淺談基于性能導(dǎo)航

1、performance based navigation 民航總局空管局黃衛(wèi)芳一、緒言為進(jìn)一步提供空域容量和運(yùn)行效率，滿足航空運(yùn)輸飛行量不斷增長(zhǎng)的需求，新航行技術(shù)一區(qū)域?qū)Ш郊夹g(shù)，正被日益廣泛應(yīng)用。從全球范圍看，現(xiàn)行區(qū)域?qū)Ш降募夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，航空發(fā)達(dá)的歐洲和美國(guó)對(duì)區(qū)域?qū)Ш降木唧w技術(shù)要求也存在差異。為統(tǒng)一認(rèn)識(shí)并指導(dǎo)各締約國(guó)實(shí)施新技術(shù)，國(guó)際民航組織(ica0) 擬于近期發(fā)布 (基于性能導(dǎo)航手冊(cè)。我國(guó)對(duì)區(qū)域?qū)Ш郊夹g(shù)也有較深的認(rèn)識(shí)，并正積極在終端區(qū)、航路運(yùn)行階段推廣應(yīng)用。二、背景介紹傳統(tǒng)的航路是基于地面導(dǎo)航設(shè)施位置、逐個(gè)連接各導(dǎo)航點(diǎn)而成的，確保航空器能夠依靠導(dǎo)航臺(tái)的無(wú)線電信號(hào)向背臺(tái)飛行。隨著航空運(yùn)輸?shù)?/p>

2、持續(xù)發(fā)展，傳統(tǒng)航路的局限性漸顯嚴(yán)重。航空電子技術(shù)的不斷發(fā)展使航空器機(jī)載設(shè)備不斷更新，導(dǎo)航精度也不斷提高，促使新一代導(dǎo)航技術(shù)的產(chǎn)生。這種導(dǎo)航技術(shù)不依賴于地基導(dǎo)航設(shè)備，可以使航空器在任意兩點(diǎn)之間精確飛行，這就是區(qū)域?qū)Ш降母拍睢?yīng)用區(qū)域?qū)Ш郊夹g(shù)，能夠提高空域容量，減輕管制員和飛行員工作負(fù)荷，減少飛行延誤，提高空域運(yùn)行效率。早期的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)采用與傳統(tǒng)的地基航路和程序相似的方式，通過(guò)分析和飛行測(cè)試確定所需的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)及性能。對(duì)于陸地區(qū)域?qū)Ш竭\(yùn)行，最初的系統(tǒng)采用v0r 和 dme 來(lái)進(jìn)行定位，對(duì)于洋區(qū)運(yùn)行，則廣泛采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。在不斷的實(shí)踐中，這樣的新技術(shù)已逐步通過(guò)了開(kāi)發(fā)、評(píng)估和認(rèn)證?；诖?，國(guó)際民

3、航組織在附件1l空中交服務(wù)和航空器運(yùn)行手冊(cè)（ d0c 8168 ）中提出了部分區(qū)域?qū)Ш皆O(shè)計(jì)和應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)和建議。美國(guó)和歐洲等航空發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)積累了豐富的區(qū)域?qū)Ш綉?yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)手冊(cè)，各地區(qū)采用的區(qū)域?qū)Ш矫?guī)則、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行要求并不一致，如美國(guó)rnav 類型分為a 類和 b 類，歐洲 rnav 類型分為 p-rnav 和 b-rnav 。國(guó)際民航組織icao 擬于今年正式發(fā)布基于性能導(dǎo)航手冊(cè) (performance based navigation manual) ，用以規(guī)范區(qū)域?qū)Ш降拿?、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并指導(dǎo)各國(guó)實(shí)施該新技術(shù)。(一)rnav 區(qū)域?qū)Ш?(rnav) 是

4、一種導(dǎo)航方式，它可以使航空器在導(dǎo)航信號(hào)覆蓋范圍之內(nèi)，或在機(jī)載自備導(dǎo)航設(shè)備的工作范圍內(nèi)，或二者的組合，沿任意期望的航跡飛行，即rnav 系統(tǒng)能夠使用多種導(dǎo)航源信號(hào)來(lái)自動(dòng)確定航空器位置，建立期望的飛行航跡并為航空器向下一航路點(diǎn)飛行提供航跡引導(dǎo)。與傳統(tǒng)導(dǎo)航方式相比，rnav 系統(tǒng)不需要航空器沿?zé)o線電信號(hào)向北臺(tái)飛行，能夠充分利用機(jī)載設(shè)備的能力，提高運(yùn)行安全和效益，具體表現(xiàn)為：航跡選擇靈活、減輕管制員和飛行員工作負(fù)荷、增加空域容量、優(yōu)化導(dǎo)航設(shè)施布局。如果結(jié)合數(shù)值小的rnp ，更能極大地提高飛行軌跡的準(zhǔn)確性，降低天氣標(biāo)準(zhǔn)，保證飛行安全和運(yùn)行正常。rnav 系統(tǒng)可以采用的導(dǎo)航源包括：慣導(dǎo)(ins irs)

5、、vor dme 、dmedme 、loran c、gnss(gps) 。(二)rnp 所需導(dǎo)航性能 (rnp) 是對(duì)指定空域內(nèi)運(yùn)行所需要的導(dǎo)航性能精度的描述rnp 類型 )。rnp 數(shù)值根據(jù)航空器至少有95的飛行時(shí)間能夠達(dá)到預(yù)計(jì)導(dǎo)航性能精度的數(shù)值來(lái)確定，與rnav 概念結(jié)合，能夠提高導(dǎo)航精度和運(yùn)行安全水平。rnp 系統(tǒng)不僅對(duì)航空器機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備有要求，對(duì)支持相應(yīng)p&tp 類型空域的導(dǎo)航設(shè)施的精度也有一定要求。rnp 類型是用相應(yīng)的精度值來(lái)表示的。航空器方面，精度值是受到導(dǎo)航源誤差、機(jī)載接收誤差、顯示誤差和側(cè)向的飛行技術(shù)誤差(fte) 等影響，在其95的飛行時(shí)間內(nèi)側(cè)向和縱向總的系統(tǒng)誤差

6、(tse) 必須小于規(guī)定的rnp 精度值?？沼蚍矫妫付沼?yàn)檫_(dá)到導(dǎo)航性能精度值就必須提供相應(yīng)的導(dǎo)航設(shè)施。航空器導(dǎo)航精度不符合某空域rnp 精度值要求時(shí)，通常不允許在空域內(nèi)飛行。航空器和空域方面的要求具有相互獨(dú)立性。導(dǎo)航性能精度比某一空域rnp 值高的航空器不一定就能在該空域內(nèi)運(yùn)行。例如，航空器的導(dǎo)航性能精度是基于某些導(dǎo)航設(shè)施而言的，那么該航空器可能并不符合精度值相對(duì)較差的空域的要求，因?yàn)樵摽沼蚩赡懿惶峁┩瑯拥膶?dǎo)航設(shè)施。雖然 rnp 值本身不能作為確定間隔標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，但空域規(guī)劃人員可以使用rnp 值幫助確定空域的使用規(guī)定、航路寬度和間隔要求。根據(jù)飛行地區(qū)的不同和飛行階段的不同，rnp 主要有以

7、下幾種類型：rnp0.1 0.3 、rnp1 2、rnp4 、rnp10 ，分別用于進(jìn)近階段、終端區(qū)飛行、陸地航路飛行和洋區(qū)飛行。(三)rnav 與 rnp 的區(qū)別rnav 和 rnp 系統(tǒng)關(guān)鍵的不同在于，rnp 標(biāo)準(zhǔn)包含機(jī)載設(shè)備的監(jiān)視和告警導(dǎo)航性能要求，而rnav 標(biāo)準(zhǔn)則不包括。20 世紀(jì) 90 年代，大多rnav 系統(tǒng)都提供了機(jī)載監(jiān)視和告警功能，促進(jìn)了導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，進(jìn)而產(chǎn)生了rnp 系統(tǒng)。 rnp 系統(tǒng)提高了運(yùn)行的完整性，使航路間距和保護(hù)區(qū)縮小、空域資源得到進(jìn)一步優(yōu)化。傳統(tǒng)航路、rnav 航路和 rnp 航路的區(qū)別見(jiàn)圖1 所示。從發(fā)展的角度來(lái)看，導(dǎo)航應(yīng)用將由2d 向 3d4d 過(guò)渡，這就

8、要求機(jī)載監(jiān)視與告警性能必須在垂直導(dǎo)航方面加以完善。這兩項(xiàng)功能可以保證機(jī)組圖 1 傳統(tǒng)航路、 rnav 航路和 rnp 航路比較人員隨時(shí)確定導(dǎo)航系統(tǒng)是否達(dá)到10-5 的完整性。雖然目前很多rnav 系統(tǒng)不具備監(jiān)視和告警功能，但同樣實(shí)現(xiàn)了很高的精度并具備多種rnp 系統(tǒng)功能因此，rnav 和 rnp 運(yùn)行將會(huì)共存多年，最后都逐漸轉(zhuǎn)換為rnp 運(yùn)行。rnav 標(biāo)準(zhǔn)和 rnp 標(biāo)準(zhǔn)都包含了對(duì)導(dǎo)航功能要求，這些功能要求包括：提供與航跡相關(guān)的飛機(jī)位置的連續(xù)指示、顯示各航路點(diǎn)的距離和方位、顯示過(guò)航路點(diǎn)的地速或時(shí)間、導(dǎo)航數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、提供包括導(dǎo)航設(shè)備在內(nèi)的rnav 系統(tǒng)故障指示。 3 三、國(guó)外發(fā)展概況(一 )

9、美國(guó)情況美國(guó) faa 制定了基于性能的導(dǎo)航發(fā)展路線圖，其目的是：確定美國(guó)向基于性能導(dǎo)航系統(tǒng)過(guò)渡的政策，為航空界的業(yè)務(wù)發(fā)展提供指南；改進(jìn)美國(guó)國(guó)家空域系統(tǒng)設(shè)計(jì)和航空交通程序，減少空中交通延誤，改善運(yùn)行效率，提高安全水平；建立運(yùn)行概念和目標(biāo)，并確定實(shí)施步驟和時(shí)間表。faa 將發(fā)展路線分為三個(gè)階段，具體為：近期 (2006 2010 年)，f 從為所有飛行階段提供rnav 和 rnp 程序，并繼續(xù)制定有關(guān)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)和指南。該階段，美國(guó)將在總結(jié)q 航路和 t 航路運(yùn)行基礎(chǔ)上降低t 航路最低運(yùn)行高度，制定rnp 一 2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并逐步將q 航路轉(zhuǎn)變?yōu)閞np-2 航路。期間，非區(qū)域?qū)Ш胶铰穼⒗^續(xù)使用。中期

10、(2011-2015年)，rnav 將成為美國(guó)國(guó)家空域系統(tǒng)中的主要導(dǎo)航方式，在fl290 以上均使用 rnp-2 航路，進(jìn)一步降低t 航路最低高度，完成從陸基導(dǎo)航到基于性能導(dǎo)航系統(tǒng)的過(guò)渡，開(kāi)始使用國(guó)家基準(zhǔn)系統(tǒng)s)，以實(shí)現(xiàn)自由航路的理念。該階段，faa 將逐步取消一些地面導(dǎo)航設(shè)施，重新設(shè)計(jì)有關(guān)航路和程序，修改調(diào)整間隔標(biāo)準(zhǔn)、扇區(qū)劃設(shè)和終端區(qū)空域結(jié)構(gòu)。遠(yuǎn)期 (2016 2025 年)， 在 fl290 及以上均使用rnp 航路，整個(gè)國(guó)家空域系統(tǒng)均采用區(qū)域?qū)Ш椒绞健Ｔ撾A段，空域?qū)⒈恢匦略O(shè)計(jì)，cnsatm 技術(shù)將充分應(yīng)用，自由航路越來(lái)越多，并引入新的自動(dòng)化系統(tǒng)，從固定的航線轉(zhuǎn)變?yōu)殪`活的、用戶可選擇的自由

11、航線。此外，在上述三個(gè)階段中，美國(guó)對(duì)洋區(qū)、終端區(qū)和進(jìn)近范圍內(nèi)基于性能的導(dǎo)航發(fā)展規(guī)劃都做了詳細(xì)描述。美國(guó) q 航路為高空區(qū)域?qū)Ш胶铰罚峁┝遂`活的飛行航跡，不受限于地基導(dǎo)航設(shè)備位置，為更有效的設(shè)計(jì)程序和使用空域提供了條件。第一條q 航路是建立在墨西哥灣，代替以前的傳統(tǒng)航路，此后，q 航路就在美國(guó)西部、南部以及加拿大和美國(guó)之間的大湖地區(qū)實(shí)施?！皅 ”是美國(guó)用于指配這些區(qū)域?qū)Ш胶铰返拇?hào)，按照有關(guān)導(dǎo)航規(guī)定，q 航路標(biāo)準(zhǔn)為rnav -2。q 航路依據(jù) faa8260.3 (美國(guó)終端區(qū)儀表程序標(biāo)準(zhǔn))的規(guī)定而劃設(shè)，航路內(nèi)相鄰兩點(diǎn)間的最小距離是12 海里，最大距離是500 海里，平行 q 航路的中心線間的最

12、小距離為8 海里，與一般的航路相同。q 航路在運(yùn)行過(guò)程中，必須采用雷達(dá)監(jiān)控以確保有效的航路容差。q 航路可以采用gps 或 dme dme 結(jié)合 iru 進(jìn)行導(dǎo)航。如果某條q 航路擬采用dmedme 運(yùn)行，就必須進(jìn)行地基dme 設(shè)備性能的分析，如果dme 信號(hào)不能覆蓋整條航路，則航空器需要安裝gps 導(dǎo)航設(shè)備。一般來(lái)說(shuō)，航路交通管制中心(artcc) 提出新辟航路的要求，包括q 航路， faa 負(fù)責(zé)劃設(shè)、評(píng)估和飛行校驗(yàn)。目前，f 從正在修改有關(guān)劃設(shè)q 航路的規(guī)章。 faa 的 ac90-100 中描述了 q 航路運(yùn)行要求，包括對(duì)航空器的機(jī)載設(shè)備要求和機(jī)組的訓(xùn)練要求。(二)歐洲情況1998 年

13、1 月 29 日，歐洲率先實(shí)施了basic rnav (brnav)( 基礎(chǔ)區(qū)域?qū)Ш?)，被認(rèn)為是航路飛行階段實(shí)施區(qū)域?qū)Ш竭\(yùn)行的第一步過(guò)渡。歐洲r(nóng)nav 導(dǎo)航技術(shù)分為brnav 和 prnav ，計(jì)劃在 2010 年后發(fā)展為rnp 方式。就側(cè)向?qū)Ш骄榷?，brnav 相當(dāng)于 rnp5 的精度， prnav 相當(dāng)于 rnpl 的精度，但對(duì)于性能方面的要求，rnav 要比 rnp 的運(yùn)行要求低。在歐洲空域內(nèi)航路飛行階段均要求航空器具備brnav 的能力，其具體要求為，在考慮各種飛行誤差情況下，航空器95的飛行時(shí)間內(nèi)必須保持在標(biāo)稱航跡左右各9.3 公里 (5 海里 )范圍內(nèi)。2004 年后，歐洲開(kāi)

14、始使用p-rnav 技術(shù)，應(yīng)用于終端空域，使終端區(qū)設(shè)計(jì)得到優(yōu)化，增強(qiáng)了飛行靈活性，提高了空域容量。p-rnav 航路的導(dǎo)航性能精度相當(dāng)于rnp1 ，但不等同于rnp1 ，要求在考慮各種飛行誤差情況下，航空器95的飛行時(shí)間內(nèi)必須保持在標(biāo)稱航跡左右各 1.85 公里 (1 海里 )范圍內(nèi)。 p-rnav 運(yùn)行是使用dme dme 、vor dme 、gnss 、insirs 等一種或幾種組合的導(dǎo)航信息源確定航空器的位置，但不包括垂直導(dǎo)航功能。在歐洲的基于性能導(dǎo)航發(fā)展規(guī)劃中，2010 年后主要航路和所有的終端區(qū)必須實(shí)施區(qū)域?qū)Ш竭\(yùn)行，并向3d 和 4d 的區(qū)域?qū)Ш綉?yīng)用發(fā)展。 (三)日本情況航路運(yùn)行方面

15、，日本 1992 年開(kāi)始建立rnav 航路，于 1998 年在洋區(qū)實(shí)施了rnp10 區(qū)域?qū)Ш胶铰?，目前共?shí)施了60 多條 rnav 航路。飛行程序方面，1999 年開(kāi)始在東京機(jī)場(chǎng)實(shí)施區(qū)域?qū)Ш竭M(jìn)場(chǎng)程序，并逐步推廣到其他5 個(gè)主要機(jī)場(chǎng)。 2005 年日本制訂了rnav 發(fā)展計(jì)劃，分為三個(gè)階段，具體為： 2007 年年底前，完成相關(guān)準(zhǔn)備工作，引入國(guó)際統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2008 年至 2012 年，實(shí)施 rnav5 航路，同時(shí)研究實(shí)施rnp2 航路并逐步推廣到非雷達(dá)管制空域，實(shí)現(xiàn)大部分終端區(qū)內(nèi)實(shí)施rnav1 飛行程序。 20013 年以后，在fl290 以上全部實(shí)施rnp2 航路，并在大中型機(jī)場(chǎng)實(shí)施rnp

16、1 飛行程序。四、基于性能導(dǎo)航基于性能導(dǎo)航 (pbn) 規(guī)定了區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)內(nèi)航空器沿ats 航路、儀表進(jìn)近程序和空域飛行時(shí)的性能要求，是通過(guò)空域運(yùn)行所需的精度、完整性、持續(xù)性、可用性和功能來(lái)確定的。pbn 運(yùn)行的兩個(gè)基本要素是導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)和支持系統(tǒng)運(yùn)行的導(dǎo)航設(shè)施。導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)是在已定義的空域概念下對(duì)航空器和機(jī)組人員提出的一系列要求，定義了區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)所需要的性能及具體的功能要求。pbn 的概念體現(xiàn)了導(dǎo)航方式從基于導(dǎo)航源到基于性能導(dǎo)航的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)不僅定義了性能要求，同時(shí)也定義了導(dǎo)航源和設(shè)備的選擇方式，能夠?qū)?guó)家和運(yùn)行者提供具體的實(shí)施指導(dǎo)。(一)pbn 內(nèi)容pbn 是空域概念的要素之一，通信、ats

17、監(jiān)視和 atm 也是空域概念的基本要素(見(jiàn)圖 2)。pbn 的概念依賴于區(qū)域?qū)Ш?rnav) 系統(tǒng)的應(yīng)用，有兩個(gè)核心要素，導(dǎo)航設(shè)施和導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)，在空域概念下將這兩個(gè)要素應(yīng)用到ats 航路和儀表飛行程序中又產(chǎn)生了另一個(gè)要素：導(dǎo)航應(yīng)用。導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)家一般將導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)作為其適航和運(yùn)行批準(zhǔn)的基礎(chǔ)。導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)包括：rnav 系統(tǒng)在精確性、完整性、可用性和連續(xù)性方面要求。導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)包括rnp 標(biāo)準(zhǔn)和 rnav 標(biāo)準(zhǔn)，但rnp 標(biāo)準(zhǔn)包括完備的機(jī)載性能監(jiān)視和告警要求，rnav 標(biāo)準(zhǔn)不包括此內(nèi)容。目前rnav 和 rnp 標(biāo)準(zhǔn)的精度要求只是在橫向和縱向兩個(gè)維度上，不包括縱向的飛行技術(shù)容差fte) 。導(dǎo)航設(shè)施：導(dǎo)航設(shè)施指

18、地基和星基導(dǎo)航設(shè)備。地基導(dǎo)航設(shè)施主要包括dme 和 vor ，星基導(dǎo)航設(shè)施主要指gnss 。導(dǎo)航應(yīng)用：導(dǎo)航應(yīng)用是導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)航設(shè)施在ats 航路、儀表進(jìn)近程序或根據(jù)空域概念定義的某一空域范圍內(nèi)的應(yīng)用。rnav 標(biāo)準(zhǔn)支持 rnav 應(yīng)用， rnp 標(biāo)準(zhǔn)支持 rnp 應(yīng)用。如 gnss 、dme dme iru 、dmedme 任意一種導(dǎo)航源都可滿足rnavi 標(biāo)準(zhǔn)，但特定的國(guó)家，對(duì)于需要滿足 rnavi 標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)航設(shè)備性能不僅僅依賴于航空器的機(jī)載能力，有限的dme 設(shè)備或 gnss 政策因素都可能導(dǎo)致該國(guó)對(duì)rnavi 標(biāo)準(zhǔn)具有特定的導(dǎo)航設(shè)備要求。如a 國(guó)家的 aip 可能規(guī)定把gnss 作為 r

19、nav1 標(biāo)準(zhǔn)的一種要求 (因?yàn)?a 國(guó)家只有 gnss 為有效設(shè)備 )，b 國(guó)家的 aip 可能要求把dmedme iru 作為其 rnavi 標(biāo)準(zhǔn)的要求 (因?yàn)樵搰?guó)政策上不允許使用gnss) 。雖然每種導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)都可以作為rnav1 的應(yīng)用，但只裝備了gnss 的航空器只能在a 國(guó)家中獲得符合rnavi 運(yùn)行的批準(zhǔn)，在b 國(guó)家中卻不行。 pbn 在空域規(guī)劃與障礙物超障評(píng)估方面與傳統(tǒng)導(dǎo)航方式相比具有很多優(yōu)勢(shì)，主要有：(1) 減少傳統(tǒng)航路與程序所需的維護(hù)及相關(guān)費(fèi)用。例如，vor 臺(tái)可能用于航路、進(jìn)近或復(fù)飛等程序，遷移一個(gè)vor 地面設(shè)備可能會(huì)影響很多相關(guān)的飛行程序，需要很多費(fèi)用來(lái)進(jìn)行調(diào)整；(2)

20、避免頻繁投資特定導(dǎo)航源的運(yùn)行方式。例如，衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的發(fā)展有助于增強(qiáng)區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)的連續(xù)性和多樣性，由于 sbas 、gbas 和 gras 應(yīng)用的不斷發(fā)展，最初基本的gnss 設(shè)備就需要不斷改進(jìn)，需要不斷的投資；(3)提供更有效的空域運(yùn)行(航線安排，燃油率，噪聲控制等方面)；(4)明確 rnav 系統(tǒng)的運(yùn)行方式；(5)在全球范圍內(nèi)提供統(tǒng)一的導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)。 (二 )pbn 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于洋區(qū)、偏遠(yuǎn)陸地、航路與終端區(qū)運(yùn)行，rnp 標(biāo)準(zhǔn)用 rnp x 來(lái)表示，如rnp 4。rnav 標(biāo)準(zhǔn)表示為 rnav x，如 rnav 1。如果兩種導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)采用相同的x 值，則用前綴加以區(qū)分，如advanced rnp 1

21、和 basic rnp 1。其中， x 代表以海里為單位的橫向?qū)Ш骄龋笾辽?5的飛行時(shí)間內(nèi)航空器能夠在規(guī)定的空域、航路或飛行程序范圍內(nèi)運(yùn)行。導(dǎo)航精度是導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)的許多性能要求中的一項(xiàng)，如， rnav1 不僅要求橫向inm 的導(dǎo)航精度，還包括對(duì)機(jī)組人員和導(dǎo)航系統(tǒng)需求。由于每種導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)都定義了特定的性能要求，因此，即使是已經(jīng)獲得rnp 標(biāo)準(zhǔn)批準(zhǔn)的航空器，也不能自動(dòng)獲得所有rnav 標(biāo)準(zhǔn)的批準(zhǔn)。同理，對(duì)于已經(jīng)被批準(zhǔn)具有嚴(yán)格精度要求的rnp 或 rnav 標(biāo)準(zhǔn)的航空器 (如 rnp 0.3)，也不能自動(dòng)獲得弱一級(jí)精度要求導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)(如 rnp4) 的批準(zhǔn)。例如，被批準(zhǔn)基于rnp-1 的航空器不能被自

22、動(dòng)獲準(zhǔn)具有rnp4 的資格。值得一提的是，現(xiàn)行rnp10 標(biāo)準(zhǔn)與 pbn rnp 和 rnav 標(biāo)準(zhǔn)不一致。 rnp10 沒(méi)有包含對(duì)導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)機(jī)載性能的監(jiān)視與告警的要求。為了達(dá)到與pbn 概念保持一致的目的，rnp10 準(zhǔn)將參考rnav10 標(biāo)準(zhǔn)，但運(yùn)行批準(zhǔn)將繼續(xù)延用rnav10 。rnav 和 rnp 標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)圖 3 所示。在未來(lái)的空域概念中，rnp 標(biāo)準(zhǔn)可能要求在不改變導(dǎo)航精度要求的基礎(chǔ)上，附加額外的功能。例如，未來(lái)的導(dǎo)航規(guī)范可能會(huì)包括對(duì)垂直rnp 和基于時(shí)間 (4d) 能力的要求。 (三)pbn 相關(guān)方在空域概念的發(fā)展和導(dǎo)航應(yīng)用的過(guò)程中，包含著不同的利益相關(guān)方。這些利益相關(guān)方包括空域規(guī)劃人員

23、、程序設(shè)計(jì)人員、航空器制造商、飛行員、管制員，他們都具有不同的角色和職責(zé)，不同階段，他們對(duì)于pbn 的概念理解也不同，戰(zhàn)略層，空域規(guī)劃人員和程序設(shè)計(jì)人員將 pbn 概念轉(zhuǎn)化為實(shí)際的航路間隔、航空器最小間隔和程序設(shè)計(jì)；同樣也在戰(zhàn)略層，適航和標(biāo)準(zhǔn)審定部門必須確保航空器和機(jī)組都能滿足運(yùn)行需求；戰(zhàn)術(shù)層，管制員和飛行員將 pbn 的概念應(yīng)用到實(shí)際運(yùn)行中。 pbn 概念的相關(guān)方在不同的階段將從不同的方面來(lái)應(yīng)用pbn 。從一般意義上說(shuō)，所有的相關(guān)方共同使用了pbn 概念的所有要素，但實(shí)際上，每一個(gè)相關(guān)方往往更加趨向于關(guān)注pbn 概念的某一特殊部分。如，空域規(guī)劃人員更多地關(guān)注導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)中所需要的導(dǎo)航系統(tǒng)性能，在

24、關(guān)心如何實(shí)現(xiàn)精度、完好性、持續(xù)性和可用性的同時(shí)，他們使用所需導(dǎo)航性能標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定航路寬度和最小間隔。而程序設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)儀表飛行程序時(shí)，需要采用導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)的障礙物評(píng)估準(zhǔn)則，與空域規(guī)劃人員不同，他們也需要同時(shí)關(guān)注整個(gè)導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)(主要指性能、功能、導(dǎo)航源)。程序設(shè)計(jì)人員同樣會(huì)對(duì)導(dǎo)航設(shè)施進(jìn)行特別關(guān)注，因?yàn)閷?dǎo)航設(shè)施的覆蓋問(wèn)題會(huì)直接關(guān)系到儀表飛行程序的設(shè)計(jì)。飛行員和管制員也不同。作為pbn 概念的最終用戶，他們更多關(guān)注導(dǎo)航應(yīng)用(包括導(dǎo)航設(shè)施和導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn))。例如，管制員需要知道在指定空域中運(yùn)行的航空器使用的是哪種導(dǎo)航源(也就是說(shuō) rnav1 標(biāo)準(zhǔn)可以采用gnss 、dme dme iru 和或 dme dm

25、e) ，從而掌握如果一個(gè)導(dǎo)航設(shè)施的失效可能對(duì)運(yùn)行所產(chǎn)生的影響，保證在這些航路上運(yùn)行的航空器保持間隔。而飛行員關(guān)注的是確保航空器沿著程序設(shè)計(jì)人員和空域規(guī)劃人員設(shè)計(jì)的航路運(yùn)行。 pbn 概念中的所有用戶都與安全運(yùn)行緊密相關(guān)?？沼蛞?guī)劃人員、程序設(shè)計(jì)人員、航空器制造商以及空中導(dǎo)航服務(wù)商都必須確?？沼蚋拍钪信c他們相關(guān)的那部分內(nèi)容應(yīng)符合安全要求。航空器運(yùn)營(yíng)商所在的國(guó)家對(duì)機(jī)載設(shè)備提出要求，并要求設(shè)備廠商實(shí)際滿足這些要求，其他一些權(quán)威機(jī)構(gòu)也提出了空域概念等級(jí)下的安全要求，作為空域和程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。當(dāng)所有這些安全需求都得到了滿足，空中交通管制員和飛行員就必須按照他們各自的工作程序，來(lái)保證運(yùn)行安全。五、pbn 與

26、空域概念(一 )空域概念對(duì)于特定的空域，空域概念既可以視為一個(gè)整體描述，也可以被視為一個(gè)總體規(guī)劃?？沼蚋拍顟?yīng)與特定目標(biāo)一致，如果空域要進(jìn)行改變，空域概念應(yīng)包括對(duì)此變化的描述，能夠解釋空域組織機(jī)構(gòu)與管理方式、各空域相關(guān)方和空域使用者的角色與職責(zé)等問(wèn)題?？沼蚋拍顑?nèi)容見(jiàn)圖 4。戰(zhàn)略目標(biāo)推動(dòng)了空域概念的整體描述。這些目標(biāo)通常是由空域用戶、空中交通管理、機(jī)場(chǎng)及其周圍的環(huán)境和政府政策所確定的，也是運(yùn)行的需求。最常見(jiàn)的推動(dòng)空域概念改變的戰(zhàn)略目標(biāo)是安全、容量、效率和環(huán)境：安全， rnp 程序設(shè)計(jì)是提高安全性的一種方法；容量，規(guī)劃額外的一條跑道來(lái)提高機(jī)場(chǎng)運(yùn)行將導(dǎo)致空域概念中容量的變化：效率，優(yōu)化離場(chǎng)和進(jìn)場(chǎng)飛行剖

27、面將使航空器在燃油方面更有效率；環(huán)境，減少排放和噪音有利于環(huán)境保護(hù)；可用，提供更小最低標(biāo)準(zhǔn)的rnp 進(jìn)近方式，確保惡劣天氣條件下也能不間斷使用空域。隨著對(duì) gnss 的越來(lái)越依賴，空域概念的發(fā)展將更加需要確保通信、導(dǎo)航和ats 監(jiān)視保持綜合一致。(二)pbn 對(duì)空域規(guī)劃的作用空域規(guī)劃的一項(xiàng)內(nèi)容就是確定航空器所使用的航路寬度和最小間隔標(biāo)準(zhǔn)。ica0 doc.9689 確定最小間隔標(biāo)準(zhǔn)的空域規(guī)劃方法手冊(cè)是空域規(guī)劃人員應(yīng)該參考的主要材料。確定航路間隔和航空器最小間隔很復(fù)雜，受ats 監(jiān)視服務(wù)和所用通訊手段等眾多因素的影響。最小間隔標(biāo)準(zhǔn)和航路寬度可以描述為三個(gè)因素的函數(shù)：導(dǎo)航性能、航空器風(fēng)險(xiǎn)程度和減小

28、風(fēng)險(xiǎn)的措施。航空器之間的間隔與ats 航路寬度并不嚴(yán)格相等，其復(fù)雜度依賴于兩架航空器的間隔或航路寬度標(biāo)準(zhǔn)是否已經(jīng)確定。航空器的間隔通常用于兩架航空器之間，因此，交通密度帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)主要是考慮兩兩航空器之間。但對(duì)于航路間隔卻非如此，此時(shí)交通密度是由一定間隔之間的ats 航路上運(yùn)行的航空器數(shù)量確定的。如果航空器安全間隔和航路間隔是通過(guò)傳統(tǒng)的基于導(dǎo)航源的方式來(lái)確定，則用于確定安全間隔和航路間隔的導(dǎo)航性能數(shù)據(jù)就依賴于來(lái)自導(dǎo)航設(shè)施初始數(shù)據(jù)的精確度。相比之下，pbn 可以使 rnav 系統(tǒng)集成所有能接收到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)來(lái)提供位置和導(dǎo)航信息，因此，pbn 條件下確定安全間隔和航路間隔，就使用了這種集成的導(dǎo)航性能數(shù)

29、據(jù)。rnav 系統(tǒng)所需的導(dǎo)航性能是導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)的一部分。為了確定安全間隔和航路間隔，空域規(guī)劃者會(huì)充分挖掘?qū)Ш綐?biāo)準(zhǔn)中的這部分內(nèi)容?？沼蛞?guī)劃人員不會(huì)忽略導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)的作用，只會(huì)最大程度的利用所需的性能，即準(zhǔn)確性、完好性、可用性和連續(xù)性，以確定航路間隔和最小安全間隔。前文提及， rnav 標(biāo)準(zhǔn)和 rnp 標(biāo)準(zhǔn)，最本質(zhì)的區(qū)別就是rnp 需要有機(jī)載性能監(jiān)視和告警功能。因此可以推斷，采用rnp1 標(biāo)準(zhǔn)的最小安全間隔和航路間隔會(huì)比采用rnav1 標(biāo)準(zhǔn)的小。在空域運(yùn)行中，采用rnp 標(biāo)準(zhǔn)比采用rnav 標(biāo)準(zhǔn)更有益處，因?yàn)?，機(jī)載性能監(jiān)視和告警功能可以提供消除風(fēng)險(xiǎn)的補(bǔ)充手段，彌補(bǔ)ats 監(jiān)視服務(wù)的不足之處，減輕管制員的工

30、作負(fù)荷。(三)pbn 飛行程序設(shè)計(jì)儀表飛行程序設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)航路、進(jìn)場(chǎng)、起飛和進(jìn)近程序的結(jié)構(gòu)，考慮超障要求而確定一系列機(jī)動(dòng)飛行軌跡。每個(gè)國(guó)家都必須確保相應(yīng)的航空器能夠安全的使用其對(duì)外公布的飛行程序。要實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行，不僅要采用pans-0ps中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的icao 規(guī)定，也要確保這些標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施過(guò)程和方法是高效、規(guī)范的，這可以通過(guò)制定規(guī)章、交通監(jiān)控、地面校驗(yàn)和飛行校驗(yàn)等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用這些方法適時(shí)進(jìn)行評(píng)估、論證、協(xié)調(diào)和校驗(yàn)，可以確保設(shè)計(jì)出來(lái)的飛行程序安全、有效，且在飛行程序設(shè)計(jì)過(guò)程中可以盡早的發(fā)現(xiàn)并修改錯(cuò)誤。1非 rnav 傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)中，航空器導(dǎo)航是基于地面無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)施的信號(hào)向

31、背臺(tái)飛行的。這種導(dǎo)航方式的最大缺點(diǎn)就是飛行路線受地面導(dǎo)航源位置的限制，常常導(dǎo)致飛行路線增長(zhǎng)，如果要優(yōu)化飛行程序，又會(huì)受到地基無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備安裝位置和成本限制。并且保護(hù)區(qū)相對(duì)較大，導(dǎo)航系統(tǒng)誤差會(huì)隨著航空器距離導(dǎo)航設(shè)施的增大而增大。2rnav 程序設(shè)計(jì)rnav 程序最大的一個(gè)突破就是采用名稱、經(jīng)度、緯度定義航路點(diǎn)。rnav 航路點(diǎn)使設(shè)計(jì)航路依賴導(dǎo)航設(shè)施位置的程度降低，能更好的滿足空域設(shè)計(jì)需求。rnav 程序設(shè)計(jì)的靈活性隨著導(dǎo)航設(shè)施的不同而不同，例如dme vor 或者 gnss 。非 rnav 程序是基于航向、時(shí)間或dme 弧的，相比較而言， rnav 程序能夠在導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)飛行路徑，有助于減

32、少飛行員的工作負(fù)荷并實(shí)現(xiàn)連續(xù)飛行。因?yàn)閞nav 導(dǎo)航是用航空器導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)較大的變化就是提高了設(shè)計(jì)過(guò)程中的質(zhì)量保證要求。rnav 也還有很多需要考慮的問(wèn)題。例如，航空器的飛行性能和飛行路徑差別很大，并且無(wú)法預(yù)測(cè)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的各種運(yùn)行情況，導(dǎo)致了保護(hù)區(qū)不能進(jìn)一步縮小。在 rnav 運(yùn)行發(fā)展的同時(shí)，航空器rnav 設(shè)備、功能和系統(tǒng)配置由簡(jiǎn)單逐漸演變到復(fù)雜。在飛行程序設(shè)計(jì)中，沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的指導(dǎo)手冊(cè)指導(dǎo)設(shè)計(jì)者某類航空器應(yīng)采用何種標(biāo)準(zhǔn)。有些rnav 程序就是從atc 指令派生出來(lái)的，模仿了atc 指令，但也導(dǎo)致了描述航空器飛行軌跡多種不同方式。并且航空器飛行性能和導(dǎo)航技術(shù)的不同導(dǎo)致了很多

33、不同的程序，每種程序都要求不同的設(shè)備配置，給航空公司造成了不必要的花費(fèi)。3rnp 程序設(shè)計(jì) (先期 pbn) pans-0ps (d0c 8168) 中介紹的 rnp 程序就是現(xiàn)在pbn 概念的先期設(shè)計(jì)，但由于缺乏導(dǎo)航性能和運(yùn)行要求的描述，并未體現(xiàn)出rnav 和 rnp 程序的區(qū)別。并且傳統(tǒng)飛行中的飛越程序、飛行軌跡可變性以及附加的緩沖空域要求都使得rnp 程序體現(xiàn)不出優(yōu)勢(shì)來(lái)。因此，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，有效性和可用性較差。4pbn 程序設(shè)計(jì)采用 pbn 技術(shù)，區(qū)域?qū)Ш骄褪且环N基于性能的運(yùn)行，航空器導(dǎo)航性能特點(diǎn)都規(guī)定得很清楚，也解決了最初rnav 和 rnp 標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題?；谛阅艿拿枋鲋卣f(shuō)明了不同類型

34、航空器需要不同的飛行剖面，這樣才能確保飛行軌跡的持續(xù)性、可靠性和預(yù)測(cè)性，并能減小超障評(píng)估區(qū)域。圖 5、圖 6 是 rnp 進(jìn)近程序 (rnp approach ，rnp apch) 示意圖和rnp 授權(quán)所需進(jìn)近程序(rnp authorization required approach ， rnp ar apch) 示意圖。對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)最大的變化就是，設(shè)計(jì)時(shí)不用依賴于導(dǎo)航源，而只考慮導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，正確選擇導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)基于空域要求、可用的導(dǎo)航設(shè)施、機(jī)載設(shè)備和航空器運(yùn)行能力。例如，如果某空域內(nèi)要求rnav l 或 rnav 一 2 標(biāo)準(zhǔn)，則可用的導(dǎo)航設(shè)施必須是基礎(chǔ)的gnss 或dme dme ，航空器必須要用這兩種的一種導(dǎo)航源運(yùn)行。然而，pbn 程序設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)前，必須要先有基礎(chǔ)gnss 和 dme dme 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。如果航空器和營(yíng)運(yùn)人都合格，pbn 程序設(shè)計(jì)可以更好的確保飛行軌跡可靠、持續(xù)、可預(yù)測(cè)。設(shè)計(jì)程序時(shí)，不管是什么導(dǎo)航設(shè)施，都采用統(tǒng)一的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)設(shè)計(jì)航路點(diǎn)和路線，只需要根據(jù)超障和間隔標(biāo)準(zhǔn)的不同而進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。六、我國(guó) pbn 發(fā)展?fàn)顩r1998 年，我國(guó)民航在國(guó)際民航組織新航行系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃指導(dǎo)下，抓住西部地區(qū)開(kāi)辟歐亞新航路的戰(zhàn)略機(jī)遇，啟動(dòng)了第一條區(qū)域?qū)Ш胶铰?l888 航路 )建設(shè)，并于2001 年 1 月正式投入運(yùn)