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新加坡浦东飞机场GLS系统示范验证项目全程记录

文章作者:航空航天 上传时间:2019-08-29

[英国《防务新闻》2005年5月13日报道]波音已交付一架装备一套先进着陆系统的新一代737。该系统被称为"全球定位着陆系统"(Global Positioning Landing System,GLS),能引导飞机以前所未有的精度着陆。 目前大多数飞机着陆仅依靠从地面塔台获得引导信息,而GLS通过GPS、地面塔台和机上多模式接收机综合数据,以极高的精度获得飞机相对于跑道及周围地形的位置信息。 737首席飞行员雷·克雷格(Ray Craig)机长说:"波音致力于一个更安全和高效的全球空运系统。通过显著提高飞机在全球机场的起飞和着陆能力,这种精确进场和着陆信息将改善安全性。GLS巩固并加强了新一代737作为世界上同级产品中技术领先者的地位,并能为运营商创造更多的利润"。 GLS是在通过为期3年的内容广泛的试验程序后获得美国联邦航空局使用证书的。试验期间该系统被证明是适用于自动着陆和低可见度起飞的导航系统,可靠且完美。该系统预计还将很快取得JAA的证书。 GLS目前获得的是Ⅰ类飞行认证,即支持飞机在低可见度条件下使用,当GPS地面站在世界范围内建立起来之后,它将能用于支持Ⅲ类运营,即在非常低或者近乎于零可见度的条件下使用。 波音交付的这架737-800(它与-600/-700/-900系列被称为新一代737)是当前唯一采用这种经过认证的尖端技术的大型民机。GLS是2002年波音在其737技术验证机上成功测试并验证的9项前沿技术之一,包括它在内目前已有6项通过认证并用于737。

(www.youuav.com)新闻中心在援引外媒的消息:

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2015年3月22日消息:2015年3月20日,我有幸作为试飞机组成员之一参加了浦东机场GLS演示验证的项目。

美国宇航局用于无人机项目的自动空中交通管制正在进入最后 - 也是最具挑战性的一年,无人机交付,自动飞行出租车等的未来可能取决于试验的完成程度。无人驾驶飞机系统交通管理项目自2015年开始运行,美国宇航局与美国联邦航空局和其他机构合作进行的实验,探索驾驶员和自驾飞机以及其他无人驾驶飞机如何在天空中同居。

春雨淅淅沥沥的下着,夹杂着丝丝缕缕的春风,还伴随着阵阵的凉意。当天,在东航安全技术研究院新技术研究室吴琨主任的带领下,我们顺利完成了浦东机场GLS的演示验证项目,包括对GBAS地面设备的工作情况的检查和GLS进近程序的可行性和准确性进行了完整的验证。演示验证的结果非常令人满意,在飞机上,所有被邀请各个部门的嘉宾,也是本次验证程序的重要参与方,一起共同见证了这一历史性的时刻,这可以说是一个重要的里程碑,在民航科技发展史的坐标轴上镌刻下了重要的一笔。

目前,美国联邦航空局为飞机和直升机等传统飞机运营空中交通管制系统。无人驾驶飞机和其他小型飞机

首先,我来给大家简单的讲一下什么是GLS。GLS的全称是GBAS Landing System,既地基增强着陆系统,而GBAS的全称是Ground Based Augmentation System。空中交通管理系统从现有陆基导航系统向星基导航系统过渡已成为未来发展的必然趋势。卫星导航系统可以提供全球、全天候、连续实时的导航,具备成为支持民用航空的主用导航系统的能力。为保证飞行安全,民航精密进近和着陆引导在精度、完好性和可用性等方面都对卫星导航提出了很高的要求。为此,国际民航组织提出了地基增强系统的概念,美国定义其名称为本地局域增强系统。

  • 通常由“无人驾驶飞机系统”或“无人驾驶飞机”系统所涵盖 - 受到的监管较少。这已迫使个人无人机飞行员的高度和飞行区域受到限制,以及许多公司的初步无人机无人机交付计划。

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NASA与合作伙伴的目标是雄心勃勃的。UTM的目的是为全国范围内的无人机交通控制系统奠定基础,通过这种系统,小型飞机的管理数量可能比现在的数量大得多。据估计,到2020年,多达40万个小型无人机系统可以执行商业任务,同时还有5倍的休闲无人机。

GBAS通过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,提高系统完好性、可用性、连续性的指标,使机场覆盖空域范围内的配置相应机载设备的飞机获得到达I类精密进近甚至更高标准的精密进近、着陆引导服务。

毫无疑问,UTM的最后阶段是最雄心勃勃的。被称为技术能力等级4,或TCL4,它涵盖了城市景观中使用的无人机。

GBAS由地面站、监控设备和机载设备组成。GBAS地面站包括四对参考接收机和天线、地面数据处理设备、甚高频数据广播设备和VDB天线等。地面数据处理设备通过结合来自每个参考接收机的测量值产生可见卫星的差分校正值;同时,通过实时监测导航信号本身或者是地面站的异常,形成卫星导航系统和本站自身的完好性信息;然后把FAS数据、校正值和完好性信息通过VDB播发给机载用户。机载设备为多模式接收机。由于机载用户和GBAS站的距离很近,它们之间的误差有很强的相关性,所以通过这种方法能够提高机载用户的定位精度和完好性。

与在开放环境中飞出的普通飞机或无人机相比,这带来了新的挑战。首先,有局部的天气条件和处理拥挤的城市景观;从GPS获得一致的定位在城市峡谷中也很麻烦。无线网络可能过载,或依赖视距来最有效地工作。

早在2012的6月6日,中美航空新技术论坛在京召开,民航局副局长李健在论坛致辞时的一席话,再次强调了航空新技术在中国民航持续快速健康发展中的重要作用。 航空新技术的应用是当前国际民航界高度关注的热点问题,也是中国民航始终予以全力推进的一项重点工作。改革开放30多年来,中国民航保持了年均17.6%的增长速度,运输总周转量自2005年上升到并稳居世界第二位,取得这样的成绩,与不断加强科技创新,积极研发、推广和应用航空新技术紧密相关。因此推出了关于实施《中国民航基于性能的导航实施路线图》,实现全国范围内的精密进近飞行程序。进一步研究并推广基于性能的导航、卫星着陆系统、平显系统、飞机性能实时计算分析和评估审查系统等项目。

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无人机也需要能够在规定的地方着陆,并与飞行中的其他飞机协商。同样重要的是,任何为管理而开发的系统都需要尽可能自动化。“最终,”美国国家航空航天局说,“目标是了解无人机交通管理系统需要什么,以便尽可能多地自动交换信息。”

GLS的就是这些新技术中重要的一项目,在民航局的大力推动下,才使得这次演示和验证得以顺利高效的进行。虽然这是一个导航的新技术,但牵涉到的各个单位部门多达数十个,包括管理局、航空公司、空中交通管制、机场、GBAS设备制造商、飞机生产厂商、程序设计公司。在这背后融入了多少人的心血和不眠之夜,每个环节都需要准确无误的实施,从地面设备的选址安装和调试到信号的测试,从飞机的导航设备改装到适航使用,从飞行程序的设计讨论和反复修改到可实施,从导航数据库的制作到可以正确的匹配在FMGS中,从试飞方案的讨论制定到最后的定稿,其中还包括了模拟机的验证,在这整个过程中大大小小的会就开了不计其数,因为有些是牵涉到几个部门共同的工作,所以要把这些来自不同部门的人员,当然还包括外方的技术工作人员都凑在一起来解决技术问题,这难度大家可想而知。除此之外大家就用EMAIL和电话来保持联系和频繁的沟通。

更多的试验,更严格的测试

而东航作为华东地区的大型国有航空公司承担了这一试飞验证的任务。为了保证验证试飞的圆满成功,公司投入了大量的人力,公司各个部门的协调,包括营销委、工程技术公司、运管、安监、飞管和地面服务保障部的大力支持,飞行的验证和试飞由飞管部和我们安全技术研究院来完成。

今年晚些时候,不同的测试将把这些挑战放在显微镜下。在内华达州里诺市和德克萨斯州科珀斯克里斯蒂市,UTM团队计划研究如何与无人机以及无人驾驶飞行员进行超本地化天气数据的通信。鉴于它们较小,UAS可能会受到大风或下雨的影响。例如,在城市环境中,天气状况的变化以及高层建筑的变化可能使其变得更加不稳定。

在验证试飞以前,我们对程序设计做了仔细的研究,并制定了详细的试飞计划以及预案,当中也经过了好几次的修改,最后才确定了最后的方案,当然这一切都是建立在安全的基础上,如果在试飞的过程中出现影响安全的偏差,我们将终止演示和验证。由于浦东机场除了凌晨外的大部分时间都有大量的航班进港和出港,为了不影响航班的正常起降,试飞的时间被安排在凌晨6点到8点。

这些警告如何 - 包括无人机在当前条件下无法飞行的通知 - 将需要以安全可靠的方式传输。目前,NASA正在使用来自地面计算机系统的双向无线电。问题是,这依赖于视线。

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因此,UTM正在与蜂窝网络合作,今年开始试验无人机是否可以使用该技术与空中交通管制进行通信。“去年的UTM测试飞行结果表明,这不会干扰人们的手机,”NASA说,“但还需要更多的研究。”

凌晨5点,天还未亮,我们已整装待发,小雨打着车窗,路灯照着去往机场的道路显得格外的宁静。虽然没睡几个小时,有些倦意,但快到机场的时候大家立刻精神抖擞的进入了工作状态,对于这次国内首次的GLS的验证试飞还是充满了期待。

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飞机上虽然空气中弥漫着一点小小的紧张气氛,但准备工作还是像预期的那样有条不紊的进行着,执行本次试飞的飞机是一架A321,机尾号为B-6923,为了这次的验证试飞对飞机的MMR进行了改装,机务在5点前就完成了对飞机的航前检查及放行。我们检查了导航数据库确认为最新一期的导航数据库版本为CES1150302,里面包含了GLS的进近程序。今天的天气条件为能见度2.6公里,云高300米,温度12度,小雨,风向风速为70度6米/秒,按照事先制定的方案,完全符合我们的试飞标准。当所有的观摩嘉宾都上了飞机,一切准备就绪后我们向塔台提出了开车申请。

延迟和可靠性将成为关键焦点,因为连接可能最终被用于帮助无人机导航。毕竟,城市可能是获得可靠的GPS定位的噩梦,因此TCL4将探索基于地面的源如何增加飞行中无人机的定位数据。

飞机于早上06:10滑出,我们的试飞方案是这样的:分为向北起飞落地的验证,也就是跑道35L,和向南起飞落地的验证,跑道为17L。首先我们做了GLS X RWY 35L程序验证,在飞这个程序之前,我们先用在跑道上滑行的方法对GLS的信号进行了检查,以确保我们能收到VDB发射出来GLS信号,并被飞机的MMR接收到并显示在的PFD上,当然在这之前我们需要在无线电导航页面输入正确的5位通道编号来获取相对应的GLS程序的信号。

起飞,降落以及介于两者之间的一切

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凭借数千架无人机同时发挥作用的可能性,安全驾驶和避免碰撞不足为奇,成为TCL4的重点。例如,在里诺,UTM将使用一个五层的停车库进行起飞和降落。无人机将使用相机和激光雷达在附近的建筑物周围导航,以便安全降落。

随着从35L跑道头开始滑行时,我们检查了LOC的信号,当GS信号出现并停留在中间的时候,我们就找到了锚点,也就是下滑轨迹和跑道的交点。由于35L GLS-X程序特地设计了下滑梯度为3.2度的下滑角,因此它的锚点就特意的往后移了一些,大约在C2和C3之间的一个点,当测试完信号没有问题后,我们再次对准跑道开始起飞,起飞后由雷达引导加入35L GLS-X进近程序,做全管理的GLS进近。

“随后将收集有关其性能的数据,特别是与飞机上的其他工具配合使用,”NASA解释说。“UTM是一系列组件,包括这些板载功能和地面上的软件,可以将飞行计划和位置传达给其他软件系统。所有这些片段如何相互作用是UTM研究的关键。“

从起始进近定位点开始,飞机按导航模式沿着计划的航迹开始进近,在三转弯后待命进近模式,正如预期的一样飞机在柔和的转向五边时出现了航向道截获模式,整个从RNAV的导航方式向截获GLS信号方式的过渡非常的平顺,同样地截获“下滑道”也是非常的顺利,这个进近程序的下滑道梯度为3.2度,比正常3度的略微陡一点,故意这样设计的目的,就是为了演示验证GLS的轨迹有更大的灵活性,它可以随意根据需要来调节下滑角的大小,甚至是支持曲线进近。吴琨机长决定让飞机更随着GLS信号下降到100英尺,然后实施复飞,在五边飞机更随GLS信号下降的轨迹还是非常的稳定,在100英尺时我们按标准程序实施了复飞。

虽然编程着陆位置将是最佳实践,但无人机也需要能够即时调整。UTM团队已经开发了一个使用摄像头识别阻碍预设着陆点的潜在危险的系统,并将作为TCL4的一部分进行测试。紧急着陆或飞行计划的变化,也许是响应允许消防部门无人机通过,也将成为试验的一部分。

第二次进近我们验证的是35L GLS-W程序,这个程序的特点是在进近阶段带有RF转弯的航段,验证的结果是同样精度良好,没有观察到偏离的现象,而且同GLS信号截获的过渡非常的完美。这次我们决定做一个一类标准的自动落地,来验证GLS信号在低高度的稳定性,并且会出现AUTO LAND模式,由于是在国内首次演示验证,我们也不能确定GLS自动落地的可靠性,因此我们做了预案,如果自动飞行设备出现异常情况,我们将立即断开自动驾驶仪,人工来接替落地或者是复飞。结果自动设备表现的非常完美,飞机的横测非常稳定的锁定在LOC轨迹上,纵向自动接通着陆模式,从平飘到接地都非常的平顺,落地后在跑道上的滑跑也能非常准确的保持好跑道的航迹。

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毕竟,虽然无人机需要能够避开固定障碍物,但天空并非空洞 - 而且它们只会变得更加繁忙。UTM正在考虑那里的多阶段过程,类似于当前飞机的运作方式。无人机将提交预发布计划,该计划将用于计算最佳,最安全的发射时间。在空中时,每个UAS都会播放其速度和航向,以便进行中途飞行调整。尽管NASA同意避障系统至关重要,但希望巧妙的规划和管理可以最大限度地减少其使用。

我们退出跑道后,在滑行道上停留了一会儿,一个是为了让塔台向进近申请我们向南起飞的许可,进近需要在空域里面做一些调整,乘这个时候我们做了一个新的飞行计划,把飞机准备了一下。由于今天是70度6米的东风,所以不管向北还是向南起飞都没有超过我们自动落地风速的限制。当得到塔台同意后,我们开始了向南的演示验证,首先我们还是在17L跑道上滑行确认一下GLS的信号,同样我们找到了所需的锚点而且就在那一点,非常准的一点,以至于我们想让GS的信号停留在中间而刹车局促了一点。

很多都取决于UTM

接着我们就直接从17L跑道起飞了,这次同样是雷达引导,但不同的是这次我们不再按管理的导航模式来飞,而是雷达引导到五边用选择的模式去截获GLS,就像传统的盲降一样,结果和预期的一样,我们也注意到了GLS的信号要到离跑道头大约23海里的位置以内才能被收到和显示出来,最后我们做了一个GLS 17L的进近,同样是按一类天气标准的自动落地,结果和35L的一样,达到了满意效果。

可以说,管理商用无人机部署的努力比一些人预期的要困难得多。亚马逊,谷歌,优步等公司都希望开展各种试验,从使用UAS进行交付,再到VTOL出租车服务,这些服务可以是完全自主的,也可以是远程驾驶的。让这些雄心勃勃的建议与当前的空中交通状况一起工作一直是一项挑战,许多计划已经扎根,监管机构试图全力以赴。

验证试飞结束后飞机慢慢滑入停机位,随着发动机的轰鸣声慢慢的消散,标志着我们这次的GLS的演示验证项目获得了圆满的成功,所有的人都在等待着这一时刻的到来,历经了那么长时间的努力和心血没有白费。但这并不是一个终点,而是一个新的开始,中国民航对于新科技的应用还有很长的路要走,这也得益于总局要求加快推进民航新技术的应用,才能使本次验证在多方面的共同努力下顺利高效的实现。特别要提到的是在演示验证的过程中民航局飞标司杨洪海副司长也专程赶来,随机全程见证了整个试飞验证的过程,在试飞的过程中特地跑到驾驶舱来详细询问了很多专业的问题向试飞机组表示了亲切的慰问。

UTM的结论将在很大程度上决定一些安全,后勤和商业问题。“美国宇航局很快将向美国联邦航空局提供的结果将纳入美国宇航局过去四年研究中发现的原则,”太空机构写道。“凭借这一点,UTM团队相信他们的原型系统可以扩展到覆盖整个美国及其他地区,覆盖全球的农场,小城镇和大城市。”

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与传统的ILS进近相比较,基于GBAS的GLS精密进近具有典型优势,这些优势归纳起来包括:

皇家赌场号hj85,1. 降低运行成本。GBAS通过广播的进近数据块来灵活定义进近航迹,因此在一条仪表跑道上克建立多种进近方式。一个机场的多条跑道仅使用一套GBAS地面系统就能满足所有仪表跑道精密进近的需求。

2. 对运行环境要求较低。由于ILS地面设备对安装位置和运行环境要求较高,在有地形和建筑区限制的机场,可能不适合安装相关地面设施,导致不能建立ILS精密进近能力。相比较而言,GBAS地面设备对安装位置和运行环境的要求较为灵活。在ILS运行困难的机场,更容易建立GLS进近,实现类似ILS的精密进近。

3. 缩小航空器间隔。在最后进近航段上,前面的飞机不会遮挡后面飞机的GBAS信号,因此可在一定程度上缩小进近前后飞机的间隔。

新加坡浦东飞机场GLS系统示范验证项目全程记录,新一代737武装革命性的着陆系统。4. 信号干扰小,GBAS地面广播的VDB信号,不存在航向道和下滑道弯曲问题,其障碍物反射和多路径效应没有ILS信号敏感。

5. 测距更精确。在最后进近阶段,GLS进近利用高精度定位获取距跑道入口的距离,其精度高于DME测距的精度。

6. 降低VHF频率需求。GBAS在同一频率可支持多条跑道精密进近程序,而ILS一个频率只能支持一条仪表跑道精密进近。

7. 避免过早进近,在ILS服务区以外,如果过早捕获航向道信号,可能导致飞机过早开始切入航向道。由于GBAS有服务边界限制,GLS进近中不存在这一问题。

8. 支持曲线最后进近,曲线进近程序可根据临时情况来定制进近程序,并实施利用VDB将数据块发送给飞机,这一特点提高了飞行和管制的灵活性,增加了机场的流量。

GLS进近已经得到了美国及欧洲一些西方发达国家的认可,在某些机场已将其作为标准进近程序使用。可以预测在不久的将来,中国民航也必将从目前的陆基导航过渡为星基导航,这次我们验证试飞的顺利圆满也为星基导航在我国的实施和应用又跨出了一大步,积累了宝贵的经验,为以后进一步的发展和应用打下了坚实的基础。GLS系统及GLS进近也必将在中国得到更加广泛而有效的应用。

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