《Aerospace》：Enhanced Approach Procedures Based on OAS Constraints and BDSBAS Performance Evaluation
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传统的仪表着陆系统(ILS)存在固有的局限性，包括信号覆盖范围有限和高昂的维护成本。为了解决这些问题，研究人员提出了一种基于北斗卫星导航系统(BDSBAS)的新型进近程序设计方法，该方法特别适用于地形条件复杂或缺乏地基导航基础设施的机场。在该方法中，在局部笛卡
传统的仪表着陆系统(ILS)存在固有的局限性，包括信号覆盖范围有限和高昂的维护成本。为了解决这些问题，研究人员提出了一种基于北斗卫星导航系统(BDSBAS)的新型进近程序设计方法，该方法特别适用于地形条件复杂或缺乏地基导航基础设施的机场。在该方法中，在局部笛卡尔坐标系中构建了进近轨迹的几何约束模型，并基于障碍物评估面(OAS)理论评估了越障性能。全球导航卫星系统(GNSS)观测值与BDSBAS增强数据被协同处理，以计算飞机位置解以及相应的水平保护水平(HPL)和垂直保护水平(VPL)，从而实现对该导航系统精度、完好性、连续性和可用性的全面评估。通过实际机场部署和动态飞行测试验证了该方法的可行性和性能。实验结果表明，第95百分位的水平和垂直位置误差(HPE和VPE)分别达到1.31 m和4.17 m，并且所有有效观测历元均完全符合保护水平和告警限制(AL)规范。与基于传统ILS的方案相比，该方法使总OAS面积和复飞Z面面积分别减少了44.25%和67.90%。研究结果证明，BDSBAS能够有效支持进近程序设计并保证高精度导航性能，同时显著降低了对机场特定地基导航基础设施的依赖。
民航运输是现代综合交通体系的重要组成部分，进近和着陆是要求极高的飞行阶段。传统的仪表着陆系统(ILS)作为一种广泛部署的精密进近系统，其运行高度依赖跑道特定的地面设备和固定的无线电波束几何结构。这限制了轨迹的灵活性，给部署和维护带来了沉重经济负担，尤其对于偏远或高原小型机场而言更是难题。随着基于卫星的导航技术发展，星基增强系统(SBAS)成为了提升进近安全性和经济性的关键技术，它通过地球静止轨道(GEO)卫星广播广域差分改正和完好性信息。然而，将北斗星基增强系统(BDSBAS)应用于民航运行的标准进近程序设计仍显不足。现有研究大多关注区域服务可用性或精度统计，缺乏将导航性能评估与特定具有垂直引导的进近(APV-I)程序设计相结合的闭环分析。此外，基于国际民用航空组织(ICAO)标准的越障约束评估在实际程序设计层面未被充分解决，且鲜有研究涵盖从静态设计到动态飞行测试的统一评估框架。为了解决这些局限性，研究人员提出了一种基于BDSBAS的APV-I进近程序设计综合框架，将轨迹几何与导航性能评估集成于统一工作流程中。该研究证明了BDSBAS能够有效支持进近程序设计并保证高精度导航性能，显著减少对地面导航基础设施的依赖。该论文发表在《Aerospace》期刊。
在关键技术方法方面，研究人员首先在以跑道入口为原点的局部笛卡尔坐标系中，利用ICAO PANS-OPS OAS软件构建了包含W、W′、X、Y和Z平面的几何约束模型，通过计算越障余度并引入高度损失修正来确定越障高度(OCH)和决断高度(DH)，进而生成连续的进近航迹。其次，结合GNSS原始观测值与BDSBAS增强信息建立单频机载用户定位模型，采用加权最小二乘法估计接收机位置，并计算水平保护水平(HPL)和垂直保护水平(VPL)。样本队列来源于中国辽宁省沈阳市法库县财湖机场及其周边的实际障碍物数据。最后，利用动态飞行测试采集数据，基于位置误差(PE)与PL的包络及斯坦福图表对系统的精度、可用性、连续性和完好性进行综合评估。
OAS建模与参数设置
研究人员选取缺乏地面精密进近系统的财湖机场作为研究场景，假设A类飞机参数、3.0°下滑角及2.5%复飞爬升梯度，利用PANS-OPS OAS软件生成SBAS APV-I和ILS CAT-I程序的评估面系数并建立仿真数据集。
OAS对比分析
通过对比两种程序的OAS空间分布，研究发现SBAS APV-I的OAS在进近方向上与ILS CAT-I高度重叠，但在复飞区域更为紧凑。通过定量计算水平投影面积，SBAS APV-I的总OAS面积较ILS CAT-I缩小了44.25%，复飞Z面投影面积缩小了67.90%。这表明SBAS APV-I大幅缩减了复飞阶段的评估范围，提供了更大的空域利用灵活性。
决断高度对比分析
在SBAS APV-I评估区域内无障碍物穿透OAS，其决断高度直接由APV-I最低运行标准确定为75 m。而在ILS CAT-I程序中，6、7、8号障碍物穿透了OAS。经等效越障高度转换和40 m高度损失余度修正后，最终计算得出的决断高度为150 m。研究得出结论，SBAS APV-I较小的复飞Z面覆盖范围排除了远处的高大障碍物，从而允许大幅降低决断高度，并成功生成了连续过渡的模拟进近轨迹。
飞行测试构型
为验证实际动态性能，研究人员于财湖机场开展了飞行测试。测试采用配备采样率1 Hz、截止高度角10°的机载接收器的飞机，并在地面基站配合下获取参考轨迹。测试期间地磁活动平静，共获取3239个有效观测历元。
BDSBAS性能评估
在评估可见卫星数与精度衰减因子(PDOP)的基础上，研究发现测试期间可用增强卫星数至少为5颗，PDOP保持在5.3以下。计算得出第95百分位的水平误差(HPE)和垂直误差(VPE)分别为1.31 m和4.17 m，远低于ICAO对APV-I的精度要求。同时，水平和垂直保护水平始终有效包络住对应的误差，最小水平和垂直安全指数分别为3.689和1.548，均大于1，无任何误导信息(MI)或危险误导信息(HMI)事件发生，服务可用性和连续性均达到100%。
统计分析
飞行测试的统计结果进一步证明，在测试条件下的BDSBAS单频服务提供了可靠的空间位置定位和保护水平监测，全面满足了APV-I进近作业的导航性能保障要求。
在讨论与结论部分，研究人员总结指出，该研究提出的集成方法成功建立了从程序设计到飞行验证的闭环框架。相较于ILS CAT-I，基于BDSBAS的SBAS APV-I程序将总OAS面积和复飞Z面面积分别减少了44.25%和67.90%，并将决断高度从150 m降至75 m。飞行测试证实了其分位误差达到米级，且无完整性事件发生。从运行层面看，该方法不受航向信标波束约束，提供了更优的程序设计灵活性与越障标准，显著提升了机场的运行效率和全天候保障能力。未来，研究人员将进一步探索多星座兼容的互操作机制，并开展覆盖更多站点、季节和复杂电离层条件的认证级飞行测试。
