“北斗二代”在民用航空导航中的应用研究

Performance Based Navigation (PBN) is an innovation on existent navigation technology and system in civil aviation. The core is to achieve the guidance to the aircraft at each flight phase by GNSS navigation instead of conventional navigation aids. In accordance with three basic elements of PBN operation, i.e. navigation infrastructure, navigation specification and aircraft navigation capability, this project makes study on three aspects including “Test and Evaluation of the Navigation Capability of BeiDou System”, “Technical Specification and Standard of BeiDou System in Civil Aviation” and “ Key Technology of BeiDou Airborne Navigation”, which solve the key scientific and technical issues of applying BeiDou system in PBN operation. The main technical achievements include the test and evaluation method on the navigation capability of BeiDou system, signal processing algorithms of the airborne BeiDou receiver, BeiDou/GPS dual-constellation positioning and RAIM algorithms, computation method of aircraft integrated actual navigation performance, etc. On the basis of these studies, we draft the technical standard of signal in space and system performance of BeiDou, and the minimum operation performance standard for airborne navigation equipment using BeiDou signal. Moreover, we develop a prototype of airborne BeiDou receiver and integrated Navigation equipment. This project will provide technical support to the application of BeiDou system in PBN operation in China civil aviation as well as joining in the ICAO GNSS framework.

基于性能导航（PBN）是民用航空领域对现有导航技术及体系的一次革新，其核心是利用卫星导航代替传统导航手段实现民航各飞行阶段的航空器引导。本课题针对PBN运行中的三个基础要素，即导航基础设施、导航规范和航空器导航能力，从“面向民航应用的北斗系统导航能力测试和评估”、“面向民航应用的北斗技术规范和标准”、“北斗机载导航关键技术”三个方面展开研究，解决北斗卫星导航系统在民航PBN应用中的关键科学与技术问题。本课题重点突破北斗导航能力测试与评估方法、机载北斗导航接收机信号处理算法、北斗/GPS双系统组合定位和RAIM算法、飞机综合实际导航性能计算等关键技术，形成北斗空间信号和系统性能的技术标准文件以及北斗机载导航设备的最低运行性能标准草案，研制机载北斗导航接收机和综合航电设备原理样机，为北斗系统用于中国民航的PBN运行提供技术储备和设备支持，为北斗加入国际民航组织GNSS标准框架工作提供技术支撑。

基于性能导航（PBN）是民用航空领域对现有导航技术及体系的一次革新，其核心是利用卫星导航代替传统导航手段实现民航各飞行阶段的航空器引导。本课题针对PBN运行中的三个基础要素，即导航基础设施、导航规范和航空器导航能力，从“面向民航应用的北斗系统导航能力测试和评估”、“面向民航应用的北斗技术规范和标准”、“北斗机载导航关键技术”三个方面展开研究，解决北斗卫星导航系统在民航PBN应用中的关键科学与技术问题。（1）针对民航应用的特殊需求，构建北斗系统导航能力测试评估技术参数集合和指标关系模型，提出了可以准确刻画和度量相关性能的评估方法和技术。研发了支持北斗/GPS双系统多频的卫星信号监测评估系统，并在全国13个典型机场进行了安装部署，采集并分析了累计1600余天的监测数据，形成了北斗系统导航能力测试评估报告。（2）参考国际先进成熟的民航GNSS技术标准，针对北斗系统特性进行科学剪裁、合理增补，构建可扩展、可升级、可开放的北斗系统民航应用技术标准体系架构。针对体系架构中的基础性、关键性规范和标准，形成北斗空间信号和系统性能的技术文件、以及北斗机载导航设备的最低运行性能标准（MOPS）草案。（3）针对民航应用中载体高动态、复杂机载环境、高完好性要求等特点，突破了机载北斗卫星信号鲁棒接收和处理、北斗/GPS双系统组合定位和RAIM算法、飞机综合实际导航性能计算等关键技术，研制了机载北斗导航接收机和兼容北斗的综合航电设备原理样机，并进行了33次近100小时的飞行测试与验证。本项目在理论创新、技术攻关、设备研制等方面都取得了丰硕的成果，能够为北斗系统的民航PBN应用和国际民航标准化提供技术支撑。