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RNP进近应用研究
摘要 针对传统进近程序存在精度不高、受导航台束缚等问题,本文主要研究pbn运行下的rnp进近方法。本文分析了中国民航主推的rnp进近程序——基于apv baro-vnav的进近,预测了rnp进近发展趋势。
关键词 pbn; rnp进近; abas; baro-vnav; apv 中图分类号 v324文献标识码 a 文章编号 1674-6708(2010)17-0099-02 0 引言
当前,大多数机场的进近程序都是在传统导航方法下运行的,包括只提供水平引导的vor/dme、ndb/dme等非精密进近,以及提供水平和垂直引导的ils精密进近。传统导航方法受导航台的束缚和限制,定位方法主要是θ-θ和ρ-θ定位,其定位误差较大,这越来越不适应当前高速发展的民航事业。日益拥堵的北京-上海-广州三角黄金航线难以满足快速增长的运量需求。复杂地形环境和恶劣气象条件的西部地区,传统的导航设施建设难度大、成本高、维护不便,为了解决以上问题,提出了pbn(performance-based navigation,基于性能的导航)运行。 1 rnp进近概念
pbn是指在相应的导航基础设施条件下,航空器在指定的空域内或者沿航路、仪表飞行程序飞行时,对系统精度、完好性、可用性、连续性以及功能等方面的性能要求[1]。pbn体现了航行方式从基于
传感器导航到基于性能导航的转变。pbn运行的导航设施主要是提供全球覆盖、全天候、连续不间断、高精度导航的gnss(全球导航卫星系统)。pbn中最重要的两个性能是精度和完好性。精度表示导航系统测量的航空器位置与航空器实际位置之间的误差,在95%的概率下,测量位置落在实际位置的的这一误差范围内。完好性表示导航卫星发生故障失去导航功能或误差超出阀值无法提供精确的导航服务时,系统向用户及时发出告警的能力[2],完好性是对整个系统所提供信息正确性的置信度测量。
最后进近阶段的pbn运行程序就是rnp(required navigation performance,所需导航性能)进近。rnp进近主要分为rnp apch和rnp ar apch两类。rnp apch是基本rnp进近,精度可达0.3nm。rnp ar apch在美国也称为rnp saaar apch,该程序只能用于rnp apch程序不能满足的一些特殊需求的情况,需要特殊授权,包括航空器需满足特定要求、机组需进行专门训练等,精度可达0.3~0.1nm。 为了改善gnss接收机定位精度问题,可利用gnss增强系统作为rnp进近的主用导航设备,以提高精度、完好性、可用性、连续性等导航性能,满足rnp进近要求。gnss增强系统包括abas(机载增强系统)、gbas(地基增强系统)和sbas(星基增强系统)及混合系统。进近可按其提供的垂直引导情况分为3类进近,即非精密进近(pa)、精密进近(npa)和带垂直引导的进近(apv),如图1所示。在rnp运行下,npa的主用导航设备是abas;pa的导航设备是gbas;apv分为两种,一种是apv baro-vnav(气压式高度表垂直引导),其导航设备
是abas和baro-vnav,而另一种是apv sbas,其导航设备是sbas。 2 基于abas和baro-vnav的apv进近应用
我国主推的rnp进近程序是apv baro-vnav,利用具备自主完好性监控能力的机载abas接收机和baro-vnav共同提供水平和垂直引导,实施apv进近。abas的自主完好性监控主要分为raim(接收机自主完好性监控)、aaim(航空器自主完好性监控)两类。其中,raim只接收来自gnss的sis(空间信号),包括fd(故障检测)及fde(故障检测排除)算法两种,需要至少5颗可见卫星,能检测出故障卫星;而fde算法是对raim算法的一个扩展,需要至少6颗可见卫星,才能将故障卫星排除[3-4]。aaim可将gnss的空间信号和来自其它传感器的附加信息进行综合处理实施完好性监控。这些算法计算出的保护级别hpl和vpl一旦超出了告警限制hal和val,就会发生完好性告警。abas能实现检错甚至纠错的完好性监控能力,确保使用健康的卫星进行准确定位,提高了置信度和水平导航精度。abas再加上baro-vnav,可有效地实施apv,但在实施过程中必须对气压式高度表进行气温补偿以消除气温误差,提高垂直定位精度,另外应注意baro-vnav的最低温度要求,不能使用远距气压式高度表的气压设置值。
航空器执行标识为“rnav(gnss)”的仪表进近图的基于abas和baro-vnav的apv,在过fap后沿下滑道下降时,可实现3d的水平引导加气压式高度表的垂直引导,当下滑至着陆最低标准
“lnav/vnav”标注的da/h高度时,判断着陆还是复飞,这和ils系
统是类似的。
3 rnp进近发展现状及预测
目前,中国民航已经在拉萨、林芝、九寨、丽江、黄山、玉树、康定、延吉、张家界、武夷山等多个机场进行试飞甚至运行了rnp ar apch程序,并于2009年年底在绵阳成功进行了apv baro-vnav的rnp apch试飞。2009年中国民航发布了《中国民航基于性能的导航实施路线图》,该路线图明确了中国民航的pbn实施时间表[5],共分为3个阶段,其中进近航段的发展情况如图2所示。从实施时间表来看,我国pbn运行主推的rnp apch是apv baro-vnav,2012年推广至30%的机场仪表跑道,到2016年全部机场的仪表跑道应具备这一能力。在有运行需求的机场,如高原机场,实施rnp ar apch程序。apv baro-vnav将逐步取代npa进近,成为进近的主要方法之一。ils精密进近与apv baro-vnav的混合运行将在一段时间内长期存在,并实现功能互补,直到pbn运行为主的远期目标实现为止。在2013年以后,将引入并逐步推广gls,实现gnss的精密进近。 4 结论
pbn将传统的传感器运行方式转变为导航性能运行方式,这一变化有利于摆脱导航台的束缚,提高精度、完好性等性能参数,确保运行的安全性,提高空域的利用率和增加效益。本文主要分析了基于abas的apv baro-vnav的导航原理、导航性能及导航方法,它将成为pbn运行下的主要进近方法,近期中国民航将在攀枝花和阿里进行rnp ar apch的试飞,在三亚进行rnp apch的试飞,rnp进近的运
行工作将全面展开。 参考文献
[1]icao.pbn manual[s].fifth edition,2006:1-7. [2]张军.现代空中交通管理[m].北京:北京航空航天大学出版社,2005:131-155.
[3]李跃.导航与定位[m].北京:国防工业出版社,2008:158-165. [4]elliott d.kaplan, christopher j.hegarty.understand gps principles and applications[m].second edition.电子工业出版社,2008:500-501.
[5]中国民用航空局.中国民航基于性能的导航实施路线图[s].v1.0.北京:中国民用航空局,2009:1-18.