一套ILS系统主要由两个子系统组成——
一个叫航向台(Localizer),提供水平引导,即向空中的飞机发射一组信号,告诉其“嘿,跑道在这儿呢,不要飞偏左,也不要飞偏右了喔”。
另一个叫下滑台,提供垂直引导,即向空中的飞机发射一组信号,告诉其“嘿,跑道在这儿呢,不要飞太高,也不要飞太低了喔”。飞行员根据信号操纵飞机准确降落到跑道上。
▲航向台和下滑台的工作原理
时代在进步,科技在发展。近年来,民航新技术不断出现、发展、成熟。之前我们讲过的PBN和HUD已日趋成熟,有力促进了我国民航的安全和发展。而近几年正在不断推进的卫星着陆系统(GLS:GBAS Landing System),在未来将取代仪表着陆系统(ILS),成为新一代的着陆系统。
GLS的基本原理
卫星着陆系统(GLS)顾名思义是通过卫星的定位、导航来引导飞机准确降落到跑道上。
我们的飞机可以通过接收天上卫星的信号来确定自己的位置,但是由于种种原因,这个定位存在着一定的误差,而飞机的最后着陆阶段又对精度有较高的要求,怎么办呢?
机智的人类想出了一个办法——
首先,架设卫星信号接收天线和信号处理站
在机场的合适位置架设卫星信号接收天线和信号处理站,这时信号处理站会得到一个卫星定位,将这个卫星定位与信号处理站的实际地理坐标作比对,二者的差值便是定位误差;
其次,通过信号处理站向空中发送信号
将这个定位误差信息通过信号处理站向空中飞机广播,飞机接收后做相应处理便得到了更加准确的定位信息。
天上的卫星系统+飞机上的相应设备、系统+地面的信号接收和处理系统组成了传说中的GBAS(Ground-based Augmentation System,地基增强系统)。
▲GBAS的组成
▲GBAS工作原理
除了向空中飞机广播定位误差信息外,GBAS还会向其传送一个叫做“最后进近航段(FAS)数据块”的信息,一组FAS数据块定义了一个精密进近。
飞机接收到这个信息后,会定义出一个虚拟的航向道和下滑道,然后与飞机的当前位置做比对,计算出飞机偏离预期航迹的情况,形成水平和垂直偏差信息,以及到跑道入口的距离,并在相关仪表上显示,机组根据显示的信息做相应操作。
如此这般,依靠着GBAS的强大功能,GLS便能引导飞机准确降落到跑道上。
▲GLS工作原理和飞机仪表显示
▲FAS数据块包含的信息
GLS运行优势
使用GLS,主要有四大优势——
1使用成本低
❖ 一套设备可基本满足机场所有跑道的精密进近需求(在信号覆盖范围内,一套GBAS设备可同时为至少26个Ⅰ类精密进近程序提供指引),销售价格是单台ILS的1/3-1/4;
▲一套设备可基本满足机场所有跑道的精密进近需求
❖ 定期校验间隔周期长(FAA 要求1 年半),设施/设备建设、维护成本低;
2场地要求低
❖ 无ILS 临界区保护限制,特别是实施Ⅱ、Ⅲ类时,机场场地改造和保护成本会大幅降低;
❖ 为因地理条件限制无法安装ILS 设备的机场/跑道提供精密进近;
3信号稳定,
❖ 不易受地面、空中活动影响,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;
▲GBAS与ILS信号稳定性的对比
4运行灵活
❖ 与RNAV/RNP协同实现曲线进近;
❖ 跑道入口、最后进近下滑角易于调整,可应用于降低机场噪声、缩短尾流间隔等。
▲与RNAV/RNP协同实现曲线进近
GLS运用情况
德国、美国、澳大利亚等国家的有些机场已实施 GLSⅠ类运行。2015年4 月,中国民航在上海浦东机场完成了国内首次GLS 演示验证飞行。
在机载设备方面,B737NG、B737MAX、B747-8、B787、A320、A330、A350、A380 等机型已具备GLS 功能或GLS 改装条件,更多新引进的飞机将具备GLS 能力。
截至到2015 年,有关GLS 地面设备已获得美国、德国等国家民航当局的审定批准,具备Ⅰ类运行能力,GLSⅡ、Ⅲ类运行正在发展和取证中,预计2020 年前可具备Ⅱ、Ⅲ类运行能力。
▲GLS全球安装情况
▲浦东机场GBAS系统
▲浦东机场GBAS系统
▲地面上的方舱和广播台
▲地面的信号处理设备
▲其中一个接收机的安装位
最后附上几张GLS飞行程序图,有兴趣的同学可以看看。