1.3 进近着陆过程中多导航传感器的信息融合技术研究现状

随着航空事业的发展，CAT III着陆过程中可用的导航传感器逐渐增多。对于传统飞行程序，仪表着陆系统和微波着陆系统（Microwave Landing System, MLS）是飞机在CAT III着陆过程中使用的最主要导航设备，提供航向信号和下滑信号。上述两种导航设备都是基于地面台站运行的，由此带来了一些传统飞行程序难以克服的缺陷，具体如下：

（1）传统飞行程序是基于地面台站进行飞行的，必须采用“台到台”的飞行方式，航段繁多，飞行路线长，航线无法最优化。

（2）导航台上空的交叉航线多，而远离导航台区域的航线则非常稀疏，导致传统飞行程序对空间的利用率较低。

（3）传统飞行程序受地形影响严重，因为较高的地形可能对导航信号产生遮挡影响，限制了传统飞行程序的应用。

（4）传统飞行程序需要持续的维护费用，从购买导航台设备到对其维护都需要较高的成本。

（5）现在使用的各种导航设备也存在精度较低的问题。

近年来，随着航空机载设备性能的提升，以及包括北斗系列等国内外卫星导航技术的迅猛发展，国际民航组织提出了基于性能导航（Performance Based Navigation, PBN）的概念，使航行方式从基于传感器导航向基于性能导航转变。国际民航组织将基于性能导航作为未来全球导航技术的主要发展方向。基于性能导航的飞行程序是指在相应导航基础设置条件下，使用全球定位系统等星基导航设备，航空器在指定的空域或沿航路、仪表飞行程序飞行时，对系统准确性、完好性、可用性和连续性等功能方面的要求。相比于传统飞行程序，基于性能导航的飞行程序能够不依赖于地面导航台，而使用星基导航设备作为导航传感器，可在任何需要的位置规划航迹，能够在诸如地面导航设备失效或缺乏地面导航设备时，保证飞机安全运行。同时，随着星基导航技术的迅速发展，可用卫星以及可用星基导航设备种类的进一步增多，而且星基导航设备覆盖面越来越大，基于性能导航的飞行程序可能会完全摆脱地面台站的束缚，完全使用星基导航，大幅度提高空域的利用率。因此，随着终端区全面推广基于性能导航的飞行程序，预计各种星基导航设备及其增强系统将具备精密进近的能力，中国民航局也计划根据运行价值和商业效益推广使用卫星导航着陆系统（GBAS Landing System, GLS）。卫星导航着陆系统使用地基增强系统作为导航信号增强源，综合地面、空中、机载三部分的集成系统，根据已知的、经过事先精确测量的地面参考接收机得到卫星测距信号，推算卫星的伪距校正值；通过一系列完好性监测算法获得系统完好性信息，并将这些信息打包，通过数据链路传送到空中用户的机载子系统；机载子系统的处理器利用接收到的校正数据产生一组校正伪距，并得到精确的空间位置信息以及导航解决方案。

虽然传统飞行程序在定位精度、空域利用等方面都落后于基于性能导航的飞行程序，但是传统飞行程序在进近着陆方面仍然保持独有优势。尽管卫星导航着陆系统具有导航定位精度高、适用范围广等优点，但是其自身传输信号弱、易受干扰、卫星寿命不长、容易发生故障，使得单一的卫星导航在今后较长时间内还难以满足进近着陆段对基于性能导航的完好性、连续性、可用性要求。

以地面导航设备为基础的传统飞行程序和基于性能导航的飞行程序都有很强的生命力，但由于自身或相关技术的发展存在一定的缺陷，因此需要将地面导航设备、机载导航设备实现优势互补，这是实现CAT III着陆的理想途径。在CAT III着陆阶段，航空器可用的导航传感器众多，包括在进近着陆段向飞机提供引导功能的导航传感器（如仪表着陆系统、微波着陆系统、全球定位系统等）、提供各种数据信息以确定飞机具体位置的导航传感器（如甚高频全向信标、测距仪、无线电高度表等）、感受飞机姿态的导航传感器（如惯性基准系统等）、感受飞行环境条件和飞行使用数据的导航传感器（如大气数据系统等）。在CAT III着陆情况下，着陆精度高。在进近着陆段，机场的气象环境复杂，噪声干扰较大，单一的导航传感器测量信息很难达到着陆精度要求，复杂的机场气象环境也会对不同的导航传感器性能产生一定的冲击。而且，在进近着陆段，可用导航传感器本身存在各种固有缺陷，惯性导航的计算存在积分项，系统误差会随时间积累；全球定位系统在复杂的机场环境下信号容易受到遮挡，产生多路径干扰，同时存在导航数据更新率低，缺少飞机姿态信息；仪表着陆系统的电磁环境恶化，这是因为机场复杂环境对仪表着陆系统的电磁环境构成天然的威胁。由此可见，在进近着陆段，尤其是对导航精度要求很高的CAT III着陆情况下，单一导航传感器不能满足自动着陆系统的精度要求。同时，单一导航传感器的故障会对进近着陆段的飞行引导带来安全危险。

通过导航传感器数据预处理和信息融合技术，能更好地使用CAT III着陆阶段的可用导航传感器，融合得到高精度的引导信息，确保CAT III着陆阶段的精确性；通过导航传感器管理技术，在CAT III着陆的不同阶段，以及复杂环境下部分导航传感器不可用时，对导航传感器进行管理分配，或导航传感器出现故障时，使用其他导航传感器组合方式进行代替，确保CAT III着陆阶段的安全性。实施CAT III着陆，导航信息的精确性和完好性是重中之重。因此，本书研究的信息融合关键技术为数据预处理技术、导航传感器管理策略和信息融合技术。