在日常飛行運(yùn)行中，PBN對(duì)大家來(lái)說(shuō)早已不是一個(gè)陌生的詞匯。隨著GLS精密進(jìn)近等一系列航行新技術(shù)的逐步推進(jìn)，中國(guó)民航PBN的應(yīng)用也已經(jīng)步入到以GNSS為主要導(dǎo)航設(shè)施的新階段。此時(shí)，系統(tǒng)梳理PBN運(yùn)行相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)不僅能讓我們理解目前出現(xiàn)的新技術(shù)，更有助于我們鞏固掌握熟悉概念中的關(guān)鍵點(diǎn)。下面，我們從PBN的組成部分出發(fā)，開(kāi)始PBN系統(tǒng)學(xué)習(xí)之旅吧。 一、導(dǎo)航設(shè)施 PBN由三大部分組成：導(dǎo)航設(shè)施、導(dǎo)航規(guī)范、導(dǎo)航應(yīng)用。導(dǎo)航設(shè)施從傳統(tǒng)的地基導(dǎo)航設(shè)備如VOR、DME逐步向星基導(dǎo)航設(shè)備如GNSS的過(guò)渡中帶來(lái)了一些列的航行新技術(shù)，我們的梳理也從導(dǎo)航設(shè)施開(kāi)始。目前，星基導(dǎo)航設(shè)施已開(kāi)始成為PBN的主要導(dǎo)航設(shè)施，而星基導(dǎo)航設(shè)施的應(yīng)用離不開(kāi)各類(lèi)型的增強(qiáng)系統(tǒng)。增強(qiáng)系統(tǒng)又可以分為以下幾類(lèi)： 1、星基增強(qiáng)系統(tǒng)SBAS(Satellite-Based Augmentation System) SBAS主要是利用差分衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)。即基準(zhǔn)站(位置已知)接收GPS信號(hào)后，解算得到自身位置，將解算值與已知值進(jìn)行比較，求出衛(wèi)星定位誤差，然后通過(guò)地球靜止軌道衛(wèi)星(GEO)向用戶播發(fā)修正信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)于原有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度的改進(jìn)。我們經(jīng)常看到的一些縮寫(xiě)，如WAAS、EGNOS等等，實(shí)際上就是SBAS的一種。現(xiàn)在全球已經(jīng)有多個(gè)SBAS系統(tǒng)，如美國(guó)的廣域增強(qiáng)系統(tǒng)WAAS(Wide Area Augmentation System)、歐洲的同步衛(wèi)星導(dǎo)航覆蓋服務(wù)EGNOS(European Geostationary Navigation Overlay Service)、日本的多功能衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)MSAS(Multi-Functional Satellite Augmentation System)、印度的GPS輔助型靜地軌道增強(qiáng)導(dǎo)航GAGAN(GPS AidedGeo Augmented Navigation)以及俄羅斯的差分校正和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)SDCM(System for Differential Corrections and Monitoring)等。我們的北斗已經(jīng)開(kāi)始建設(shè)自己的增強(qiáng)系統(tǒng)，未來(lái)也將成為GNSS增強(qiáng)系統(tǒng)大家庭中的一員。需要注意的是，我國(guó)民航PBN應(yīng)用目前是不包括SBAS的。 2、地基增強(qiáng)系統(tǒng)GBAS(Ground Based Augmentation System) GBAS與SBAS原理相似，但卻是通過(guò)甚高頻數(shù)據(jù)廣播(VDB)向終端區(qū)航空器播發(fā)修正信息，覆蓋范圍較小，大概在23海里的距離內(nèi)，但精度很高，能夠支持I類(lèi)和II、III類(lèi)精密進(jìn)近，并實(shí)現(xiàn)在其工作范圍內(nèi)從進(jìn)近、著陸、離場(chǎng)到場(chǎng)面運(yùn)行的全覆蓋。GBAS設(shè)備一般安裝在機(jī)場(chǎng)附近，如下圖所示： 現(xiàn)在的地基增強(qiáng)著陸系統(tǒng)GLS即是GBAS Landing System的縮寫(xiě)。我國(guó)的上海浦東機(jī)場(chǎng)安裝了美國(guó)霍尼韋爾公司SLS-400型GBAS設(shè)備，并且于2015年3月20日用A321飛機(jī)進(jìn)行了GLS演示驗(yàn)證試飛。我國(guó)PBN應(yīng)用下一步之一即是推廣GLS進(jìn)近。 3、機(jī)載增強(qiáng)系統(tǒng)ABAS(Airborne Based Augmentation System) ABAS利用GPS信息和其他傳感器(如IRU等)，通過(guò)一些列算法，實(shí)現(xiàn)機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)的完好性監(jiān)控。典型的ABAS主要包括接收機(jī)自主完好性監(jiān)視RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)和航空器自主完好性監(jiān)視AAIM(Aircraft Autonomous Integrity Monitoring)。RAIM是一種算法。正常衛(wèi)星定位需要4顆衛(wèi)星，當(dāng)出現(xiàn)第5顆衛(wèi)星時(shí)，即可以通過(guò)這種算法，算出同一個(gè)地點(diǎn)的多個(gè)位置解，然后進(jìn)行比較，結(jié)果理應(yīng)相同。如果不同，即說(shuō)明其中一個(gè)結(jié)果有問(wèn)題，導(dǎo)航信息可能不可靠，系統(tǒng)將出現(xiàn)告警，這即所謂的FD(Fault Detection)功能。當(dāng)有6顆衛(wèi)星時(shí)，就能推算哪個(gè)解是錯(cuò)誤的，然后排除，實(shí)現(xiàn)FDE(Fault Detection and Exclusion)功能。RAIM預(yù)測(cè)是推算飛機(jī)運(yùn)行區(qū)域是否有至少5顆衛(wèi)星，是在飛行前進(jìn)行的，飛行過(guò)程中是不用RAIM預(yù)測(cè)的，這和RAIM不是一回事。AAIM是利用慣性導(dǎo)航IRS、氣壓高度表或無(wú)線電高度表等組合進(jìn)行完好性監(jiān)測(cè)和性能改善。實(shí)際上，RAIM和AAIM就是OPMA。到這里，我們可以用一張圖來(lái)總結(jié)下上面提到的幾類(lèi)增強(qiáng)系統(tǒng)。 除了星基導(dǎo)航設(shè)施，地基導(dǎo)航設(shè)施如VOR，DME等目前也在廣泛應(yīng)用，后面我們將結(jié)合導(dǎo)航規(guī)范來(lái)做進(jìn)一步的梳理。 二、導(dǎo)航規(guī)范 導(dǎo)航規(guī)范詳細(xì)規(guī)定了在PBN航路或空域運(yùn)行的機(jī)組及航空器的要求。PBN包含兩類(lèi)基本導(dǎo)航規(guī)范：區(qū)域?qū)Ш?RNAV)和所需導(dǎo)航性能(RNP)，如下圖所示： 每一類(lèi)導(dǎo)航規(guī)范都從完整性、可靠性、連續(xù)性、精度等方面對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的性能提出了具體的要求。完整性是指當(dāng)系統(tǒng)不可靠時(shí)，有能力提供及時(shí)的告警;可靠性是指在初始階段所有系統(tǒng)性能完好、可靠;連續(xù)性即在計(jì)劃運(yùn)行期間，導(dǎo)航系統(tǒng)有能力提供連續(xù)不間斷的服務(wù);精度是指對(duì)于某一具體地點(diǎn)，至少在95%的飛行時(shí)間里，估算位置與實(shí)際位置之間的差異在誤差范圍內(nèi)。獲得高精度要求適航審批的航空器，并非就自動(dòng)獲得低精度要求的導(dǎo)航規(guī)范適航審批。例如：獲得RNAV 5運(yùn)行資格的飛機(jī)及機(jī)組不等于RNAV10的運(yùn)行資格，同樣獲得RNP APCH運(yùn)行資格的飛機(jī)及機(jī)組不等于有RNAV1的運(yùn)行資格。 每一導(dǎo)航規(guī)范后面固定數(shù)字即代表該種導(dǎo)航規(guī)范所要求的橫向?qū)Ш骄?海里為單位)，如RNAV5、RNP1等。需要注意的是這里所指的誤差是總系統(tǒng)誤差TSE，它是航跡定義誤差PDE、飛行技術(shù)誤差FTE、導(dǎo)航系統(tǒng)誤差NSE的矢量和。RNP與RNAV最顯著的區(qū)別就在于RNP多了OPMA，這可以讓機(jī)組知道飛機(jī)系統(tǒng)是否滿足導(dǎo)航性能的要求。除此之外，具體的RNAV與RNP規(guī)范還有不少的差別，從主用導(dǎo)航源和地面導(dǎo)航設(shè)施的角度來(lái)看，主要區(qū)別如下： 上面的表格有幾個(gè)需要注意的地方： 1、RNAV10(RNP10)與RNP4，這兩者應(yīng)用場(chǎng)景有些相似(洋區(qū)和偏遠(yuǎn)陸地)，都不依賴地面導(dǎo)航設(shè)施，但除了精度有差別外，RNAV10(RNP10)主用導(dǎo)航源是GNSS INS/IRS，INS/IRS慣導(dǎo)系統(tǒng)時(shí)間越久，累積誤差越大，所以運(yùn)行RNAV10(RNP10)會(huì)有時(shí)間限制，某公司的運(yùn)行規(guī)范中，兩套INS/IRS，限定飛行時(shí)間為6.2小時(shí)。RNP4主用導(dǎo)航源為GNSS OPMA，就不存在這個(gè)問(wèn)題; 2、我們有時(shí)在航圖中能夠看到RNAV DME/DME或者RNAV DME/DME/IRU： 實(shí)際上這就是指使用兩個(gè)DME定位或者至少兩個(gè)DME ，在DME 信號(hào)覆蓋的空隙區(qū)域，使用的慣性基準(zhǔn)組件(IRU)能夠提供足夠定位信息的RNAV，如RNAV 1和RNAV 2，這兩類(lèi)導(dǎo)航規(guī)范的主用導(dǎo)航源選擇范圍較廣，既可以是DME/DME，也可以是DME/DME/IRU，還可以是GNSS，對(duì)外發(fā)布時(shí)需要公布關(guān)鍵DME(如果有的話)。RNAV5是唯一一個(gè)主用導(dǎo)航源可以使用VOR的PBN導(dǎo)航規(guī)范了，它的主用導(dǎo)航源可以是VOR/DME，DME/DME或者GNSS INS/IRS。 3、RNP導(dǎo)航規(guī)范主用導(dǎo)航源就是GNSS，例如基本RNP1和RNAV1相比，主用導(dǎo)航源就是GNSS OPMA，不像RNAV1可以有上文提到的不同選擇。在實(shí)際運(yùn)行中，我們需要著重區(qū)分RNP APCH(公布為RNAV GNSS)和RNP AR APCH(公布為RNAV RNP)這兩者。對(duì)于同一機(jī)場(chǎng)，所有的機(jī)型都能運(yùn)行同一個(gè)RNP APCH，但每個(gè)機(jī)型都有不一樣的RNP AR APCH，需要特殊授權(quán)。此外，RNP AR APCH能夠提供固定轉(zhuǎn)彎飛行模式(即有RF航段)，最后進(jìn)近航段可以進(jìn)行彎曲進(jìn)近，航跡選擇更為靈活。下文導(dǎo)航應(yīng)用還會(huì)具體提到，RNP APCH可以選用VNAV，而RNP AR APCH 必須使用VNAV。 在實(shí)際飛行過(guò)程中，GNSS具有最高優(yōu)先級(jí)，如無(wú)法使用GNSS，F(xiàn)MC依次選擇DME/DME、VOR/DME、IRS。并且在執(zhí)行RNP AR進(jìn)近時(shí)，還會(huì)抑制地面導(dǎo)航臺(tái)的信號(hào)，即慣性導(dǎo)航系統(tǒng)IRS 在丟失GPS位置更新時(shí)，不會(huì)依靠單臺(tái)VOR/DME進(jìn)行IRS位置的無(wú)線電更新。 到這里我們對(duì)PBN的兩類(lèi)導(dǎo)航規(guī)范有了大致的了解，接下來(lái)我們會(huì)繼續(xù)探究導(dǎo)航規(guī)范的具體應(yīng)用及其所帶來(lái)的一些列的問(wèn)題。 三、導(dǎo)航應(yīng)用 實(shí)際運(yùn)行中，兩類(lèi)導(dǎo)航規(guī)范的應(yīng)用我們每天都在接觸，不同的飛行階段應(yīng)用不同的導(dǎo)航規(guī)范，具體如下： 除特殊規(guī)定外，RNAV2一般用于航路運(yùn)行。RNAV2運(yùn)行允許1.0NM(95%)的FTE。RNAV1用于所有RNAV的DP和STAR。RNAV1運(yùn)行允許0.5NM(95%)的FTE。 在使用RNP進(jìn)近時(shí)，有這么一個(gè)問(wèn)題，這是精密還是非精密進(jìn)近呢?在探討具體的進(jìn)近類(lèi)型之前，先要明確一個(gè)類(lèi)精密進(jìn)近的概念。類(lèi)精密進(jìn)近APV(Approach with Vertical Guidance)是指在最后進(jìn)近段同時(shí)有水平引導(dǎo)和垂直引導(dǎo)，但引導(dǎo)精度不足以達(dá)到精密進(jìn)近和著陸運(yùn)行要求的儀表進(jìn)近。根據(jù)垂直引導(dǎo)的方式，APV可以分為兩類(lèi)，一是APV BaroVNAV，垂直引導(dǎo)來(lái)自機(jī)載氣壓式高度表，使用DH/DA方式，運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)用LNAV/VNAV方式;一類(lèi)是APV SBAS，垂直引導(dǎo)來(lái)自星基增強(qiáng)系統(tǒng)SBAS，使用DH/DA方式，運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)用LPV(Localizer performance with vertical guidance)方式。后文會(huì)談到LPV的一些特征。國(guó)內(nèi)民航應(yīng)用最多的是APV BaroVNAV，RNP APCH或者RNP AR執(zhí)行LNAV/VNAV標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就是垂直導(dǎo)航使用氣壓式垂直導(dǎo)航的APV BaroVNAV程序，即是最基礎(chǔ)的APV程序。雖然不是精密進(jìn)近，但因?yàn)樵诖怪狈较蛏嫌幸龑?dǎo)，這類(lèi)程序同樣使用DA/DH，由于氣壓式垂直導(dǎo)航會(huì)受溫度等外界條件的影響，所以會(huì)有最低或最高溫度限制。這里我們也可以大致梳理出RNP進(jìn)近到底是哪類(lèi)進(jìn)近。 1、使用RNP進(jìn)近，但只提供水平方向的引導(dǎo)，使用LNAV標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，是非精密進(jìn)近，由于沒(méi)有使用垂直引導(dǎo)，LNAV的進(jìn)近最低標(biāo)準(zhǔn)高于其它類(lèi)型的RNAV。LNAV使用400英尺的決斷高度，保護(hù)區(qū)比VOR小。這種方式通常是通過(guò)GNSS ABAS DME/DME(或VOR/DME)實(shí)現(xiàn); 2、使用RNP進(jìn)近，提供水平和垂直方向引導(dǎo)，使用LNAV/VNAV標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，是類(lèi)精密進(jìn)近。LNAV/VNAV標(biāo)準(zhǔn)降低了垂直障礙清除(Vertical Obstruction Clearance)要求，這種方式通過(guò)GNSS ABAS BraoVNAV實(shí)現(xiàn); 3、使用LPV標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，也是類(lèi)精密進(jìn)近，LPV具有水平和垂直引導(dǎo)能力，精度比LNAV/VNAV高，但是又比ILS低，使用250英尺決斷高度，3/4英里能見(jiàn)度(有適當(dāng)?shù)臒艄鈺r(shí)1/2英里)，40m HAL(水平告警門(mén)限)和50m VAL(垂直告警門(mén)限)，這種進(jìn)近方式國(guó)外應(yīng)用的比較普遍，國(guó)內(nèi)暫無(wú)。此種方式通過(guò)GNSS SBAS實(shí)現(xiàn)。 4、RNP進(jìn)近只有一種是精密進(jìn)近，即采用地基增強(qiáng)系統(tǒng)的GNSS GBAS。如下圖所示： 到這里我們的筆記也將告以段落。我們從PBN的三個(gè)組成部分：導(dǎo)航設(shè)施、導(dǎo)航規(guī)范、導(dǎo)航應(yīng)用大致梳理了與PBN有關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，希望在實(shí)際運(yùn)行中對(duì)大家有所幫助。 |
