导航系统-所需导航性能
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导航系统--区域导航
导航系统课程内容 传统导航
仪表导航 无线电导航
区域导航
简单区域导航（DME/DME、DME/VOR） 卫星导航 惯性导航
所需导航性能
RNP参数
2014年7月31日 导航系统 1
导航系统--区域导航
民航面临的挑战
空域受限，机场容量饱和 特殊机场众多
2014年7月31日 导航系统 20
导航系统--区域导航
RNP包容度
Байду номын сангаас
RNP容限完好性要求RNP空域中的系统导航位置误差总计超过特 定偏航容差限制而没有任何提醒的概率应该小于每飞行小时10-5。
2014年7月31日 导航系统 21
导航系统--区域导航
RNP定义
2014年7月31日
导航系统
22
导航系统--区域导航
B
Total system error projection
2014年7月31日
导航系统
34
导航系统--区域导航
RNP 应用—空域的划分
飞机满足要求的 RNP (RNP4 or 1)
飞机不满足要求的RNP (RNP12.6 or 20)
RNP4 RNP4
2014年7月31日
导航系统
35
导航系统--区域导航
2014年7月31日 导航系统 44
导航系统--区域导航
SBAS
系统组成
地面设施 – 监测处理站，接收导航卫星数据，计算完好性、修正数和 测距数据，构成系统空间信号（SIS） SBAS卫星 – 用于把地面设备生成的SIS播发到SBAS机载接收机上，使 飞机确定位置和时间信息
GNSS民航运行性能需求
2014年7月31日
导航系统
41
导航系统--区域导航
GNSS民航运行性能需求
2014年7月31日
导航系统
42
导航系统--区域导航
ABAS
ABAS可提供以下处理方法：
故障检测与排除（FDE）
– 使用冗余信息（如多个测距信号），对飞机的位置数据进行完好 性监测。 – 故障检测是检查出错误位置数据的存在 – 故障排除是通过检测确定出错误源并将其排除，从而能不终端地 提供导航服务
不同飞行阶段的RNP
2014年7月31日
导航系统
28
导航系统--区域导航
RNP精度
期望的航线：飞行机组人员和空中交通管制（ATC）期望飞机飞行的航线，给定一 个特殊的航段或航线。 航线操作误差（PSE）：定位的位置到定义的航线的距离。PSE包括飞行技术误差 （FTE）和显示误差。 航线定义误差（PDE）：定义的航线与期望的航线之间的垂直距离。 导航系统误差（NSE）：真实位置与定位位置之间的距离。 总系统误差（TSE）：真实位置与期望位置之间的距离。这个误差等于飞行技术误 差（FTE），航线定义误差（PDE）和导航系统误差（NSE）三者的矢量和。
行业发展协调性不够
地区发展不平衡
2014年7月31日
导航系统
2
导航系统--区域导航
民航面临的挑战 空域受限，机场容量饱和 特殊机场众多 行业发展协调性不够
地区发展不平衡
导航系统--区域导航
安全需求
2014年7月31日
导航系统
4
导航系统--区域导航
航班增长
2014年7月31日
导航系统
5
导航系统--区域导航
11 12
GPS 有效性
2014年7月31日
导航系统
39
导航系统--区域导航
GNSS
全球导航卫星系统—GNSS（Global Navigation Satellite System）是一种全球性的定位和授时系统，它包括一 个或多个导航卫星星座，机载接收机和完好性监测系 统。在必要时还可采取增强措施以支持预计飞行阶段 的所需导航性能。 GNSS将为飞机提供位置和时间数据，其构成包括：
航班延误
2014年7月31日
导航系统
6
导航系统--区域导航
环境污染
2014年7月31日
导航系统
7
导航系统--区域导航
RNP是FANS的主要组成部分
2014年7月31日
导航系统
8
导航系统--区域导航
RNP介绍
2014年7月31日
导航系统
9
导航系统--区域导航
RNP概念
利用不同导航性能要求去定义不同等级的RNP类型， 制定空域规划时划分空域和／或航路的类型。导航性 能包括各性能参数，即精度、可靠性、完善性、可用 性、覆盖范围、定位速率、定位维数、容量、模糊度、 恢复导航时间等。 对应于某个等级的空域和／或航路类型的各性能参数 都有要求，择其主要的具有代表性的参数“精度”去 划分类型，它由导航传感器误差、机载接收机误差、 显示误差和飞行技术误差(FTE)组合，这种组合也称为 “导航性能精度” 在某一个空域或一条航路上，要求其每架飞机的导航 系统使用精度在总飞行小时的至少95％时间内出现飞 机偏离希望航迹的距离不得超过某一数值。
– FAA已将 具有RAIM功能的接收机列入适航批准条件之一
– 飞机自主完好性监测（AAIM）
– 应用其他机载传感器（如：惯性导航系统、气压高度表等）的信号 使用其他传感器，如惯性导航系统，气压高度表或外部时钟信号，监测位置 解算的连续性 使用其他传感器，如惯性导航系统，气压高度表或外部时钟信号，监测位置 解算的可用性 通过估算事先确定出测距中残留的误差，提高定位精度
14
导航系统--区域导航
完好性
完好性是指系统在满足规定可靠性前提下，一旦发生故障而在规定 的时间内及时提供告警的能力。
完好性是涉及到飞行安全最重要的指标。
告警时间 完好性冒险（风险） 对完好性描述的指标主要有 保护水平（级别） 告警门限
2014年7月31日
导航系统
15
导航系统--区域导航
完好性
告警时间：从发生故障到给出故障告警的最长允许时间 完好性冒险（风险）：发生了故障但没有在规定的告警时间内给 出告警的概率 保护水平（级别）：以规定的置信度（概率）包围实际误差的一 个值 告警门限：对于规定的参数测量，测量值不能超过规定值，否则 将产生告警，该规定值即为告警门限
导航系统
36
导航系统--区域导航
RNP 应用
VOR-DME 正常工作
VOR-DME 故 障
飞机利用VOR-DME 信号可以满足 RNP (RNP4 or 1) 的要求，因此可以飞越 该空域
如果地面台发生问题，飞机 不能满足RNP4的要求，因 此，飞机不能飞该RNP区域
地面台发生问题时，飞机飞过RNP区域的情况
31
导航系统--区域导航
RNP缩小航路间隔
2014年7月31日
导航系统
32
导航系统--区域导航
GNSS的ICAO空间信号性能要求
2014年7月31日
导航系统
33
导航系统--区域导航
航路中 RNP
A Route width: 2XNM
从A到B 飞机处于 容限范围之外的 时间少于 5% Confinement area radius: XNM 从A到B，飞机在至 少 95% 的时间内处 于容限范围之内
提供标准定位服务（SPS）的全球定位系统（GPS），由美国 研制； 提供标准精度通道（CAS）导航信号的全球轨道导航卫星系统 （GLONASS），由俄罗斯研制； 机载增强系统（ABAS） 陆基增强系统（GBAS） 星基增强系统（SBAS）
2014年7月31日 导航系统 40
导航系统--区域导航
2 2 2
2014年7月31日
导航系统
30
导航系统--区域导航
飞行技术误差
飞行指引模式 (NM) 0.5 0.5 0.5 0.25
飞行区间 洋区 巡航 终端 进近
人工模式（NM） 2.0 1.0 1.0 0.50
自动驾驶(NM) 0.25 0.25 0.25 0.125
2014年7月31日
导航系统
2014年7月31日
导航系统
12
导航系统--区域导航
导航系统的四个指标
精度---系统误差指总系统误差(TSE)。它是导航系统误差和飞行技术 误差的综合，前者包含机载设备误差及地面设备误差：FTE包含人工 驾驶时的飞行员判读和操纵误差或自动飞行控制系统的全回路误差 完善性---它与总系统所提供信息正确性或置信度有关。完善性指系统 在工作过程中不能工作时向用户提供及时警告的能力。 连续性---在需要的工作期间系统完成仟务而不间断的能力。全系统的 连续性包括地面设备(外部设备)、空中信号和机载设备总体上的不中 断连续合格服务，任何的短时间断将使飞机暴露在事故中。 可用性---系统在希望的工作过程中所具有完成任务的能力。
2014年7月31日
导航系统
17
导航系统--区域导航
有效性
有效性是指在某特定的飞行阶段，导航系统在任何时 刻满足精度和完好性要求的概率。
2014年7月31日
导航系统
18
导航系统--区域导航
RNP系统基本功能
RNP系统功能：RNAV系统功能+机载性能监视 和警报，包括：
能可靠地、可重复地并能预测性跟踪预期飞行轨迹， 包括转弯航路 垂直制导包含垂直剖面，使用垂直角或特定的高度 限制来定义预期的垂直路径
2014年7月31日 导航系统 29
导航系统--区域导航
误差来源
导航台或GPS卫星星座引起的位置误差 机载导航传感器引起的位置误差 导航系统（FMC）引起的位置误差 航路定义误差（导航数据库中编码的航路与发布的航 路之间的偏差） 飞行技术误差
RNP TSE
FTE PDE PEE
2014年7月31日 导航系统 10
导航系统--区域导航
RNP优点
2014年7月31日
导航系统
11
导航系统--区域导航
RNP概念
RNP：在一个定义的空域中运行所需要的导航性能精 度的一种表述。 导航性能精度：基于导航传感器误差、机载接收机误 差、显示误差和飞行技术误差组合的总导航精度，也 称为系统使用精度。 RNP-X：在占总飞行时间的至少95％的飞行时间内， 发现飞机偏离预期位置的最大距离。 机载告警系统---在要求的时间内给出报警。 RNP的四个指标：精度、完好性、连续性、有效性
2014年7月31日
导航系统
16
导航系统--区域导航
连续性
连续性是指在某特定的飞行阶段，导航系统提供连续而不发生中 断的有效服务的概率。
连续性表明了系统可连续提供导航服务的性能。 连续性与在整个特定的飞行阶段，导航系统提供规定精度、完好 性的导航输出的能力有关。 在飞机的进近着陆阶段，连续性是一个特别重要的指标。
根据系统安装、结构和配置的不同，提供不同 形式的性能监视和告警能力
显示并指示所需导航性能和实际导航性能 监视系统性能并在当RNP不满足时报警 侧向航迹偏离显示，同时有导航完好性监视和警告
2014年7月31日 导航系统 19
导航系统--区域导航
导航系统运行状态
C 代表容限，其值是RNP 的两倍。TSE 代表侧向总系统误差。
2014年7月31日 导航系统 37
导航系统--区域导航
RNP机载显示
2014年7月31日
导航系统
38
导航系统--区域导航
GPS (及GLONASS) 局限性
% 24 H时间百分比
23.55
39.13
27.31
6.77 2.80 <<0.010.04 0.41 <<0.01
4
5
6
可见卫星数
7
8
9 10
2014年7月31日
导航系统
23
导航系统--区域导航
RNP定义
导航系统--区域导航
位置估计误差（95%）
2014年7月31日
导航系统
25
导航系统--区域导航
容限（99.999%）
2014年7月31日
导航系统
26
导航系统--区域导航
RNP 定义
2014年7月31日
导航系统
27
导航系统--区域导航
2014年7月31日
导航系统
13
导航系统--区域导航
精度
导航系统的精度是指在规定的使用条件下，在规定的时间内系统 为运载体所提供的导航参数的误差不超过给定值的能力。 完整的精度的含义应该包括两个不可分割的内容： 给定的误差范围 误差落在该范围的能力（概率）
2014年7月31日
导航系统
RNP 应用
RNP4
如果飞机没有装INS, OMEGA, LORAN-C， 则飞 机不能飞该空域，尽管 该RNP值比RNP4的要 求更宽松
RNP12.6
飞机使用VOR-DME来满足 RNP (RNP4 or 1)
因此飞机可以在此 RNP4空域飞行
根据所配备的不同机载设备，飞过不同RNP区域的要求
2014年7月31日
2014年7月31日
导航系统
43
导航系统--区域导航
ABAS
2种完好性监测：
– 接收机自主完好性监测（RAIM）
– 利用可见卫星的余度对跟踪的卫星组合解算，进行相对比较，检测 或识别出哪颗卫星有故障，并在计算中自动删除故障卫星数据。 – 采用5颗卫星可检测出卫星出现故障 – 采用6颗以上卫星可将故障卫星隔离
导航系统课程内容 传统导航
仪表导航 无线电导航
区域导航
简单区域导航（DME/DME、DME/VOR） 卫星导航 惯性导航
所需导航性能
RNP参数
2014年7月31日 导航系统 1
导航系统--区域导航
民航面临的挑战
空域受限，机场容量饱和 特殊机场众多
2014年7月31日 导航系统 20
导航系统--区域导航
RNP包容度
Байду номын сангаас
RNP容限完好性要求RNP空域中的系统导航位置误差总计超过特 定偏航容差限制而没有任何提醒的概率应该小于每飞行小时10-5。
2014年7月31日 导航系统 21
导航系统--区域导航
RNP定义
2014年7月31日
导航系统
22
导航系统--区域导航
B
Total system error projection
2014年7月31日
导航系统
34
导航系统--区域导航
RNP 应用—空域的划分
飞机满足要求的 RNP (RNP4 or 1)
飞机不满足要求的RNP (RNP12.6 or 20)
RNP4 RNP4
2014年7月31日
导航系统
35
导航系统--区域导航
2014年7月31日 导航系统 44
导航系统--区域导航
SBAS
系统组成
地面设施 – 监测处理站，接收导航卫星数据，计算完好性、修正数和 测距数据，构成系统空间信号（SIS） SBAS卫星 – 用于把地面设备生成的SIS播发到SBAS机载接收机上，使 飞机确定位置和时间信息
GNSS民航运行性能需求
2014年7月31日
导航系统
41
导航系统--区域导航
GNSS民航运行性能需求
2014年7月31日
导航系统
42
导航系统--区域导航
ABAS
ABAS可提供以下处理方法：
故障检测与排除（FDE）
– 使用冗余信息（如多个测距信号），对飞机的位置数据进行完好 性监测。 – 故障检测是检查出错误位置数据的存在 – 故障排除是通过检测确定出错误源并将其排除，从而能不终端地 提供导航服务
不同飞行阶段的RNP
2014年7月31日
导航系统
28
导航系统--区域导航
RNP精度
期望的航线：飞行机组人员和空中交通管制（ATC）期望飞机飞行的航线，给定一 个特殊的航段或航线。 航线操作误差（PSE）：定位的位置到定义的航线的距离。PSE包括飞行技术误差 （FTE）和显示误差。 航线定义误差（PDE）：定义的航线与期望的航线之间的垂直距离。 导航系统误差（NSE）：真实位置与定位位置之间的距离。 总系统误差（TSE）：真实位置与期望位置之间的距离。这个误差等于飞行技术误 差（FTE），航线定义误差（PDE）和导航系统误差（NSE）三者的矢量和。
行业发展协调性不够
地区发展不平衡
2014年7月31日
导航系统
2
导航系统--区域导航
民航面临的挑战 空域受限，机场容量饱和 特殊机场众多 行业发展协调性不够
地区发展不平衡
导航系统--区域导航
安全需求
2014年7月31日
导航系统
4
导航系统--区域导航
航班增长
2014年7月31日
导航系统
5
导航系统--区域导航
11 12
GPS 有效性
2014年7月31日
导航系统
39
导航系统--区域导航
GNSS
全球导航卫星系统—GNSS（Global Navigation Satellite System）是一种全球性的定位和授时系统，它包括一 个或多个导航卫星星座，机载接收机和完好性监测系 统。在必要时还可采取增强措施以支持预计飞行阶段 的所需导航性能。 GNSS将为飞机提供位置和时间数据，其构成包括：
航班延误
2014年7月31日
导航系统
6
导航系统--区域导航
环境污染
2014年7月31日
导航系统
7
导航系统--区域导航
RNP是FANS的主要组成部分
2014年7月31日
导航系统
8
导航系统--区域导航
RNP介绍
2014年7月31日
导航系统
9
导航系统--区域导航
RNP概念
利用不同导航性能要求去定义不同等级的RNP类型， 制定空域规划时划分空域和／或航路的类型。导航性 能包括各性能参数，即精度、可靠性、完善性、可用 性、覆盖范围、定位速率、定位维数、容量、模糊度、 恢复导航时间等。 对应于某个等级的空域和／或航路类型的各性能参数 都有要求，择其主要的具有代表性的参数“精度”去 划分类型，它由导航传感器误差、机载接收机误差、 显示误差和飞行技术误差(FTE)组合，这种组合也称为 “导航性能精度” 在某一个空域或一条航路上，要求其每架飞机的导航 系统使用精度在总飞行小时的至少95％时间内出现飞 机偏离希望航迹的距离不得超过某一数值。
– FAA已将 具有RAIM功能的接收机列入适航批准条件之一
– 飞机自主完好性监测（AAIM）
– 应用其他机载传感器（如：惯性导航系统、气压高度表等）的信号 使用其他传感器，如惯性导航系统，气压高度表或外部时钟信号，监测位置 解算的连续性 使用其他传感器，如惯性导航系统，气压高度表或外部时钟信号，监测位置 解算的可用性 通过估算事先确定出测距中残留的误差，提高定位精度
14
导航系统--区域导航
完好性
完好性是指系统在满足规定可靠性前提下，一旦发生故障而在规定 的时间内及时提供告警的能力。
完好性是涉及到飞行安全最重要的指标。
告警时间 完好性冒险（风险） 对完好性描述的指标主要有 保护水平（级别） 告警门限
2014年7月31日
导航系统
15
导航系统--区域导航
完好性
告警时间：从发生故障到给出故障告警的最长允许时间 完好性冒险（风险）：发生了故障但没有在规定的告警时间内给 出告警的概率 保护水平（级别）：以规定的置信度（概率）包围实际误差的一 个值 告警门限：对于规定的参数测量，测量值不能超过规定值，否则 将产生告警，该规定值即为告警门限
导航系统
36
导航系统--区域导航
RNP 应用
VOR-DME 正常工作
VOR-DME 故 障
飞机利用VOR-DME 信号可以满足 RNP (RNP4 or 1) 的要求，因此可以飞越 该空域
如果地面台发生问题，飞机 不能满足RNP4的要求，因 此，飞机不能飞该RNP区域
地面台发生问题时，飞机飞过RNP区域的情况
31
导航系统--区域导航
RNP缩小航路间隔
2014年7月31日
导航系统
32
导航系统--区域导航
GNSS的ICAO空间信号性能要求
2014年7月31日
导航系统
33
导航系统--区域导航
航路中 RNP
A Route width: 2XNM
从A到B 飞机处于 容限范围之外的 时间少于 5% Confinement area radius: XNM 从A到B，飞机在至 少 95% 的时间内处 于容限范围之内
提供标准定位服务（SPS）的全球定位系统（GPS），由美国 研制； 提供标准精度通道（CAS）导航信号的全球轨道导航卫星系统 （GLONASS），由俄罗斯研制； 机载增强系统（ABAS） 陆基增强系统（GBAS） 星基增强系统（SBAS）
2014年7月31日 导航系统 40
导航系统--区域导航
2 2 2
2014年7月31日
导航系统
30
导航系统--区域导航
飞行技术误差
飞行指引模式 (NM) 0.5 0.5 0.5 0.25
飞行区间 洋区 巡航 终端 进近
人工模式（NM） 2.0 1.0 1.0 0.50
自动驾驶(NM) 0.25 0.25 0.25 0.125
2014年7月31日
导航系统
2014年7月31日
导航系统
12
导航系统--区域导航
导航系统的四个指标
精度---系统误差指总系统误差(TSE)。它是导航系统误差和飞行技术 误差的综合，前者包含机载设备误差及地面设备误差：FTE包含人工 驾驶时的飞行员判读和操纵误差或自动飞行控制系统的全回路误差 完善性---它与总系统所提供信息正确性或置信度有关。完善性指系统 在工作过程中不能工作时向用户提供及时警告的能力。 连续性---在需要的工作期间系统完成仟务而不间断的能力。全系统的 连续性包括地面设备(外部设备)、空中信号和机载设备总体上的不中 断连续合格服务，任何的短时间断将使飞机暴露在事故中。 可用性---系统在希望的工作过程中所具有完成任务的能力。
2014年7月31日
导航系统
17
导航系统--区域导航
有效性
有效性是指在某特定的飞行阶段，导航系统在任何时 刻满足精度和完好性要求的概率。
2014年7月31日
导航系统
18
导航系统--区域导航
RNP系统基本功能
RNP系统功能：RNAV系统功能+机载性能监视 和警报，包括：
能可靠地、可重复地并能预测性跟踪预期飞行轨迹， 包括转弯航路 垂直制导包含垂直剖面，使用垂直角或特定的高度 限制来定义预期的垂直路径
2014年7月31日 导航系统 29
导航系统--区域导航
误差来源
导航台或GPS卫星星座引起的位置误差 机载导航传感器引起的位置误差 导航系统（FMC）引起的位置误差 航路定义误差（导航数据库中编码的航路与发布的航 路之间的偏差） 飞行技术误差
RNP TSE
FTE PDE PEE
2014年7月31日 导航系统 10
导航系统--区域导航
RNP优点
2014年7月31日
导航系统
11
导航系统--区域导航
RNP概念
RNP：在一个定义的空域中运行所需要的导航性能精 度的一种表述。 导航性能精度：基于导航传感器误差、机载接收机误 差、显示误差和飞行技术误差组合的总导航精度，也 称为系统使用精度。 RNP-X：在占总飞行时间的至少95％的飞行时间内， 发现飞机偏离预期位置的最大距离。 机载告警系统---在要求的时间内给出报警。 RNP的四个指标：精度、完好性、连续性、有效性
2014年7月31日
导航系统
16
导航系统--区域导航
连续性
连续性是指在某特定的飞行阶段，导航系统提供连续而不发生中 断的有效服务的概率。
连续性表明了系统可连续提供导航服务的性能。 连续性与在整个特定的飞行阶段，导航系统提供规定精度、完好 性的导航输出的能力有关。 在飞机的进近着陆阶段，连续性是一个特别重要的指标。
根据系统安装、结构和配置的不同，提供不同 形式的性能监视和告警能力
显示并指示所需导航性能和实际导航性能 监视系统性能并在当RNP不满足时报警 侧向航迹偏离显示，同时有导航完好性监视和警告
2014年7月31日 导航系统 19
导航系统--区域导航
导航系统运行状态
C 代表容限，其值是RNP 的两倍。TSE 代表侧向总系统误差。
2014年7月31日 导航系统 37
导航系统--区域导航
RNP机载显示
2014年7月31日
导航系统
38
导航系统--区域导航
GPS (及GLONASS) 局限性
% 24 H时间百分比
23.55
39.13
27.31
6.77 2.80 <<0.010.04 0.41 <<0.01
4
5
6
可见卫星数
7
8
9 10
2014年7月31日
导航系统
23
导航系统--区域导航
RNP定义
导航系统--区域导航
位置估计误差（95%）
2014年7月31日
导航系统
25
导航系统--区域导航
容限（99.999%）
2014年7月31日
导航系统
26
导航系统--区域导航
RNP 定义
2014年7月31日
导航系统
27
导航系统--区域导航
2014年7月31日
导航系统
13
导航系统--区域导航
精度
导航系统的精度是指在规定的使用条件下，在规定的时间内系统 为运载体所提供的导航参数的误差不超过给定值的能力。 完整的精度的含义应该包括两个不可分割的内容： 给定的误差范围 误差落在该范围的能力（概率）
2014年7月31日
导航系统
RNP 应用
RNP4
如果飞机没有装INS, OMEGA, LORAN-C， 则飞 机不能飞该空域，尽管 该RNP值比RNP4的要 求更宽松
RNP12.6
飞机使用VOR-DME来满足 RNP (RNP4 or 1)
因此飞机可以在此 RNP4空域飞行
根据所配备的不同机载设备，飞过不同RNP区域的要求
2014年7月31日
2014年7月31日
导航系统
43
导航系统--区域导航
ABAS
2种完好性监测：
– 接收机自主完好性监测（RAIM）
– 利用可见卫星的余度对跟踪的卫星组合解算，进行相对比较，检测 或识别出哪颗卫星有故障，并在计算中自动删除故障卫星数据。 – 采用5颗卫星可检测出卫星出现故障 – 采用6颗以上卫星可将故障卫星隔离