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目前,我國民用機場採用的著陸系統大部分都是“盲降”,即儀表著陸系統(ILS:Instrument Landing System)。
一套ILS系統主要由兩個子系統組成——
一個叫航向臺(Localizer),提供水平引導,即向空中的飛機發射一組信號,告訴其“嘿,跑道在這兒呢,不要飛偏左,也不要飛偏右了喔”。
另一個叫下滑臺,提供垂直引導,即向空中的飛機發射一組信號,告訴其“嘿,跑道在這兒呢,不要飛太高,也不要飛太低了喔”。飛行員根據信號操縱飛機準確降落到跑道上。
▲航向臺和下滑臺的工作原理
時代在進步,科技在發展。近年來,民航新技術不斷出現、發展、成熟。之前我們講過的PBN和HUD已日趨成熟,有力促進了我國民航的安全和發展。而近幾年正在不斷推進的衛星著陸系統(GLS:GBAS Landing System),在未來將取代儀表著陸系統(ILS),成為新一代的著陸系統。
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GLS的基本原理
衛星著陸系統(GLS)顧名思義是通過衛星的定位、導航來引導飛機準確降落到跑道上。
我們的飛機可以通過接收天上衛星的信號來確定自己的位置,但是由於種種原因,這個定位存在著一定的誤差,而飛機的最後著陸階段又對精度有較高的要求,怎麼辦呢?
機智的人類想出了一個辦法——
首先,架設衛星信號接收天線和信號處理站
在機場的合適位置架設衛星信號接收天線和信號處理站,這時信號處理站會得到一個衛星定位,將這個衛星定位與信號處理站的實際地理座標作比對,二者的差值便是定位誤差;
其次,通過信號處理站向空中發送信號
將這個定位誤差信息通過信號處理站向空中飛機廣播,飛機接收後做相應處理便得到了更加準確的定位信息。
天上的衛星系統+飛機上的相應設備、系統+地面的信號接收和處理系統組成了傳說中的GBAS(Ground-based Augmentation System,地基增強系統)。
▲GBAS的組成
▲GBAS工作原理
除了向空中飛機廣播定位誤差信息外,GBAS還會向其傳送一個叫做“最後進近航段(FAS)數據塊”的信息,一組FAS數據塊定義了一個精密進近。
飛機接收到這個信息後,會定義出一個虛擬的航向道和下滑道,然後與飛機的當前位置做比對,計算出飛機偏離預期航跡的情況,形成水平和垂直偏差信息,以及到跑道入口的距離,並在相關儀表上顯示,機組根據顯示的信息做相應操作。
如此這般,依靠著GBAS的強大功能,GLS便能引導飛機準確降落到跑道上。
▲GLS工作原理和飛機儀表顯示
▲FAS數據塊包含的信息
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GLS運行優勢
使用GLS,主要有四大優勢——
1
使用成本低
❖ 一套設備可基本滿足機場所有跑道的精密進近需求(在信號覆蓋範圍內,一套GBAS設備可同時為至少26個Ⅰ類精密進近程序提供指引),銷售價格是單臺ILS的1/3-1/4;
▲一套設備可基本滿足機場所有跑道的精密進近需求
❖ 定期校驗間隔週期長(FAA 要求1 年半),設施/設備建設、維護成本低;
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場地要求低
❖ 無ILS 臨界區保護限制,特別是實施Ⅱ、Ⅲ類時,機場場地改造和保護成本會大幅降低;
❖ 為因地理條件限制無法安裝ILS 設備的機場/跑道提供精密進近;
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信號穩定,
❖ 不易受地面、空中活動影響,為縮小管制間隔(特別是II/III 類運行時,五邊前後飛機之間的間隔)創造了條件;
▲GBAS與ILS信號穩定性的對比
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運行靈活
❖ 與RNAV/RNP協同實現曲線進近;
❖ 跑道入口、最後進近下滑角易於調整,可應用於降低機場噪聲、縮短尾流間隔等。
▲與RNAV/RNP協同實現曲線進近
3
GLS運用情況
德國、美國、澳大利亞等國家的有些機場已實施 GLSⅠ類運行。2015年4 月,中國民航在上海浦東機場完成了國內首次GLS 演示驗證飛行。
在機載設備方面,B737NG、B737MAX、B747-8、B787、A320、A330、A350、A380 等機型已具備GLS 功能或GLS 改裝條件,更多新引進的飛機將具備GLS 能力。
截至到2015 年,有關GLS 地面設備已獲得美國、德國等國家民航當局的審定批准,具備Ⅰ類運行能力,GLSⅡ、Ⅲ類運行正在發展和取證中,預計2020 年前可具備Ⅱ、Ⅲ類運行能力。
▲GLS全球安裝情況
▲浦東機場GBAS系統
▲浦東機場GBAS系統
▲地面上的方艙和廣播臺
▲地面的信號處理設備
▲其中一個接收機的安裝位
最後附上幾張GLS飛行程序圖,有興趣的同學可以看看。
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