基于性能导航_PBN_技术介绍_蔡清毅

BASIC-RNP1 RNP APCH RNP AR APCH
表 ４ Ｒ Ｎ Ｐ 导航性能精度分析
性能精度要求 GPS可提供的定位精度
4NM
0.1km
1NM
0.1km
0.3NM
0.1km
0.1NM
0.1km
结论 满足运行要求 满足运行要求 满足运行要求 满足运行要求
4. 环境 避开噪音敏感区域，比如 RNP （AR） APCH 能提供带有转弯 的复飞程序，避开噪音敏感地区。 5. 可进入性 改进机场或空域在恶劣天气下 的可进入性，或者高原复杂机场（如 林 芝） 的 可 进 入 性 。 比 如 RNP APCH 能实现更低的落地标准。如 延安。 6. 经济性 节约用于维护基于导航台的航 路和程序的费用。比如，移动或者 增加一个导航台，就要修改所有与 此导航台相关的航路和程序。 每当导航设施有新的技术进 展，就要发展新的运行方式，但 是，在 PBN 中，系统的性能要求 不再是是否安装了某种设备，而是 设备或设备的组合能否满足特定 PBN 运行的系统性能要求。所以， 每当导航设施有新的技术发展，只 需要看它是否满足现在 PBN 系统 性能要求即可，不需要为它设定特 定的运行方式。 四、PBN实施计划 目前，美国许多机场都提供基 于 GPS 的 RNAV 飞行程序，例如 华盛顿杜勒斯机场、亚特兰大哈兹 菲尔德-杰克逊机场，FAA 出台了
源容差、机载接收机容差、显示器 容差和飞行技术容差。以 RNAV1 为例，其标称值即为 1NM；
（2） 完整性要求，在适航条例 中，航空器导航设备故障被归类为 严重故障 （即，每小时 10-5）；
（3） 持续性，如果航空器操作 者可以转换到不同的导航系统，并 且继续飞行至某一合适的机场，失 去功能就被归类为较小故障；
以 RNAV1、 BASIC -RNP1 为 例，RNAV1、BASIC-RNP1 要求的 偏航容差及沿航迹容差均为 1NM 即 1852 米，GPS 的定位精度绝对 能够满足此项要求，即便是对性能 精度要求更加严格的 RNP APCH、 RNP AR APCH, GPS 也依然符合 要求，具体内容详见表 3、表 4。
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专业探索 专稿 ／Ｓ Ｐ Ｅ Ｃ ＩＡ Ｌ Ａ Ｒ ＴＩＣ ＬＥ
前 实 施 基 于 DME/DME 的 PBN 技 术存在的一个主要问题。
3． 基 于 DME/DME/IRU 的 PBN 导航应用有效区域
事实上，基于 DME/DME/IRU 的 PBN 导航应用有效区域与基于 DME/DME 的 PBN 导航应用有效区 域推算方法是一致的，区别在于配 备 IRU 的 航 空 器 一 旦 进 入 DME/ DME 导航应用非更新区时，可以 利 用 机 载 IRU 实 现 定 位 ， 此 时 ， 认为 IRU 位置误差增长率小于每 15 分钟两海里。不过，目前对于 允许使用机载 IRU 实现定位的导 航应用非更新区的具体范围，暂无 相应确定方案。
区域导航是一种导航方式，它 可以使航空器在导航信号覆盖范围 之内，或在机载导航设施的能力限 制之内，或二者的组合，沿任意期 望的航径飞行。
所需性能导航是在区域导航上 基础上衍生的，它还要求航空器必 须具备机载导航性能监测及告警功 能。
依据导航规范中所需性能精度 水平的差异，区域导航分为 RNAV10、 RNAV5、RNAV2、RNAV1，所需性能 导航分为 RNP4、Basic—RNP1、RNP APCH、RNP AR APCH，具体内容 详见表 1、表 2。
（4） 空间信号可达性，如果使 用全球卫星导航系统，在空间信号 导致侧向定位误差大于 20 海里的 可能性超过每小时 10-7。
2. 为达到所需性能，区域导 航系统需要具备的功能。
3. 融入区域导航系统，可以 用来达到所需性能的导航传感器。
4.飞行机组人员及为达到区域 导航系统所需性能的其他规定。
要求机载性能监测和告警的导 航规范被称之为所需性能导航 （RNP） 规范。不要求机载性能监 测和告警的规范被称之为去与区域 导航 （RNAV） 规范。用机载性能 监测和告警区别所需导航性能和区 域导航较为方便，简化了两种规范 对于航空器系统运行要求的少数差 异性和诸多共同性功能的表述。
专业探索 专稿 ／Ｓ Ｐ Ｅ Ｃ ＩＡ Ｌ Ａ Ｒ ＴＩＣ ＬＥ
基于性能导航(PBN)技术介绍
Introduction to Performance Based Navigation (PBN) technologies
华东空管局 蔡清毅
引言 随着经济的发展，我国民用航 空业已进入高速发展时期，空中交 通流量的持续增长，导致进离场航 空器冲突、空域拥挤、飞行延误情 况日益严重，这极大地增加了管制 员的工作负荷。 汲取美国、欧洲等民用航空发 达国家采用区域导航技术，成功实 现进离场航路、航线分离，飞行剖 面优化的经验，我国也在逐步推行 区域导航技术，并计划在北京、上 海、广州等 10 个机场的终端区实 施区域导航。 传统导航方式要求航空器飞越 或切入导航设备，区域导航则是可 以在导航信号覆盖范围之内，或在 机载导航设施的能力限制之内，或 二者的组合，沿任意期望的航径飞 行，这就使飞行程序设计不再受制 于导航台的位置，可以更加科学、 灵活地利用空域。 针对区域导航（RNAV）与所需 性能导航（RNP）, 各国、各地区制 定了各自的审定标准及批准流程， 这就使得航空器在执行跨国、跨地 区飞行时，需要重复审定其区域导 航或所需性能导航资格，这带来了 诸多不便。有鉴于此，ICAO 于 2006 年颁布了一套全球统一的运行规 范，即 PBN 手册，正式提出 PBN（基
需要雷达
表 ２ Ｒ Ｎ Ｐ 导航应用介绍
导航应 用方式 RNP4
Basic-RNP1
RNP APCH RNP AR APCH
可用导航 设施 GNSS
GNSS、DME/DME
GNSS GNSS、DME/DME
性能精度 要求
适用飞行 阶段
监视
4NM
洋区及边远地区 不需要雷达
1NM
进场、起始进近、中间 进近、复飞、离场
传统导航方式要求航空器飞越 或切入导航设备，PBN 则是可以在 导航信号覆盖范围之内，或在机载 导航设施的能力限制之内，或二者 的组合，沿任意期望的航径飞行， 这就使飞行程序设计不再受制于导 航台的位置，可以更加科学、灵活 地利用空域。
PBN 虽然使航空器可以沿任意 期望的航径飞行，但前提是在导航 信号覆盖范围之内，或在机载导航 设施的能力限制之内，或二者的组 合，所以，要设计基于 PBN 的飞 行程序，首先必须确定所实施导航 应用的信号覆盖范围。
不需要雷达
0.3NM
进近、复飞
不需要雷达
0.1NM
进近、复飞
不需要雷达
种模式，不同的导航应用方式可使 用的导航设施是不同的，具体内容 见表 1、表 2。
二、国内外研究现状 （一） 国外研究现状 针对基于 PBN 的飞行程序设 计，国外相关专家、学者进行了大量 的工作，取得了丰硕的研究成果，如 美国、欧洲均颁布了实施 PBN 的民 用航空器适航审定标准。然而，现阶 段，针对基于 PBN 的飞行程序设计 的关键，即导航应用有效区域的确 定，仍存在一些盲点。 PBN 虽然使航空器可以沿任意 期望的航径飞行，但前提是在导航 信号覆盖范围之内，或在机载导航 设备的能力限制之内，或二者的组 合，所以，要设计基于 PBN 的飞 行程序，首先必须确定所实施导航 应用的信号覆盖范围。 目前，国外针对导航应用有效 区域研究情况如下： 1． 基于 GNSS 的 PBN 导航应 用有效区域 目前国外设计的基于 PBN 的 飞行程序，使用的导航设施基本上
于性能的导航）这一概念。 基于 PBN 的飞行程序是飞行
程序的发展方向，是解决进离场航 空器冲突、空域拥挤、飞行延误， 减轻管制员工作负荷的有效途径。 ICAO、 欧 洲 航 行 安 全 组 织 均 制 定 了相应的 PBN 实施计划。我国的 相关研究起步较晚，但是，中国民 航局空中交通管理局也制定了我国 的 PBN 发展战略，明确指出我国 民航未来的飞行程序和航路飞行将 以 PBN 为方向，逐步取代现有的 传统飞行程序和 ATS 航路。
（二） 我国研究现状 我国基于 PBN 的飞行程序设 计相关研究工作起步较晚，目前， 主要是借鉴美国、欧洲等民用航空 发达国家、地区实施 PBN 的相关 技术和经验，如东航设计完成的丽 江机场 RNP AR APCH 进离场程 序即是使用 GPS 作为导航定位信 号来源，航空器的适航审定工作也 是依据美国联邦航空局的 SAAAR （要求授权的特殊航空器和机组实 施所需性能导航） 完成。 三、实施PBN的收益 1. 安全 提供侧向和纵向航迹引导，减少 近地过程中的危险近地飞行。比如用 RNP 进近代替传统的盘旋进近。 2. 容量 增加航路数目，减少空中交通 拥挤，满足空中交通的增长需要。 在城市间设计平行的 RNAV2 编组 航路 （如北京-上海）。 3. 效率 减少由于过多的阶梯上升或者 阶梯下降导致的延误。比如 RNAV-1 允 许 连 续 爬 升 到 航 路 高 度，而不是阶梯爬升。
导航应用类型 RNAV10 RNAV5 RNAV2 RNAV1
表 ３ Ｒ Ｎ Ａ Ｖ 导航性能精度分析
性能精度要求 10NM 5NM 2NM 1NM
GPS可提供的定位精度 0.1km 0.1km 0.1km 0.1km
结论 满足运行要求 满足运行要求 满足运行要求 满足运行要求
导航应用类型 RNP4
（二） 导航应用 导航应用是指按照空域概念，
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《空中交通管理》２０１１ 年 第 ４ 期
专稿 ／Ｓ Ｐ Ｅ Ｃ ＩＡ Ｌ Ａ Ｒ Ｔ ＩＣ ＬＥ
对导航规范和相关空中交通服务航 路 导 航 设 施 、 仪 表 进 近 程 序 和/或 指定空域的使用。
PBN 导 航 应 用 包 括 区 域 导 航 （RNAV）和所需性能导航 （RNP）， RNAV 导航应用由 RNAV 导航规范 来支持，RNP 导航应用由 RNP 导 航规范来支持。