1、导航原理与系统导航原理与系统Navigation Principles and Systems第第8章章 区域导航区域导航8.1 8.1 概述概述8.2 8.2 区域导航的基本导航计算区域导航的基本导航计算Navigation Principles and Systems8.3 8.3 基于基于VOR和和DME的区域导航的区域导航8.4 8.4 PBN基础基础中国民航大学 CAUC8.1 8.1 概概 述述 台基导航系统：陆基导航系统台基导航系统：陆基导航系统 GNSS 自主导航系统：自主导航系统：INSICAO附件附件11空中交通服务空中交通服务定义定义区域导航（区域导航（RNAV）是一种导
2、航方法，允许飞机在台基）是一种导航方法，允许飞机在台基导航系统的基准台覆盖范围内，或在自主导航系统能力导航系统的基准台覆盖范围内，或在自主导航系统能力限度内，或两者配合下按任意希望的飞行路径飞行。限度内，或两者配合下按任意希望的飞行路径飞行。 区域导航（区域导航（Area Navigation)又称随机导航又称随机导航(Random Navigation)中国民航大学 CAUC8.1 8.1 概概 述述 传统导航：算出飞机相对导航台的位置传统导航：算出飞机相对导航台的位置 区域导航：算出飞机绝对位置区域导航：算出飞机绝对位置导航台导航台航路点航路点逐点飞行、跳点飞行，出发点和目的地之间的直飞逐
3、点飞行、跳点飞行，出发点和目的地之间的直飞航线安排易于建立临时绕飞、平行偏飞、等待航线等航线安排易于建立临时绕飞、平行偏飞、等待航线等RNAV航路航路中国民航大学 CAUC8.1 8.1 概概 述述中国民航大学 CAUC8.1 8.1 概概 述述 传统的传统的ATS航路是按台飞跃的原则编排航路航路是按台飞跃的原则编排航路 原因：无机载计算组件，只能计算出相对导航台的位置原因：无机载计算组件，只能计算出相对导航台的位置随着机载导航系统的发展，传统随着机载导航系统的发展，传统ATS航路满足不了要求航路满足不了要求区域导航出现，始于上世纪区域导航出现，始于上世纪60年代后期和年代后期和70年代初期，
4、年代初期， 与与FMS同步发展同步发展2020世纪世纪8080年代快速发展，年代快速发展，19941994年年所需导航性能手册所需导航性能手册2007年提出年提出PBN（整合（整合RNAV 和和RNAP）2020世纪世纪8080年代，年代，ICAOICAO发展新航行系统，提出发展新航行系统，提出RNPRNP概念概念欧洲：欧洲：B-RNAV和和P-RNAV，1998年实施年实施B-RNAV美国：美国：A类类RNAV和和B类类RNAV三、区域导航的特点和效益三、区域导航的特点和效益中国民航大学 CAUC8.1 8.1 概概 述述中国民航大学 CAUC8.1 8.1 概概 述述 城市间可以建立直接航
5、线，节约燃油和飞行运行成本城市间可以建立直接航线，节约燃油和飞行运行成本采用随机航路，增大了选择航路的灵活性。采用随机航路，增大了选择航路的灵活性。允许建立平行或双线航路，提高空域利用率和交通流量允许建立平行或双线航路，提高空域利用率和交通流量缩短纵向间隔和侧向间隔，提高航路上的飞机布占率、缩短纵向间隔和侧向间隔，提高航路上的飞机布占率、空域利用率和交通流量空域利用率和交通流量跨洋和边远地区的跨洋和边远地区的RNAV飞行，增加新的航线飞行，增加新的航线利用利用INS和和GNSS实施实施RNAV，可以节省大量设施投资和，可以节省大量设施投资和维护费用维护费用四、区域导航对机载系统的要求四、区域导
6、航对机载系统的要求中国民航大学 CAUC8.1 8.1 概概 述述中国民航大学 CAUC8.2 8.2 区域导航的基本导航计算区域导航的基本导航计算位置、航向和飞行时间位置、航向和飞行时间偏航距离（偏航距离（XTK）飞行管理计算机（飞行管理计算机（FMC）GNSS、DME、VOR、ILS、LRRA、惯性基、惯性基准系统（准系统（IRS）、大气数据计算机（）、大气数据计算机（ADC） 中国民航大学 CAUCVOR/DME8.2 8.2 区域导航的基本导航计算区域导航的基本导航计算中国民航大学 CAUCDME/DME/DME 或DME/DME/IRS8.2 8.2 区域导航的基本导航计算区域导航的
7、基本导航计算中国民航大学 CAUC卫星导航卫星导航8.2 8.2 区域导航的基本导航计算区域导航的基本导航计算中国民航大学 CAUC惯导惯导8.2 8.2 区域导航的基本导航计算区域导航的基本导航计算优先级：GNSS ，没有无线电导航选择IRS 中国民航大学 CAUC8.2 8.2 区域导航的基本导航计算区域导航的基本导航计算中国民航大学 CAUC8.2 8.2 区域导航的基本导航计算区域导航的基本导航计算DME/DME定位时，要把斜距转换成水平距离计算定位时，要把斜距转换成水平距离计算斜距斜距R飞行高度飞行高度H水平距离水平距离R0DME应答器应答器DME询问器询问器 220RRHhDME/
8、DME定位时，定位时，DME选取准则选取准则opt316030150 ,=90nmnm航向由航向由IRS提供，也可由地速和真空速计算出提供，也可由地速和真空速计算出中国民航大学 CAUC8.2 8.2 区域导航的基本导航计算区域导航的基本导航计算飞行时间飞行时间地速地速 无线电地速（位置变化率）精度高无线电地速（位置变化率）精度高 综合综合IRS速度速度一般一般IRS输出的参数是平均值（位置：加权平均；速度输出的参数是平均值（位置：加权平均；速度：算术平均），但若某一：算术平均），但若某一IRS失效，则选单一失效，则选单一IRS输出数输出数据据TtGSV中国民航大学 CAUCXTK0, 飞机在
9、预定航线右侧飞机在预定航线右侧XTK0, 飞机在预定航线右侧飞机在预定航线右侧XTK0, 飞机在预定航线右侧飞机在预定航线右侧XTK0，飞机在预定航线左侧，飞机在预定航线左侧PerformanceBased onNavigation PBNPBN就是使航空器在导航信号覆盖范围之内，充分利用就是使航空器在导航信号覆盖范围之内，充分利用了现代飞机的机载设备和性能，沿任意期望的路径飞行。因了现代飞机的机载设备和性能，沿任意期望的路径飞行。因此此PBNPBN运行的飞行轨迹比采用传统导航技术更为灵活和精确运行的飞行轨迹比采用传统导航技术更为灵活和精确。248.4 8.4 PBN 基础基础1/24/202
10、225随着航空器机载设备能力的提高以及卫星导航等先进技术的不断发展，国际民航组织（ICAO）提出了“基于性能的导航（PBN）”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，对系统精确性、完好性、可用性、连续性以及功能等方面的性能要求。ICAO第36届大会决议中指出“各缔约国应在2009年完成PBN实施计划，确保在2016年之前，以全球一致和协调的方式过渡到PBN运行”。8.4 8.4 PBN 基础基础PBNPBN与传统导航与传统导航传统导航PBNRNA VRNP268.4 8.4 PBN 基础基础依靠飞机的能力，GNSS，INS，DME/DME
11、，飞行管理计算机，自动飞行依靠地面导航台，人工驾驶1/24/202227向PBN过渡8.4 8.4 PBN 基础基础1 1、不依赖陆基导航设备不依赖陆基导航设备 在在6 6个轨道上共有个轨道上共有2424颗卫星颗卫星 每个轨道上有每个轨道上有4 4颗卫星颗卫星 卫星高度为卫星高度为20200km20200kmPBNPBN优点优点288.4 8.4 PBN 基础基础2 2、航迹选择灵活，飞行航迹准确、航迹选择灵活，飞行航迹准确298.4 8.4 PBN 基础基础3 3、降低高原和复杂机场运行最低标准、降低高原和复杂机场运行最低标准, ,提高航班的正常率提高航班的正常率308.4 8.4 PBN
12、基础基础4 4、减少飞行时间、节约油量、减少飞行时间、节约油量318.4 8.4 PBN 基础基础5 5、增加空域容量、增加空域容量328.4 8.4 PBN 基础基础6 6、空域的四维管理成为可能、空域的四维管理成为可能 338.4 8.4 PBN 基础基础7 7、减少陆空通话次数，降低管制员工作负荷、减少陆空通话次数，降低管制员工作负荷“Candler 310 Atlanta departure radar contact”“Candler 310 turn left heading 185”“Candler 310 do not exceed 250 knots until furthe
13、r advised”“Candler 310 turn left heading 120”“Candler 310 turn left heading 090”“Candler 310 climb and maintain one 4000 and give me a good rate through 12”“Candler 310 out of one 2000 turn left heading 060”“Candler 310 heading is 060 contact Atlanta Center at 124.5 thank you for your help”CAA 310 3
14、/1/05 TRACON Departure Controller Check-in to Handoff 管制员需发管制员需发8个指令个指令DAL 858 4/25/05 “Delta 858 Atlanta departure radar contact”“Delta 858 climb maintain one four thousand”“Delta 858 contact Atlanta Center at 124 .5 good day”管制员只需发管制员只需发3个指令个指令使用区域导航前使用区域导航前使用区域导航后使用区域导航后管制员和飞行员通话量大幅减少管制员和飞行员通话量大幅
15、减少348.4 8.4 PBN 基础基础8 8、减少飞行员的操作动作，减少差错，保证安全、减少飞行员的操作动作，减少差错，保证安全计划飞行路径开始下降点截获点下一个航路点飞行员可以清楚的知道飞机的位置和下一步动作358.4 8.4 PBN 基础基础u 垂直引导下降u 具有一台发动机失效的保护u 具有导航信号失效的保护u 复飞是按一台发动机失效复飞设计u 增加飞机的载量PBNPBN其他优点其他优点368.4 8.4 PBN 基础基础PBNPBN概念组成部分概念组成部分导航应用导航应用导航规范导航规范导航设施导航设施378.4 8.4 PBN 基础基础1/24/202238PBN要素要素导航规范导
16、航规范描述沿特定区域导航所需的性能要求，作为民航当局适航和运行批准的基础。RNAV，RNP导航基础设施导航基础设施用于支持每种导航规范的导航基础设施。星基系统，陆基导航台，INS 导航应用导航应用将导航规范和导航设施结合在航路/终端区/进近运行的实际应用。RNAV/RNP航路/标准仪表进离场程序/进近程序等8.4 8.4 PBN 基础基础1/24/202239导航规范导航规范RNP/RNAV X X代表导航精度值代表导航精度值例如：例如：RNP-1表示在表示在95%的飞行时间内，航空器位置必的飞行时间内，航空器位置必须满足标称航迹位置左右前后须满足标称航迹位置左右前后1海里以内的精度值要求。海
17、里以内的精度值要求。RNAV ：不具备机载性能监控和告警功能。：不具备机载性能监控和告警功能。RNP：具备机载性能监控和告警（：具备机载性能监控和告警（OPMA）功能。）功能。RNP =RNAV+ OPMAOPMA（ On board Performance Monitorinig and Alerting) Advanced-RNP1 高级高级RNP1,Basic-RNP1 基本基本 RNP 1进近：进近： RNP APCH RNP AR APCH 授权进近授权进近8.4 8.4 PBN 基础基础RNAV规范：规范： RNAV10，RNAV5，RNAV1中国民航大学 CAUC8.4 8.4
18、PBN 基础基础RNP规范：规范： RNP4，Basic-RNP1，RNP APCH RNP AR APCH RNP2, Adavanced-RNP1等未给出具体内容。等未给出具体内容。每种导航规范都定义了特定的性能要求，因此每种导航规范都定义了特定的性能要求，因此：获得获得RNP规范不能自动获得所有规范不能自动获得所有RNAV规范的批准规范的批准高级高级RNP规范不能自动获得弱一级的规范不能自动获得弱一级的RNP规范规范RNP 10 无无OPMA，属于，属于RNAV10规范规范1/24/202241各飞行阶段的可用导航规范8.4 8.4 PBN 基础基础1/24/202242不同PBN规范下
19、飞机的CNS能力8.4 8.4 PBN 基础基础1/24/202243实施PBN近期导航规范选择8.4 8.4 PBN 基础基础1/24/202244PBN实施阶段RNAV系统和系统和RNP系统系统中国民航大学 CAUC8.4 8.4 PBN 基础基础满足规定满足规定性能要求性能要求的区域导航系统的区域导航系统精度、完好性、连续性、可用性、精度、完好性、连续性、可用性、功能性功能性RNAV和和RNP的基本结构和功能是相同的的基本结构和功能是相同的PBNPBNRNP系统提高了运行系统提高了运行的完好性，使航路间的完好性，使航路间距和保护区缩小、空距和保护区缩小、空域资源得到进一步优域资源得到进一
20、步优化，化，RNAV和和RNP运运行会共存多年，最后行会共存多年，最后都逐渐转换为都逐渐转换为RNP运运行。行。系统组成系统组成中国民航大学 CAUC8.4 8.4 PBN 基础基础RNP系统的显示系统的显示中国民航大学 CAUC8.4 8.4 PBN 基础基础B737 RNP/ANP B737 RNP/ANP 显示显示RNP系统的标志性功能系统的标志性功能中国民航大学 CAUC8.4 8.4 PBN 基础基础p 具有以规定的可靠性、重复性和预测性使飞机沿计划航线飞行的能力p 通过垂直剖面实施垂直引导，使用仰角或高度限制确定所需垂直航径p 根据RNP系统的安装、结构和布局不同，可以用不同形式提
21、供监视和告警功能p RNP系统通过可利用导航传感器、系统结构和运行模式来满足RNP导航规范的要求导航误差源导航误差源中国民航大学 CAUC8.4 8.4 PBN 基础基础侧向误差侧向误差不同飞行区间的飞行技术误差（不同飞行区间的飞行技术误差（FTE）中国民航大学 CAUC8.4 8.4 PBN 基础基础纵向误差纵向误差沿定义航路方向的导航误差沿定义航路方向的导航误差 航线定义误差（航线定义误差（PDE） 导航系统误差（导航系统误差（NSE） 通常通常PDE可忽略，纵向误差仅包含导航系统误差（可忽略，纵向误差仅包含导航系统误差（NSE）纵向精度影响位置报告和程序设计纵向精度影响位置报告和程序设计
22、中国民航大学 CAUC8.4 8.4 PBN 基础基础RNP规范所监视的性能规范所监视的性能中国民航大学 CAUC8.4 8.4 PBN 基础基础中国民航大学 CAUC空中交通管理（Air Traffic Management,ATM) 空域管理 Air Space Management, ASM 空中交通服务 Air Traffic Service ,ATS 飞行情报服务 Fly Information Service ,FIS 空中交通管制 Air Traffic Control, ATC 航空气象服务 Aerospace Weather Service ,AWS 空中交通流量管理 Air
23、 Traffic Fluid Management ATMF8.6 8.6 空中交通管制（空中交通管制（ATCATC）中国民航大学 CAUC1. ATC的概念： ATC是飞行业务的组织与管理 飞机怎么飞，飞行的路线，高度，防止飞机危险 接近，进而发生碰撞，是从导航领域派生过来的2. ATC的设备基础： 一次监视雷达 （PSR） 二次监视雷达 （SSR)8.6 8.6 空中交通管制（空中交通管制（ATCATC）中国民航大学 CAUC3. 空管体制 1）军队统管 2）军民分开各自管理 3）国家统一管理 4. 我国ATC情况 1）空管体制较陈旧 所有权归总参和司令部 2）空管机构较繁琐 管制权和指挥
24、权不统一 3）空管手段仍需改进 PSR SSR 太贵 4）空域系统有些规定不合理，不科学 高度层的划分 太少 5）空管人员的培养有待加强 8.6 8.6 空中交通管制（空中交通管制（ATCATC）中国民航大学 CAUC5. ATC的定义 ATC也叫航行管制，它就是借助于通信、导航、监视系统对飞机进行科学的组织与管理，使得在机场或空中的飞机安全、有秩序，并加速空中交通活动。6. ATC的目的和任务1)防止飞机在空中或在飞机坪上与飞机或障碍物相撞2)加速并维持有秩序的空中交通活动3)对安全或有效的飞机提供有用的情报4)通知有关的飞机搜救组织，并当该组织提出请求时对他提供帮助8.6 8.6 空中交通
25、管制（空中交通管制（ATCATC）中国民航大学 CAUC7. ATC的分类1)飞行情报服务2)告警服务3)空中交通咨询服务4)机场管制服务5)进近管制服务6)区域管制服务8.6 8.6 空中交通管制（空中交通管制（ATCATC）中国民航大学 CAUC7.ATC系统的分类1）以各种导航系统为基础+ 数据自动传递，处理设备 民航不使用军航早期系统 （台卡，塔康）2）以雷达为基础+数据自动传递，处理设备 民航使用的系统8.自动化与ATC 1）飞行数据处理2）雷达数据处理3）FDP和RDP的相关处理只有上海，北京和广州的自动化系统可采用国外国内厂商： 民航2所， 川大， 28所8.6 8.6 空中交通
26、管制（空中交通管制（ATCATC）中国民航大学 CAUCATC系统1.空域划分1）管制地带 （2500ft) 目的：保护进场飞机由终端区至机场或离港飞机由机场至 终端区的飞行航线。2）终端区 航路在机场区域的汇合处（2500-25000ft, R=150km) 目的：保护着陆飞机离开航路至终端区或保护起飞飞机离 开终端区飞向航路。8.6 8.6 空中交通管制（空中交通管制（ATCATC）中国民航大学 CAUC3）航路 配备有良好的通信、导航、监视设备的航线 目的：保护由航路提供服务的指定机场之间进行航路飞行 飞机的飞行路线或飞机飞向另一个区域。4）高空空域 25000ft-140000ft5）
27、飞行情报区 为飞机提供情报和告警服务的区域 沈阳，北京，上海，广州，乌鲁木齐，台北，兰州6）特殊规则区域 实施特定规则的飞机，军事空域，危险空 域8.6 8.6 空中交通管制（空中交通管制（ATCATC）中国民航大学 CAUC2.ATC不同阶段的管制1）机场管制(目视管制） 对在机场交通带附近的参照地面进行目视飞行的飞机和在 本机动区里活动的飞机提供服务。 任务：发布飞机起飞和着陆的放行许可 防止机场交通带中飞行的飞机、起飞着陆的飞机，在停机坪上运动的飞机及在机动区里的车辆、障碍物和其它飞机的碰撞，保证空中交通安全畅通8.6 8.6 空中交通管制（空中交通管制（ATCATC）中国民航大学 CA
28、UC2）进近管制 管制员通过监视雷达为起飞飞机离开终端区及着陆飞机离 开航路至终端区服务 任务：任务： 发布飞机进入终端区或飞出终端区许可 保护起飞飞机离开终端区飞向航路和着陆飞机离开航路至 终端区 进近管制中心不一定设在机场8.6 8.6 空中交通管制（空中交通管制（ATCATC）中国民航大学 CAUC3）区域管制（ATC中心） 为在进近管制和机场管制外提供的空中交通服务的空域外 的区域内飞行的飞机提供服务（航路飞行） 8.6 8.6 空中交通管制（空中交通管制（ATCATC）区段1 区段N2区段1 区段N2高级管制员统管高级管制员统管ATC中心总监督统管中国民航大学 CAUC3.飞机的飞行
29、过程及对应的管制1）起飞准备（机场管制）2）飞离机场 （机场管制）3）飞离终端区（进近管制）4）航路飞行（区域管制）5）到达终端区（进近管制）6）进近 （起始、中间，进近管制。最后进近，机场管制）7）到达机场8.6 8.6 空中交通管制（空中交通管制（ATCATC）中国民航大学 CAUC飞行计划 飞行过程中飞行计划可进行修改需征得管制员同意1）飞机识别号 SSR代码2）飞行规则类型 通航，军航3） 飞机呼号4） 起飞机场5）飞行情报区边界时间6）巡航速度7）希望飞行高度层8）航线9）目的机场10）备降机场11）旅客数8.6 8.6 空中交通管制（空中交通管制（ATCATC）中国民航大学 CAUCATC系统的组成1）数据截获系统2）数据传输系统3）数据处理与显示系统4）地-空通信系统8.6 8.6 空中交通管制（空中交通管制（ATCATC）
