GNSS增强系统在民航中的应用

航空运输量的快速增长使空域资源变得十分紧张，如北京首都国际机场每日航班进出港数量在1400架次左右，已经接近饱和。同时，其他航空器飞行任务也在不断增长，使得原本紧张的空域变得更加拥堵。

国际民航组织(ICAO)与各缔约国和有关国际组织共同致力于新技术的推广以满足未来空中交通管理的需要。目前已经达成共识，将基于性能的导航(PBN)作为未来全球导航技术的主要发展方向。PBN运行的导航设施主要是全球导航卫星系统(GNSS)，为了提高GNSS的精度和完好性，需要对GPS的性能进行增强，用以实现降低飞机最低着陆标准的目标，满足I类精密进近(CATⅠ)、Ⅱ类精密进近(CATⅡ)、甚至Ⅲ类精密进近(CATⅢ)的运行要求。GNSS增强系统有3种类型：机载增强系统(ABAS)、星基增强系统(SBAS)和陆基增强系统(GBAS)。

机载增强系统(ABAS)

ABAS利用机载GPS信息和其他传感器信息，实现机载导航系统的完好性监控。目前，航空公司普遍采用接收机自主完好性监控(RAIM)，根据用户多模式接收机(MMR)的多余观测值，来监测用户定位结果的完好性，其目的是在导航过程中检测出发生故障的卫星，保障导航定位精度。在没有其他可用的增强系统时，航空公司的GNSS接收机必须具备ABAS功能，可以通过多种途径获取RAIM预测值。

星基增强系统(SBAS)

SBAS是基于地球静止轨道卫星建立的地区性广域差分增强系统，该系统保证了GPS信号满足精度、完好性、连续性和可用性要求。SBAS主要由SBAS卫星、机载接收机和地面设备组成，其地面设备由地面站、参考站和主站组成，各站之间利用地面通信网络连接。

目前，SBAS包括美国的广域增强系统(WAAS)、欧洲同步卫星导航覆盖系统(EGNOS)、日本的多功能卫星增强系统(MSAS)和印度的GPS 辅助型静地轨道增强导航系统(GAGAN)等，但从全球航空器的使用情况来看，还是以WAAS和EGNOS为主。

EGNOS是欧洲自主开发建设的星基导航增强系统，它通过增强GPS和GLONASS两个卫星导航系统的定位精度来满足高安全用户的需求。目前EGNOS已覆盖欧洲大陆，欧盟成员国中有14个国家已经参与到EGNOS中。EGNOS通过地面测距与完好性监测站(RIMS)接收GPS卫星信号，将信号通过网络传输给4个主控制中心(MCC)，将修正的GPS数据通过5个陆地导航地球站(NLES)传输给3颗静止轨道(GEO)卫星，包括大西洋东部(AOR-E)、印度洋IOR和非洲上空的地球同步通信卫星阿蒂米斯(Artemis)卫星，GEO将修正好的GPS信号再发送给飞机MMR以此来提高飞机导航和定位精度。

美国自2003年7月10日开始建设WAAS系统，截至2015年6月28日，美国本土共公布3554个LPV程序，满足了1732个机场的运行。

WAAS系统通过美国本土的38个广域参考基站(WRS)接收GPS卫星的信号，并通过地面传输网络将信号传输给3个WAAS主机站(WMS)进行数据处理，完成后将修正后的GPS信号通过4个GEO数据链传输基站将信号传送给2个GEO卫星，由GEO卫星将修正好的GPS信号发送给飞机MMR以此来提高飞机导航和定位精度。

陆基增强系统GBAS

GBAS在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监视算法，用以提高系统完好性、可用性、连续性的指标。在机场覆盖空域范围内，配有相应机载设备的飞机可以获得CATI甚至更高标准的精密进近、着陆引导服务。与ABAS和SBAS相比较，GBAS的精度更高，可以达到的着陆标准更低。

GBAS与传统ILS相比较，具有许多优势。与ILS最大的不同在于，GBAS只需要一套设备就可以覆盖机场全部跑道，满足任意方向的CATⅠ、CATⅡ、甚至CATⅢ的运行要求，如果系统在运行中发生故障，仅需在邻近安装一个替代即可，ILS系统一旦故障将影响整条跑道运行，严重的甚至关闭机场。此外，对于ILS进近，因受设备固有限制，如果在服务区外过早捕获航向道信号，可能导致飞机过早开始切入航向道。但是GBAS有服务边界限制，飞机在进近过程中将不存在这一问题。GBAS在大型机场消除了临界和敏感区，提高了跑道使用效率。

美国联邦航空局FAA于2009年对霍尼韦尔公司SmartPath系统的LASS系统进行认证，并于2010年完成CATⅢ LASS地面和机载设备原型的设计建设，目前在大西洋城(ACY)机场正在进行CATⅢ LASS验证工作。截至2015年第1季度，美国已在纽瓦克(EWK)机场、格兰特郡(MWH)机场、休斯顿(AIH)机场应用SmartPath系统引导飞机进近和着陆，这3个机场地面处理单元设备都已升级为霍尼韦尔SLS-4000，将更好地满足机场的运营需求。

欧洲自2009年开始逐步部署GBAS测试系统，开展GBAS进近研究。2012年2月13日，德国柏林航空在不莱梅机场完成了GBAS设备满足CATⅠ标准的进近。此后，德国法兰克福机场、西班牙马拉加机场、瑞士苏黎世机场也都实施了GBAS运行。

澳洲于2006年在悉尼机场安装霍尼韦尔SLS-3000 GBAS设备实施验证，2006-2010年，澳洲航空公司(Qantas)在悉尼机场使用早期试验原型系统执行了2000多次进场，并使用GBAS系统执行了750多次进场飞行。2012年12月，Airservices公司与澳航共同进行了一次霍尼韦尔SLS-4000 GBAS陆基增强系统的运行试验和评估，搭载机组人员和相应设备的波音737-800和空客A380飞机在可视气象条件下执行了SmartPath进场飞行。2014年7月，Airservices开始着手在悉尼机场安装新的着陆系统，SmartPath首次在南半球投入使用。

2006年，中国民航局空管局针对林芝机场特殊的地理情况，在民航GNSS卫星完好性监测工程的第二期工程中，批准了林芝机场的GBAS试验工程，由中国电子科技集团公司第20所和民航数据通信有限责任公司联合承担项目的实施工作。通过建立GBAS系统为林芝机场提供精确、稳定的GPS信号，通过数据采集和跑车试验来验证GPS信号增强的效果。

2014年7月28日，中国电子科技集团公司研制的国内首套GBAS卫星导航着陆系统，在天津滨海国际机场开展安装和适航取证工作。2015年4月29日，一架东方航空公司的A321和一架山东航空公司