GBAS对流层异常完好性监测参数研究

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28817

电子电气工程与控制

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GBAS对流层异常完好性监测参数研究

李家祥, 程建华, 李亮(), 那志博, 贾春

哈尔滨工程大学智能科学与工程学院，150001

收稿日期:2023-04-04 修回日期:2023-05-05 接受日期:2023-05-30 出版日期:2024-04-15 发布日期:2023-05-31
通讯作者: 李亮 E-mail:liliang@hrbeu.edu.cn
基金资助:
国家重点研发计划(2021YFB3901300);国家自然科学基金(61773132)

Troposphere anomaly integrity monitoring parameters for GBAS

Jiaxiang LI, Jianhua CHENG, Liang LI(), Zhibo NA, Chun JIA

College of Intelligent Systems Science and Engineering，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China

Received:2023-04-04 Revised:2023-05-05 Accepted:2023-05-30 Online:2024-04-15 Published:2023-05-31
Contact: Liang LI E-mail:liliang@hrbeu.edu.cn
Supported by:
National Key Research and Development Program(2021YFB3901300);National Natural Science Foundation of China(61773132)

摘要/Abstract

摘要：

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。

关键词: 对流层波导异常, 非标称对流层延迟, 完好性, 地基增强系统（GBAS）, 全球卫星导航系统（GNSS）

Abstract:

Troposphere anomaly must be monitored to ensure navigation accuracy and integrity when the Ground-Based Augmentation System （GBAS） provides services for safety-critical applications. The maximum tolerable troposphere delay in measurement domain and the troposphere anomaly probability are the critical parameters for GBAS troposphere anomaly integrity monitors. In this paper， the required navigation performance in the position domain is translated into the required integrity monitoring performance in the measurement domain from an airworthiness perspective. The maximum tolerable troposphere delay in the measurement domain is quantified based on the worst protection principle. The probabilities of troposphere duct anomaly and non-nominal troposphere delay are evaluated using the meteorological data from European Center for Medium-range Weather Forecasts （ECMWF） during 2010-2019. Real BDS data and meteorological data are used to carry out simulation. The experimental results show that to ensure the integrity and availability of precise approach and landing services supported by GBAS， the maximum tolerable troposphere delay in the measurement domain ranges from 0.57 to 0.92 m （corresponding glide angle $θ$ =2.5°- 3.5°）. The prior probability of troposphere duct anomaly is between 10% - 50% in most coastal areas， but its impact on the integrity of GBAS is negligible. The prior probability of non-nominal troposphere delay can be conservatively set as 5.3×10 ^-3 to improve the integrity of GBAS. The results can provide an important reference for the design of troposphere anomaly integrity monitor and the improvement of GBAS integrity monitoring system.

Key words: troposphere duct anomaly, non-nominal troposphere delay, integrity, ground-based augmentation system (GBAS), global navigation satellite system (GNSS)

中图分类号:

V249.3

李家祥, 程建华, 李亮, 那志博, 贾春. GBAS对流层异常完好性监测参数研究[J]. 航空学报, 2024, 45(7): 328817-328817.

Jiaxiang LI, Jianhua CHENG, Liang LI, Zhibo NA, Chun JIA. Troposphere anomaly integrity monitoring parameters for GBAS[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(7): 328817-328817.

图/表 16

图 1

图 2

表 1

图 3

图 4

图 5

图 6

表 2

亚太地区观测域可容忍对流层延迟统计值

θ

/（°）

最大值/m

最小值/m

均值/m

2.5

3.0

3.5

1.53

2.00

2.48

0.65

0.85

1.05

1.09

1.43

1.76

表 2

图 7

图 8

图 9

图 10

表 3

图 11

图 12

表 4

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