利用ADS-B Downlink評估替代導航系統於民航應用之效能

Abstract

全球定位系統(Global Positioning System, GPS)為新一代民航通訊、導航、監視與飛航管理系統(Communication, Navigation, Surveillance and Air Traffic Management, CNS/ATM)中的核心設備，負責CNS/ATM系統中的航空資訊與通訊網路的精確時間校正、各航機的即時精確位置計算與進場降落之導航。然而，GPS訊號很微弱，容易受到周圍存在蓄意與非蓄意的無線電干擾(Radio Frequency Interference, RFI)，當GPS訊號受到無線電干擾，以致於GPS無法提供導航與時間校正的服務時，將會對CNS/ATM系統的運作造成相當程度的威脅。所以為了支援全球定位系統服務中斷時，CNS/ATM系統能於台北飛航情報區(Flight Information Region, FIR)提供持續不中斷的服務，研發民航替代導航系統是必要的。 本論文提出的替代導航系統，將採用美國聯邦航空局新一代民航定位、導航與時間替代系統(Alternative Position, Navigation and Time, APNT)構想中提出的廣域多點定位(Wide Area Multilateration, WAM)架構，利用廣播式自動回報監視(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast, ADS-B)設備以及透過時差定位法(Time Difference of Arrival, TDOA)的定位演算法取得位置與導航相關資訊。為了評估本研究提出的APNT系統是否有能力符合應用於民航系統上的安全需求，本論文將使用圓型機率誤差分析(Circle of Error Probability, CEP)和Cramer-Rao下限(Cramer-Rao Lower Bound, CRLB)方法評估APNT的定位效能。此外，對於無線電定位系統而言，地面參考參考站的幾何分佈為影響定位效能重要因素之一，因此本論文中將計算水平精度稀釋因子(Horizontal Dilution of Precision, HDOP)，評估CNS/ATM系統中的ADS-B地面參考站分佈，對於台北飛航情報區APNT定位效能的影響程度。