GBAS中相位平滑伪距差分修正改进算法

针对卫星导航精度问题,提出一种载波相位平滑伪距差分修正算法的改进方案.通过无码载偏离平滑滤波技术来解决电离层对伪距和载波相位观测值带来的不一致性导致的电离层误差加剧问题.利用信号传播中误差模型预测值、载波信号和码伪距确定滤波器的衰减因子,把接收到的双频载波信号相位值和伪距值线性组合,输入滤波器滤波.同时用卫星修正信息对平滑伪距值中钟差进行修正.仿真结果表明通过该算法能够减少滤波后的信号残差,提高载波相位平滑伪距差分修正值标准差的可用性,减少电离层误差对星基导航精密进近阶段定位精度的影响.

GBAS参考接收机精度对一致性监测影响研究

为研究GBAS参考接收机精度对多参考接收机一致性影响,通过理论推导和仿真验证,建立参考接收机定位精度与多参考接收机一致性(B值)之间的关系。通过接收机数据采集实验,并依据上述理论对GNSS参考接收机伪距等原始观测数据进行处理以及作图分析。实验结果发现随着定位精度提高B值变小,即参考接收机一致性提高。在此基础上给出了一般情况下,满足连续性要求的地基增强系统(GBAS)参考接收机水平定位精度应在0.1 m左右(即分米级)。该实验结果可在GBAS试验时为参考接收机选取提供参考。

基于LSM内插算法的北斗GBAS参考站布局设计研究

为提高机场空域利用率,进近等级和进近效率,提出基于北斗导航系统的"三轮"式地面参考站布局设计方案。基于GPS的GBAS参考站的适用于20 km范围,其通过平均法计算差分校正量不能满足对差分校正值准确描述。通过实验和仿真对比,分析了低次曲面内插法(LSM)、基于距离的内插法(DIM)与平均法三者之间的差异。实验结果发现LSM、DIM内插法与均值法在计算差分校正时,存在较大差异。在此基础上提出将低次曲面法(LSM)用于"三轮"式地面参考站布局,并给出了相应的进近方案。

地基增强系统（GBAS）飞行验证方法研究

为改善终端区导航服务性能，支持GPS差分精密进近和着陆，国际民航组织提出了地基增强系统（GBAS）。为验证地基增强系统是否满足民用航空运行标准，需要对其进行飞行验证。本文详细讨论了对GBAS系统的飞行验证过程，包括地面子系统和机载子系统的平台建设，以及飞行验证方法。试验结果表明被测GBAS系统符合国际民航组织颁布的GBAS运行标准，满足一类精密进近要求。

GBAS基准站布设方案设计与评估方法

地基增强系统(GBAS)基准站的布设方式会直接影响系统精度与完好性,且与机场环境、卫星星座以及当地电离层活动情况密切相关。然而,美国联邦航空管理局(FAA)发布的GBAS选址标准只是给出了基准站布设的基本要求,没有深入考虑上述因素的影响。因此,GBAS基准站布设方案设计与评估方法需要进一步研究。首先,基于采集数据比较分析了5个机场典型GBAS基准站布设和伪距校正误差标准差。然后,结合理论和仿真研究了基准站个数对GBAS性能的影响,以及基线长度对星历故障监视和异常电离层梯度监视性能的影响。最后,提出一种GBAS基准站布设方案设计和评估方法,并辅以V型跑道的4个方案示例,为根据机场实际情况、GBAS星历故障监视和异常电离层梯度监视实际需求等设计和选择合适的方案提供参考。

基于多参数稳定分布的GBAS垂直保护级计算

针对全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)的地基增强系统(ground based augmentation system,GBAS)的完好性评估过程中,使用误差包络理论计算保护级(protection level,PL)时,误差模型存在的“厚尾”“不对称”“非零均值”等问题,提出了基于稳定分布的误差包络理论。首先给出了高斯包络理论计算PL的模型;其次推导了两参数与四参数稳定分布误差包络算法;最后使用仿真数据和通过实验测得的数据,对多参数稳定包络模型的算法进行评估。结果表明多参数稳定包络法在相似的计算复杂度下,解决了高斯包络法建模时过于保守的问题,显著提高了保护级计算的精确性。

基于GBAS的飞机精密进近性能分析

精密进近着陆是整个航空飞行中的关键阶段,地基增强系统(GBAS)能够为航空导航提供实时和可靠的高精度定位服务。为了提高GBAS Ⅲ类(CAT Ⅲ)精密进近导航性能,建立了GBAS精密进近仿真模型,设计了GBAS载波相位平滑伪距以及差分修正算法,评估了双频全球导航卫星系统(GNSS)和GBAS算法在精密进近过程中的精度。仿真结果表明,与双频GNSS算法相比,GBAS算法可有效降低定位误差,满足CAT Ⅲ精密进近的精度要求。

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。

GBAS应用于民用航空的研究

北斗地基增强系统(GBAS),作为我国自行研发的导航系统,系统的完好性问题始终是应用中不可回避的问题。文章在研究北斗地基增强系统完好性及其相关理论知识的基础上,结合民航中实际出现的问题,将抽象的理论知识用计算与相关流程直观地表示出来。充分研究系统完好性理论,为今后提高民航导航系统安全和所需导航性能做了铺垫。

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。

基于GBAS的可用性预测研究

GBAS可用性预测是在地基增强系统(Ground Based Augmentation System,GBAS)的整个进近引导过程中,对GBAS服务状态及卫星星座状态的一种预测,并辅助塔台监控人员监视,是民航GBAS应用的重要监测措施。为保证GBAS机载用户在终端区精密进近引导着陆的可靠性及安全性,提出一种基于GBAS地面基准位置的可用性预测方法,该方法通过星历或历书、卫星信号的相关峰、GBAS报文信息等内容预测未来卫星星座的状态,进而完成对GBAS服务状态的预测,以便系统及时向塔台监控人员发出预测告警、调整GBAS进近程序,进而达到可用性监视的目的,提高了系统的完好性及可用性。

地基增强系统(GBAS)站址评估分析

GBAS在通过差分定位提高卫星导航精度的基础上,增加了一系列完好性处理算法,使机场覆盖空域范围内的配置相应机载设备的飞机获得到达I类精密进近(CAT-I)甚至更高标准的精密进近、着陆引导服务。GBAS在建设规划阶段,站址评估是确定运行GBAS性能的重要手段。主要介绍了GBAS系统的系统组成、工作原理,重点介绍了GBAS站址评估方法,并以某机场实测数据为例进行了GBAS站址评估,为后续GBAS投入应用提供了技术基础。

GBAS对流层异常完好性监测参数研究

地基增强系统(GBAS)服务于与生命安全相关应用时,有必要开展对流层异常监测以保证导航精度和完好性。观测域最大可容忍对流层延迟和对流层异常概率是设计GBAS对流层异常完好性监测体系的关键参数。本文以满足适航需求为基础,实现定位域所需导航性能与观测域所需监测性能之间的转换,基于最差保护原则实现了观测域最大可容忍对流层延迟的量化。欧洲中尺度天气预报中心(ECMWF)2010—2019年的气象数据被用于对流层反演分析,验证了对流层波导异常和非标称对流层延迟2类故障发生概率。使用北斗真实数据和气象数据开展仿真验证,结果表明:为保障GBAS支持的精密进近和着陆服务完好性和可用性,观测域最大可容忍对流层延迟取值范围为0.57~0.92 m(对应下滑角θ=2.5°~3.5°);沿海地区,对流层波导异常概率处于10%~50%之间,但其对GBAS完好性影响较低;非标称对流层延迟概率保守设置为5.3×10^(−3),以保证GBAS完好性。上述仿真结果为对流层异常完好性监测器设计和GBAS完好性监测体系完善提供了重要参考。

北斗基准站建设助力北斗在电力行业中的应用

基于地基增强系统基准站的建设,可有效提升北斗导航系统定位精度,可满足电网业务对高精度定位、授时授频、短报文等需求。介绍了北斗基准站建设组网方案,对北斗系统在电力行业应用进行研究分析,提出北斗技术与电力行业的行业融合思路,对后期同类项目建设有一定参考价值。

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。

GPS地基增强系统简介及其性能仿真验证

GPS地基增强系统主要用于增强卫星导航系统信息的完好性和提高导航精度,为飞机的精密进近和着陆导航提供服务。介绍了GPS地基增强系统组成结构、服务类型和主要服务信息种类,进而对信息完好性进行了简单说明。然后对GPS地基增强系统的误差源进行了简单描述,根据误差源模型建立地基增强系统的完好性数学模型。最后以A320飞机为飞行平台,通过仿真飞机在着陆过程中的水平保护级和垂直保护级,评估地基增强系统的性能。通过仿真分析,GPS地基增强系统能够满足CATⅢB类的精密进近和着陆导航要求。

GNSS地基增强系统研究及应用综述

地基增强系统地面站进行载波平滑伪距,进行完好性监测,产生伪距校正信息,并广播差分信息报文,机载用户接收GBAS信号进行伪距差分定位,完成进近引导。本文主要介绍了GBAS系统的系统组成、工作原理、技术研究概况及应用前景,GBAS系统在民航领域的应用,将取得非常可观的直接、间接经济效益和社会效能。

基于地基增强系统的双座电动飞机导航定位可视化仿真

为了分析双座电动飞机基于地基增强系统(ground-based augmentation systems,GBAS)在空间领域环境中的运行情况,以双座电动飞机模型为基础,设计并建立了基于三维可视化仿真FlightGear平台来模拟GBAS的运行引导效果。通过对导航数据分析处理,仿真了可见星和运行轨道的情况。针对传统的最小二乘伪距定位方法和载波相位平滑伪距算法的定位精度、可靠性都不能满足双座电动飞机定位着陆需求的问题,采用了增强算法卡尔曼滤波平滑伪距算法,对增强算法进行了仿真。采用FlightGear与MATLAB联合仿真,可以更直观地看出GBAS导航数据对双座电动飞机的引导效果,从而验证了双座电动飞机在终端区的导航定位着陆可以通过GBAS结合增强算法来引导。定位的水平平均误差和垂直平均误差都减小到1 m以内。

基于GNSS的地基增强系统信号质量监测阈值设计

针对载噪比和码/载波分歧监测量在信号质量监测(SQM)过程中出现的非高斯性导致阈值模型过于保守的问题,提出一种基于稳定分布的SQM监测量参数阈值算法。首先给出2种监测量基于高斯分布的阈值模型,然后推导基于稳定分布的监测量阈值模型,最后通过实测数据对稳定分布的阈值算法进行评估与验证。结果表明,稳定分布可更加准确地描述载噪比和码/载波分歧监测量,使阈值更加紧致地包络监测量参数,从而解决传统阈值模型过于保守、精确低的问题,降低系统风险,提升GBAS系统的完好性。

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.