/GBAS组合导航方法,并给出“输出+反馈”的组合导航复合修正结构。通过在GBAS中引入电离层误差及对流层误差,从而实现了对于运载器定位误差在厘米级的精确定位。此外,通过引入扩展卡尔曼滤波技术,有效地抑制了惯导误差漂移的问题。通过数值模拟仿真,证明SINS/GBAS组合导航对飞行器进近着陆段的水平与高程定位误差不大于0.05 m,测速误差不大于0.05 m/s,从而证实了SINS/GBAS组合导航方式在可重复运载器在进近着陆段导航的可行性。

基于GPS的GBAS机载接收机完好性分析

在卫星空间导航性能的研究中,针对陆基增强系统(Ground-Based Augmentation System,GBAS)的应用需求,结合GBAS卫星完好性的计算方法和局域增强系统(Local Area Augmentation System,LAAS)相关标准,对基于GPS的GBAS的CAT II/CAT III类精密进近的完好性算法和影响完好性的地面和机载的伪距偏差模型进行了研究分析,最后对基于GPS的GBAS CAT II/CAT III精密进近的完好性进行了仿真和分析,仿真证明基于GPS的GBAS完好性不能完全满足CAT II/CAT III精密进近着陆完好性要求。仿真为GPS中的GBAS工程应用提供参考。

Ⅰ类GBAS机载接收机的品质因素

品质因素(FOM)是陆基增强系统(GBAS)机载接收机适航论证的重要性能指标。根据美国航空无线电技术委员会(RTCA)有关GBAS机载系统标准DO-253D给出的FOM结论性计算公式,分析研究了FOM的内涵,给出了FOM的定义以及FOM完整的解算过程。仿真分析了品质因素与相关参数的关系。仿真结果给出了Ⅰ类GBAS系统平滑时间常数的选择依据,并给出了为获得符合Ⅰ类要求的品质因素,飞机与GBAS基准站的水平距离和垂直距离范围,以及地面和机载接收机的类型配置。研究结果可为我国GBAS机载系统适航标准的制定提供相应的技术支持。

北斗GBAS机载接收机最后进近航段偏差研究

偏差是陆基增强系统(GBAS,ground-based augmentation system)机载接收机适航论证的重要性能指标。根据美国航空无线电委员会(RTCA,Radio Technical Commission for Aeronautics)颁布的DO-253D中对GBAS机载接收机偏差输出的要求,分析研究了偏差的来源,给出了完整的偏差解算过程,并推导出偏差阈值。随后,分别在静态和动态场景下对基于北斗的GBAS机载接收机偏差输出进行仿真分析。结果表明,基于北斗的GBAS机载接收机偏差输出能够满足精密进近引导输出的要求,可为中国GBAS机载接收机适航标准的制定提供理论支持。

利用贝叶斯决策的GBAS保护级完好性风险分配

完好性风险是描述导航系统完好性重要指标之一。美国航空无线电技术委员会(Radio Technical Commission for Aeronautics,RTCA)在其标准DO-245A中提到,可依据I类陆基增强系统(groud-based augmentation system,GBAS)地面基准站中的基准台数将保护级完好性风险分配于H0和H1假设,用于计算漏检乘积因子和GBAS保护级。此方法未能依据基准台故障情况分配完好性风险概率,导致保护级无法较准确地反映GBAS位置误差。本文利用Bayesian决策,基于最小总错误率准则重新分配H0和H1假设下的完好性风险概率。仿真分析了不同基准台数以及不同误差分布下完好性风险概率的分配,并计算了漏检乘积因子和垂直保护级,结果表明在基准台数大于2以及存在零均值或非零均值高斯分布的垂直位置误差时,基于Bayesian决策的完好性分配算法降低了保护级数值。理论分析和仿真实验表明,基于最小总错误率准则重新分配H0和H1假设下的完好性风险概率,减小了完好性风险分配的错误率,使保护级紧致地包络实际定位误差。

GBAS基准站多径效应评估技术

陆基增强系统(GBAS)播发的差分信息无法校正GBAS地面子系统与机载子系统之间的非相关误差,如多径误差,致使其成为GBAS在标称环境下的最大误差源。在GBAS基准站正式部署之前,必须对初始台址进行多径效应的量化评估,以验证当前站址是否满足安装要求。基于码减载波(CMC)方法,进行了实际安装的GBAS基准站的多径效应评估。结果表明,当前GBAS基准站布设环境可以满足多径误差要求。同时,载波平滑算法可有效抑制站点的多径效应,且算法随平滑时间常数的增大而更加有效。在当前安装条件下,GBAS基准站多径误差指标项结果满足GAD-B3类精度等级要求。