卫星导航GLS的发展前景

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　　摘  要：在科学技术快速发展的现代社会，卫星导航技术在社会工作生活的各个方面都得到了一定程度的应用。近年来，我国应用的是来自美国在二十世纪七十年代研制出的的卫星导航技术，结合目前的发展趋势来看，传统的卫星着陆技术设计，逐渐不能满足现代生产生活的现实需求，过去我国民航机场，大多采用的是“盲降”的着陆系统，也就是仪表着陆系统，随着航空技术的不断发展和成熟，GLS（卫星着陆系统）得到了广泛、深入的推广和应用，在未来，GLS将逐渐取代ILS，成为保护航空安全的成熟着陆系统。文章将对卫星导航着陆系統的基本原理以及功能进行简要的分析，并对于卫星导航着陆系统目前的发展现状和未来的发展前景分别进行分析，为我国多卫星导航着陆系统的整体发展提出了建设性的参考优化改进举措。
　　关键词：卫星导航;GLS系统;发展前景
　　中图分类号：TN967.1    文献标识码：A      文章编号：1671-2064（2019）17-0000-00
　　0 引言
　　随着我国社会经济的快速发展，航空运输业的实际需求越来越大，航空运输业在社会生产、工作中的重要性越来越强。我国经济社会发展过程中，航空业的发展可以有效拉进各个区域之间的距离，促进了国内外各区域之间的联系。但是在当前的社会发展阶段，航空产业的供给，已经不能满足大量的需求，很多机场在航空运输上都面临着极大的压力。因此需要在原有的基础上，扩大机场运输人以及货物的总量，提升飞机运输的安全性。近年来，各大机场逐渐重视起对着陆新系统的研究，针对最新制定的国际航空着陆设备标准，发现过去使用的仪表着陆系统中存在的问题和不足，对机场的导航、着陆以及离场等工作内容，进行系统的研究和改进。经过相关研究发现，过去最常使用的仪表着陆系统存在着较大的弊端，急切需要应用新技术的导航着陆系统。我国近年来对GLS也就是卫星导航着陆系统展开了科学的研究，让其取代仪表着陆技术，广泛应用到了民用、军用航空运输工作中，满足了我国军民用飞机着陆的现实需求，提升了飞机着陆时的准确性和安全性，保障了运输工作人员以及乘客的生命安全，取得了较好的实践效果。
　　1 卫星导航GLS相关概述
　　1.1 卫星导航着陆系统的原理
　　卫星导航着陆系统的功能性，是通过全球卫星导航系统来实现的。卫星导航着陆系统，从本质上来讲，属于飞机进近着陆导航系统的范畴。卫星导航着陆系统，可以借助卫星的定位和导航功能，在飞机的降落阶段，引导飞机按照准确的方向和位置，降落在跑道上。虽然卫星导航着陆系统可以通过卫星的实时检测，来确定自身在地面上的位置，但是通过卫星来进行定位的方式，仍存在有一定的数据误差，同时飞机的降落位置又非常的关键，稍有偏离就可能导致安全事故的发生。所以卫星导航着陆系统采用了地面、空中和卫星三部分子系统联动工作的方式。
　　在卫星导航着陆系统的测试中，通常使用的是模块设计法。通过模块设计法，可以对系统中的各个电路模块的功能性，进行逐级的测试。在Keil程序中进行编写和编译的工作，然后将程序导入到Proteus进行仿真，仿真后将程序应用到在实际电路中，进行后期的调试处理。模块设计法中的电机驱动模块，通过调试可以根据PWM信号，来调试电机的转速。路面检测模块，可以对4路有效信号进行调试。在调试的过程中，红外传感器都进入到白色路面时，单片机接收到的信号电平为0.25V左右。其中一个或者两个红外对管放置在黑线范围时，对应的电平变高，为4.23V左右。
　　1.2 卫星导航着陆系统的构成
　　卫星导航系统，在其功能性实现的过程中，借助了空间子系统、地面子系统、机载子系统以及监控子系统四个部分的作用。
　　空间子系统的功能，就是播放GNSS空间信号，为其他部分系统功能提供信号支持。地面子系统由地面处理站、基准接收器以及VHF Data Broadcasting处理设备构成。地面子系统可以在接收到空间子系统发出的GNSS信号后，处理站经过精密的计算，得出空间卫星反馈的各项数据的修正差值，对整体的修正过程进行全程监督。VHF Data Broadcasting处理设备可以通过广播来传达修正数据。最后，通过地面基站，将修正数据、相关阿德监测数据信息、地面站信息传达给飞机【1】。
　　机载子系统，由机载接收器和飞行控制显示设备构成。机载的多模式接收器可以接收到空间段发出的GNSS信号和地面段提供的地面差分数据信息。机载子系统可以将接收到的数据信息，进行完好性的等级计算以及差分定位计算，最终得出差分引导信息并将差分引导信息输出。这部分的计算内容是基于进近段数据构建出来的理想下滑路径来实现的。机载系统可根据空间卫星的测距信号解算出伪距信息，但这样得到的伪距存在较大误差，地面基站发
　　射的差分修正数据可进一步修正伪距，实现实时导航解算，确定飞机位置、预定进近航道和导航系统完好性。
　　监控子系统，由系统监控设备构成。系统监控设备可以对地面子系统的设备工作状态，进行实时的全过程检测，还可以对最终得出的进近数据进行编辑和修改。
　　2 卫星导航GLS的优势特点
　　传统的仪表导航系统，从二十世纪四十年代末，被规范为国际标准的航空着陆设备系统。经过了几十年的发展变迁，ILS（仪表导航系统）在技术的先进性以及引导着陆工作的精密度、安全程度上，已经逐渐失去了原有的优势。
　　ILS（仪表导航系统）的局限性，首先是其运行的成本过高。仪表导航系统在引导飞机着陆的时候，是一种“盲降”的工作模式，需要降落的机场提供一套双向的着陆跑道，并且需要为飞机配备两套完善额盲降系统。目前的发展阶段，各大机场的运送压力都比较大，航班数量比过去有了明显的增加。所以可供着陆的跑道较少，难以满足仪表导航系统实际的工作需求。同时，各大机场的规模不断扩大，多条备用的跑道会增加机场设备运行、维护、检修的资金、人力投入，影响现实的经济效益。其次，仪表导航系统对于使用环境的适应性较差，其在使用的过程中，对场地有着较高的要求。仪表检测会受到场地中车辆、地形以及处于滑行状态的飞机的影响，很可能产生信号不稳定的状况，给飞机的安全着陆带来较大的威胁。仪表着陆系统适用的信号频道不足，在机场建设规模不够的情况下，很容易导致信号交流频道紧张的状况，影响飞机着陆效果。 　　而卫星导航GLS系统的优势，在于环境适应性强、运行成本较低、运行灵活、信号较为稳定这四方面。環境适应性强，主要体现在卫星着陆系统对于适用场地的要求较低，也就是说对比传统的仪表着陆系统，卫星着陆系统不具备临界区的保护限制，一方面可以减少机场场地的改造、日常维护的人力物力成本投入。另一方面，可以安装在地形较为复杂的机场，在机场现实条件无法满足仪表着陆系统安装需求时，提供精密的进近数据支持。运行成本低的优势，体现在一套完整的卫星着陆系统可以满足各中规格的机场跑道的精密进近需求。根据实际的卫星导航GLS应用支出调查表明，一套完善的GLS设备，可以同时为多个精密进近程序，提供数据信号指引。卫星着陆系统的设备的销售价格，通常是单台仪表着陆系统设备的三分之一。运行灵活的优势，体现在卫星导航GLS并不局限与单一的直线进近着陆方式，而是与RNAV/RNP协同实现曲线进近，可以根据实际的着陆情况，选择适宜的着陆方式，在改变着陆路线的过程中具有较强的灵活性【2】。卫星导航GLS系统在引导飞机着陆的过程中，可以在跑道入口、最后进近下滑角进行快速、简化的调整过程，有利于降低机场噪声、缩短尾流间隔。信号稳定的优势，体现在卫星导航GLS受到外界影响因素的干扰程度较低。卫星导航GLS在引导飞机着陆的过程中，不易受地面、空中活动影响。在遇到雷雨、大风等极端天气时，信号会处于较为稳定的状态。信号的稳定性，为缩小管制间隔（特别是II/III 类运行时，五边前后飞机之间的间隔）创造了条件。
　　3 卫星导航着陆系统发展现状
　　由于我国对卫星导航着陆系统的研究起步时间较晚，因此目前阶段还未建立起来完善的卫星导航着陆体制。我国航空工作中，对于全球卫星导航系统的应用能力较差，在应用的过程中，主要采用的是GPS差分技术，对GPS技术有着较强的依赖，这样的依赖性也就导致了在技术应用的过程中，工作的完备性以及抗干扰性较差【3】。
　　在我国电子科技集团长期的研究工作下，在二十一世纪初，我国逐渐研制出了基于全球卫星导航系统的GBAS系统原理样机以及正样设备。并在后续的实验过程中，使用卫星导航着陆系统在多个大型机场进行了精密进近数据实验。经过多次的实验，卫星导航着陆系统提供的的进近数据支持，得到了精密性以及完好性的验证。实验结果表明，卫星导航着陆系统，具有较强的信号覆盖能力，信号的稳定性在国际上也处于较高的水准。
　　4 卫星导航着陆系统的发展前景
　　基于COMPASS的GNSS卫星导航着陆系统，是卫星导航着陆系统未来的发展方向。其系统结构，主要包括GPS卫星系统、COMPASS以及GALILEO三个部分。地面设备主要包括括数据处理机、监控设备和 4台基准接收机。卫星导航着陆系统中的本地地面设备，主要负责进行系统的差分修正以及计算播发完好性参数。卫星导航着陆系统中的地面试验车辆，主要负责测试着陆系统整体的性能以及工作状态，评估系统关键算法。基于COMPASS的GNSS卫星导航着陆系统，将COMPASS卫星导航技术，确定成为整体系统运行的重要优势，结合接收到的卫星信号，可以为飞机的着陆提供安全稳定的信号资源支持，形成多频点、多系统的卫星导航着陆系统。
　　基于COMPASS的GNSS卫星导航着陆系统，应用的关键技术，包括多频点差分处理技术、多系统完好性检测技术以及综合测试与验证评估技术。通过先进技术的支持，来实现卫星导航着陆系统的精细性、安全性、实用性的切实提升。多频点差分处理技术，就是在差分处理的过程中，采用多个导航频点来提升处理工作的精度。基于COMPASS的GNSS卫星导航着陆系统可以通过混合星座的方式，构建完善的系统组网。多系统的完好性检测技术，可以为飞机的着陆，提供更丰富的信息资源。但是多系统的介入，会给卫星导航着陆系统的安全性带来一定程度的威胁，所以需要在工作的准备阶段，设定好完善的系统完好性风险模型，更好地进行风险分配管理工作。综合测试与验证评估技术，具体来说就是通过关键性算法，来制约和规范卫星导航着陆系统的整体性能。建立完善的综合测试与验证评估环境，可以对卫星导航着陆系统中的多频点差分处理、多系统完好性监测等关键技术，进行分析评估，从而达到优化算法性能，最终提升系统性能的目的。
　　5 结语
　　我国的卫星导航着陆系统发展，需要积极进行技术的提升研究，提升航空运输中降落、着陆、疏散等工作程序中的精密性、安全性以及实用性。借鉴国外先进的技术经验，提升自主研究能力，实现卫星导航着陆系统的广泛应用，为航空单位提供更多的市场效益。
　　参考文献
　　[1]李东洋，王会，王帅.浅析卫星导航着陆系统技术[J].信息系统工程，2017（10）：92+94.
　　[2]吕浩源，张辉，庞春雷，曹海霞，柯益明.卫星导航着陆系统地面站完好性监测研究综述[J].全球定位系统，2016，41（03）：29-34.
　　[3]高海光.飞机着陆导航定位技术研究[D].长春理工大学，2014.
　　收稿日期：2019-07-26
　　作者简介：管世龙（1988—），男，河南濮阳人，本科，工程师，研究方向：民航空管导航设备维护。
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