民用航空基于性能的导航

民用航空基于性能的导航摘要基于性能的导航（PBN）的实施成为优化空域结构、扩大空域容量的一个主要途径，本文从阐述PBN中最关键的要素是RNAV和RNP入手，对PBN给航空飞行带来的好处进行分析。关键词PBN；RNAV；RNP国际民航组织在整合各国和地区RNAV和RNP运行实践的基础上，提出了PBN的概念和标准，即基于性能的导航，PBN的实施成为优化空域结构、扩大空域容量的一个主要途径。PBN涵盖了RNAV和RNP的所有技术标准，PBN中最关键的要素也正是RNAV和RNP。1区域导航（RNAV）RNAV是一种导航方法，允许飞机在相关导航设施的信号覆盖范围内，或在机载自主导航设备能力限度内，或在两者配合下沿任意期望的航径飞行。RNAV要求在95%的飞行时间内必须满足规定的精度。区域导航不同于传统导航之处在于，它可以确定出飞机的绝对位置（地理坐标），不需要飞机向/背导航台飞行或飞越导航台，因而航线可以由不设导航台的航路点之间的线段连接而成，即允许在航路上定义航路点组成航线，实施逐点飞行。发展区域导航是为了提供更多的侧向自由度，从而有更多的能完全使用的可用空域。该导航方式允许航空器不飞经某些导航设施，它有以下几种基本应用：1）在任何给定的起降点之间自主选择航线，以减少飞行距离、提高空间利用率。2）航空器可在终端区范围内的各种期望的起降航径上飞行，以加速空中交通流量。RNAV设备是通过下列一种或几种的组合来进行区域导航的：VOR/DME，DME/DME，LORAN，GPS或GNSS，甚低频波束导航系统，INS或IRS。RNAV能快速修改航线结构，且容易满足用户不断变化的要求。使用RNAV能缩短、简化航线，且如需要的话，能选出对环境影响最小的航线。2所需导航性能（RNP）RNP概念是1991、1992年间由FANS委员会向ICAO提出，1994年ICAO在正式颁布RNP手册（Doc9613-AN/937）中定义RNP为：飞机在一个确定的航路、空域或区域内运行时，所需的导航性能精度。RNP是在新通信、导航和监视技术开发应用条件下产生的新概念。在实际应用中，RNP概念，既对空域提出要求，也对机载设备提出要求。对空域特性要求而言，当飞机相应的导航性能精度与其符合时，便可在该空域运行。要求飞机在95％的飞行时间内，机载导航系统应使飞机保持在限定的空域内飞行，表示为RNPXX，就是95%总飞行时间不得偏移航道中线两边XX海里。在RNP运行条件下，大多数航空器需携带RNAV机载设备，这在各国或地区有相关要求。为满足RNP运行批准要求，RNAV设备必须有相对应的性能和功能。RNAV运行不需要飞机飞越地面导航设施，允许在一定精度范围内按预设航线飞行。RNAV设备根据一个或多个不同导航源自动定位。典型的机载系统可以沿航迹计算距离，计算到选择的航路点的预计时间，并提供持续的航行指引。RNAV设备还可以提供大范围内相关导航数据。导航性能精度是确定RNP类型的界标。RNP可用于从起飞到着陆的各个飞行阶段，但需要不同的RNP类型。1）小于RNP1类型，可提供精密仪表进近和需考虑超障的离场。2）RNP1类型，RNP1系指以计划航迹为中心，侧向（水平）宽度为±1海里的航路。3）RNP4被设计用于一定距离的导航台之间航路和空域，通常在大陆空域。4）RNP5目前在欧洲空域，是要求绝大多数航空运输运行的标准，也被称为BRNAV（基本区域导航），RNP5是过渡性标准，起源于RNP4，该标准允许实施RNP程序来使用目前的导航设备而无需改变航路结构。5）RNP10应用于远洋和偏远缺少导航台的区域。3RNP/RNAV的应用效益分析3.1RNAV/RNP能大幅度提高飞行效率RNP/RNAV允许飞机在相关导航设施的信号覆盖范围内，或在机载自主导航设备能力限度内，或在两者配合下沿所需的航路飞行，导航设备可依靠机载计算组件作用，以其实时、高精度等特性使飞机在飞行过程中能够连续准确地定位，在导航台的有效覆盖范围内设计一条比较短捷的航路，在空域允许情况下，依靠星基系统的功能，或与FMC配合，飞机容易实现任意两点间的直线飞行，或最大限度地选择一条便捷航路，实现了真正意义上的自由飞行，以加速空中交通流量。3.2RNP/RNAV增加空域容量随着RNP/RNAV的应用，相对于仪表着陆系统（ILS）飞行缩短了航路宽度，进一步减小了航路间隔，可以在给定空域内增加更多的容量。在RNP/RNAV飞行程序引导下，飞机可以在任意两个航路点之间飞行，飞机航路的选择更加灵活，可充分利用空域，增加空域容量。利用全球导航设备可以在海洋及山地、边远地区实施区域导航飞行，在这些地区可以建立更多的航线并随时增加新航线。空域划设更加灵活，可提高空域资源利用率，增大空域总容量，提高空中交通流量。3.3RNP/RNAV增强飞行安全1）RNP/RNAV具有精确导航能力。安全是民航工作永恒的主题，是其他所有民航工作的基础和前提条件。与传统方式相比，RNP/RNAV技术系统可以使飞机不必依赖地面导航设施就能沿着精确定义的航迹飞行，完成复杂的进港和离港飞行，而且RNP巡航过程能够保持飞行高度和飞行速度几乎保持不变，甚至改变何以忽略，飞行状态始终保持以飞行中线为基准进行飞行，即使在恶劣的天气条件下，也能安全、精确地进近着陆，减少了可控飞机撞地和飞机失去控制的风险。2）RNP/RNAV具备告警能力。RNP的机载系统具备监视机载导航系统性能的能力，一旦它检测到运行中的航空器所获得的导航性能没有达到要求，它就会立即告知机组，引起飞行员的警觉，这个功能增强了飞行员的情景意识，使飞行员可以更好更安全地进出具有挑战性地形的机场。3.4RNP/RNAV能够达到节能减排1）由于所需导航性能区域导航技术（RNP/RNAV）不依赖地面设施，将极大地节省投资。2）减少燃料消耗，RNP/RNAV降低耗油也意味着减少了废气排放量，连续的直线短路径下降航路，据统计每架飞行器每年可减少几千吨的燃油排放量。参考文献[1]91-FS-2010-01R.民航总局.[2]在航路和终端区实施RNAV1和RNAV2的运行指南.民航总局.[3]大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则.