黃 晉 高浩然 戴巨星

（中國(guó)民用航空飛行學(xué)院 空中交通管理學(xué)院1） 廣漢 618307）（民航新疆空中交通管理局2） 烏魯木齊 830063）

1 基于性能導(dǎo)航（PBN）的概念

基于性能的導(dǎo)航（PBN）是國(guó)際民航組織（ICAO）在整合世界各國(guó)區(qū)域?qū)Ш剑≧NAV）和所需導(dǎo)航性能RNP運(yùn)行實(shí)踐和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提出的一種新型運(yùn)行概念.它是世界民航CNS／AT M系統(tǒng)建設(shè)的重要組成部分，目前ICAO發(fā)布的PBN 手冊(cè) （Doc.9613），定義了PBN的相關(guān)概念和運(yùn)行規(guī)范.

基于性能導(dǎo)航概念包含了3個(gè)基本的因素［1］：導(dǎo)航規(guī)范、基礎(chǔ)設(shè)施和導(dǎo)航應(yīng)用，如圖1所示.導(dǎo)航規(guī)范詳細(xì)描述了沿著特定區(qū)域?qū)Ш剿璧男阅芤?，是民航?dāng)局適航和運(yùn)行批準(zhǔn)的基礎(chǔ).基礎(chǔ)設(shè)施是用于支持每種導(dǎo)航規(guī)范的導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施（如星基系統(tǒng)或陸基導(dǎo)航臺(tái)）.導(dǎo)航應(yīng)用是將導(dǎo)航規(guī)范和導(dǎo)航設(shè)施結(jié)合起來(lái)，在航路、終端區(qū)、進(jìn)近或運(yùn)行區(qū)域的實(shí)際應(yīng)用，包括RNAV／RNP航路、標(biāo)準(zhǔn)儀表進(jìn)離場(chǎng)程序、進(jìn)近程序等.

圖1 基于性能導(dǎo)航概念的3個(gè)基本因素

根據(jù)PBN手冊(cè)中的分類，PBN導(dǎo)航主要分為RNAV和RNP兩類，其中RNP被定義為在運(yùn)行中不要求具備機(jī)載監(jiān)視和告警功能，RNAV則不要求具備該能力如圖2所示.

圖2 PBN的分類及導(dǎo)航應(yīng)用

根據(jù)我國(guó)的特點(diǎn)，RNAV規(guī)范將主要應(yīng)用航路和終端區(qū)［2－3］，其中在航路上計(jì)劃使用 RNAV2規(guī)范，在終端區(qū)計(jì)劃強(qiáng)制使用RNAV1規(guī)范，這2種導(dǎo)航規(guī)范的導(dǎo)航設(shè)施可以是GNSS，DME／DME，DME／DME／IRU.RNP規(guī)范則既可以用于航路和終端區(qū)，也更主要用于進(jìn)近.其中海洋和偏遠(yuǎn)地區(qū)使用RNP4規(guī)范，我國(guó)L888航路就屬于RNP4；基本RNP1適用于航路和終端區(qū)，該導(dǎo)航規(guī)范主要用于低到中等交通密度且無(wú)雷達(dá)覆蓋區(qū)域的建立航路和終端區(qū)程序；進(jìn)近序則主要使用RNP APCH和RNP AR APCH導(dǎo)航規(guī)范.目前支持各類RNP導(dǎo)航規(guī)范的導(dǎo)航設(shè)施主要是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS），RNP導(dǎo)航規(guī)范中要求的機(jī)載監(jiān)視與告警功能主要由GNSS的接收機(jī)中的完整性監(jiān)視（RAI M）功能來(lái)提供保障.

2 PBN進(jìn)近程序的運(yùn)行要求

適合我國(guó)發(fā)展使用的PBN進(jìn)近程序主要包括：作為通用程序的RNP APCH程序和作為需要針對(duì)公司、特定機(jī)型及機(jī)組進(jìn)行特別授權(quán)的RNP AR APCH專用程序.這2種程序都屬于RNP導(dǎo)航規(guī)范，需要具備導(dǎo)航監(jiān)視和告警功能機(jī)載設(shè)備.

目前能提供這種告警的機(jī)載設(shè)備中主要是指GNSS接收機(jī)的RAI M告警，它可以利用機(jī)載GPS信息和其他傳感器信息，提供導(dǎo)航完整性監(jiān)視告警，保障導(dǎo)航精度滿足所需導(dǎo)航性能的要求.如今具備這種功能的GNSS接收機(jī)已經(jīng)廣泛使用在各型飛機(jī)上，這些接收機(jī)能滿足TSO－C129，或TSO－C145／146的標(biāo)準(zhǔn)要求.

但是由于導(dǎo)航衛(wèi)星星歷變化等原因，也可能會(huì)存在一些GNSS接收機(jī)在短時(shí)間內(nèi)不能準(zhǔn)確提供RAI M告警的情況.因此在實(shí)施RNP運(yùn)行時(shí)，空管部門通常會(huì)提供的RAI M 失效預(yù)測(cè)信息，有的機(jī)載接收機(jī)也能通過(guò)特定的軟件來(lái)提供這種RAI M失效預(yù)測(cè)，該類預(yù)測(cè)見(jiàn)圖3.如果預(yù)測(cè)到計(jì)劃飛行的任何階段失去RAI M持續(xù)超過(guò)5 min，則此飛行應(yīng)推遲或取消，或者在滿足RAI M要求的區(qū)域重新擬定飛行計(jì)劃.

圖3 RAI M失效預(yù)測(cè)

所需導(dǎo)航性能要求機(jī)載設(shè)備能根據(jù)飛行不同階段發(fā)出告警.GNSS接收機(jī)通常工作有3種模式：航路模式，在距離機(jī)場(chǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)（ARP）30 n mile以外；終端區(qū)模式，在距離ARP 30 n mile以內(nèi)到距最后進(jìn)近定位點(diǎn)（FAF）之前2 n mile；進(jìn)近模式，從FAF之前2 n mile到距ARP 30 n mile內(nèi).機(jī)載接收機(jī)會(huì)根據(jù)距離機(jī)場(chǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)（ARP）的距離的遠(yuǎn)近，自動(dòng)轉(zhuǎn)換到不同的工作模式，如圖4所示.

圖4 GNSS接收機(jī)的工作模式轉(zhuǎn)換

GNSS接收機(jī)的工作模式不同，對(duì)應(yīng)著不同的RAI M的告警門限（integrity monitoring alert li mit，I MAL）和航道偏離指示器（CDI）的滿偏值，如表1所列.

表1 GNSS接收機(jī)工作模式

3 RNP APCH進(jìn)近程序特點(diǎn)

進(jìn)近程序是PBN程序的重要組成部分.目前PBN進(jìn)近程序主要包括RNP APCH和RNP AR APCH兩種導(dǎo)航規(guī)范，RNP APCH主要從最初的區(qū)域?qū)Ш匠绦虬l(fā)展而來(lái).最初的區(qū)域?qū)Ш匠绦蜻€沒(méi)有明確區(qū)分RNAV和RNP的概念，相關(guān)程序都叫做區(qū)域?qū)Ш匠绦?，主要包括VOR／DME區(qū)域?qū)Ш匠绦?、DME／DME區(qū)域?qū)Ш匠绦蚝突綠NSS接收機(jī)飛行程序、RNP／RNAV區(qū)域?qū)Ш匠绦虻龋?］.

在ICAO用PBN的概念重新定義了RNAV和RNP之后，由于原來(lái)的 VOR／DME，DME／DME等導(dǎo)航系統(tǒng)的機(jī)載設(shè)備，無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)載導(dǎo)航監(jiān)視和告警的功能，因此只能用于無(wú)告警的RNAV程序，又由導(dǎo)航精度不夠高，不太適合用于進(jìn)近階段的引導(dǎo)，所以未來(lái)RNAV程序?qū)⒅饕铰泛徒K端區(qū)導(dǎo)航.GNSS接收機(jī)由于具備RAI M告警功能，因此原來(lái)的基本GNSS接收機(jī)飛行程序就被劃為了RNP程序，其進(jìn)近程序就是現(xiàn)在的RNP APCH程序.原來(lái)的RNP／RNAV區(qū)域?qū)Ш匠绦蚓桶l(fā)展成為現(xiàn)在的RNP AR APCH程序.

RNP APCH程序根據(jù)其最后進(jìn)近階段引導(dǎo)形式的不同又分為非精密進(jìn)近、精密進(jìn)近和有垂直引導(dǎo)進(jìn)近（APV）3種形式.

非精密進(jìn)近程序是指在從最后進(jìn)近定位點(diǎn)（FAF）到復(fù)飛點(diǎn)（mapt）的最后進(jìn)近航段沒(méi)有下滑引導(dǎo)，其保護(hù)區(qū)如圖5所示，其最低運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)在進(jìn)近圖中的表述，如表2中“LNAV MDA”欄所示.

圖5 非精密RNP APCH程序的保護(hù)區(qū)

RNP APCH的精密進(jìn)近程序（PA）主要是使用地基增強(qiáng)系統(tǒng)，如LAAS系統(tǒng)等提高機(jī)場(chǎng)區(qū)域范圍內(nèi)GNSS的定位精度，使之水平和高度定位精度達(dá)到米級(jí)，從而可以使機(jī)載計(jì)算機(jī)計(jì)算建立一條精準(zhǔn)的虛擬下滑道，引導(dǎo)飛機(jī)實(shí)施精密進(jìn)近.目前已經(jīng)在使用的RNP APCH的精密進(jìn)近程序主要是美國(guó)建立的衛(wèi)星著陸（GLS）程序，其最低運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)在進(jìn)近圖中的表述，如表2中“GLS PA DA”欄所示.我國(guó)也將使用局域衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)建立精密進(jìn)近程序作為未來(lái)的發(fā)展方向.

RNP APCH的APV程序主要包括LPV程序和氣壓垂直導(dǎo)航程序（Bar o－VNAV）.LPV程序是利用衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)（SBAS），如來(lái)實(shí)施的一種GNSS進(jìn)近程序.目前美國(guó)利用廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS）使這種程序已經(jīng)在美國(guó)得到較為廣泛的使用.由于完全基于GPS衛(wèi)星的情況，不太適合于中國(guó)，目前我國(guó)也沒(méi)有發(fā)展這種形式導(dǎo)航方式的計(jì)劃.

當(dāng)前我國(guó)正致力于大力發(fā)展的是RNP APCH的APV程序中的氣壓垂直導(dǎo)航（Baro－VNAV）程序［5］.這種程序要求機(jī)載計(jì)算機(jī)根據(jù)給定的正常下滑角（標(biāo)準(zhǔn)為3°）和GNSS確定的飛機(jī)距跑道入口的距離來(lái)計(jì)算出飛機(jī)應(yīng)該的正確幾何高度，然后將該高度與從氣壓式高度表得到的氣壓高度相比較，從而判斷出飛機(jī)相對(duì)正常的下滑線的高低.通過(guò)這種方式在進(jìn)近航道上建立起一條模擬的下滑道，引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定下降.

Baro－VNAV程序可以在不依靠任何地面導(dǎo)航設(shè)備的情況下，將飛機(jī)引導(dǎo)到最低至350英尺的決斷高度（DA／DH）.因此使用 Bar o－VNAV程序的機(jī)場(chǎng)可以不必安裝昂貴的ILS著陸系統(tǒng).對(duì)于已經(jīng)安裝有ILS系統(tǒng)的機(jī)場(chǎng)也可以將Bar o－VNAV程序作為ILS的備份程序，未來(lái)甚至可能逐漸取代ILS成為主要的進(jìn)近方式.目前美國(guó)已經(jīng)有4 000多條跑道在使用Baro－VNAV程序，其程序最低標(biāo)準(zhǔn)在進(jìn)近圖中的表述，如表2“LNAV／VNAV DA”欄所列.

表2 RNP APCH程序的最低標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)民航已經(jīng)于2009年3月，按照國(guó)際民航組織8168及9613文件的標(biāo)準(zhǔn)，為綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)了全國(guó)首個(gè)Baro－VNAV的RNP APCH進(jìn)近程序，通過(guò)多種機(jī)型的多次驗(yàn)證飛行，程序運(yùn)行取得圓滿成功.根據(jù)ICAO民航全球一體化的要求，到2016年，我國(guó)將在全部?jī)x表跑道設(shè)計(jì)使用該種形式的進(jìn)近程序，因此Baro－VNAV的RNP APCH進(jìn)近程序是我國(guó)目前應(yīng)大力推廣的主要程序形式.這種程序形式的應(yīng)用將使我國(guó)民航進(jìn)近導(dǎo)航方式發(fā)生根本性的變革.

4 特殊地形機(jī)場(chǎng)適用的RNP AR APCH程序

RNP AR APCH程序是一種專用程序，需要針對(duì)公司、機(jī)型和機(jī)組授權(quán).同一個(gè)機(jī)場(chǎng)、同一條跑道，同一公司的不同種機(jī)型所使用的RNP AR APCH程序都會(huì)有所不同.因此在機(jī)場(chǎng)對(duì)外發(fā)布的儀表航圖中里面不會(huì)提供RNP AR APCH程序，這些程序只在執(zhí)行這種程序的航空公司才有，該類程序進(jìn)近圖的識(shí)別標(biāo)識(shí)通常是RNVAV（RNP）.

RNP AR APCH程序是一種專門用于特殊機(jī)場(chǎng)的飛行程序，通常情況下ICAO不鼓勵(lì)使用該程序，因?yàn)樵摮绦驅(qū)徟⑦\(yùn)行要求復(fù)雜，會(huì)增加航空公司的成本，除非有運(yùn)行效益，一般不推薦使用.

但是如果有的機(jī)場(chǎng)處于崇山峻嶺、地形復(fù)雜、氣候多變，如拉薩、林芝、麗江等機(jī)場(chǎng)，傳統(tǒng)的導(dǎo)航方式，甚至RNP APCH程序也很難建立起起降標(biāo)準(zhǔn)較低的儀表飛行程序時(shí)，甚至只能實(shí)施目視飛行的機(jī)場(chǎng)，使用RNP AR APCH程序則顯示出其巨大的優(yōu)勢(shì).

RNP AR APCH程序有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，特別適合在拉薩這樣的山岳河谷地區(qū)應(yīng)用.這種程序的航段和轉(zhuǎn)彎點(diǎn)的保護(hù)區(qū)寬度更窄、航段之間連接更簡(jiǎn)單流暢、可以使用固定半徑轉(zhuǎn)彎（RF航段）、能夠進(jìn)行垂直引導(dǎo)，這些特點(diǎn)可在很窄山溝中建立沿山谷曲線飛行的飛行程序.RNP AR APCH程序的導(dǎo)航規(guī)范包括進(jìn)場(chǎng)、進(jìn)近和離場(chǎng)航段.

1）航段和轉(zhuǎn)彎點(diǎn)的保護(hù)區(qū)寬度更窄.RNP AR APCH程序保護(hù)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)寬度比RNP APCH程序的保護(hù)區(qū)更窄，如表2和表3所列.另外RNP AR APCH程序的保護(hù)區(qū)寬度還可以根據(jù)需要進(jìn)行縮小，最小可縮小到半寬0.1 n mile，這當(dāng)然這種縮減需要在程序的導(dǎo)航數(shù)據(jù)代碼中加以說(shuō)明，也需要飛機(jī)的性能、機(jī)組訓(xùn)練等滿足授權(quán)要求.

表3 RNP APCH程序的保護(hù)區(qū)半寬度

表4 RNP AR APCH程序的保護(hù)區(qū)半寬度 n mile

2）航段之間連接更簡(jiǎn)單流暢.RNP AR APCH程序航段之間銜接的簡(jiǎn)單流暢主要是指進(jìn)近各航段保護(hù)區(qū)之間的銜接和轉(zhuǎn)彎點(diǎn)處保護(hù)區(qū)的銜接.RNP APCH程序航段間保護(hù)區(qū)的銜接與傳統(tǒng)程序相似，采用逐漸縮放的方式.而RNP AR APCH程序各航段保護(hù)區(qū)的寬度是直接跳轉(zhuǎn)的，這樣程序更簡(jiǎn)單，航段銜接處考慮的障礙物更少.在轉(zhuǎn)彎點(diǎn)處，RNP AR APCH程序的轉(zhuǎn)彎保護(hù)區(qū)也比RNP APCH程序更小.由于RNP AR APCH程序的保護(hù)更小，程序需要考慮的障礙物限制更少，程序簡(jiǎn)潔流暢，適用性更強(qiáng)，當(dāng)然對(duì)飛機(jī)和機(jī)組的要求就更高.

3）可以使用固定半徑轉(zhuǎn)彎（RF航段）.固定半徑是RNP AR APCH程序特有的航段形式，它要求飛機(jī)沿固定的轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)彎.程序設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)特定型別飛機(jī)飛行各階段的速度，最佳的轉(zhuǎn)彎坡度等來(lái)計(jì)算出固定的轉(zhuǎn)彎半徑并將該半徑的參數(shù)編制在該程序的數(shù)據(jù)庫(kù)代碼中.多個(gè)沿固定半徑轉(zhuǎn)彎的航段組合就可以實(shí)現(xiàn)曲線飛行，滿足飛機(jī)在蜿蜒曲折的山谷中飛行的需要.

4）能夠進(jìn)行垂直引導(dǎo).RNP AR APCH程序?qū)儆贏PV程序，能夠提供垂直引導(dǎo).與傳統(tǒng)的精密進(jìn)近程序中的下滑引導(dǎo)不同，RNP AR APCH程序可以提供從進(jìn)場(chǎng)到進(jìn)近各航段的穩(wěn)定下降垂直引導(dǎo).當(dāng)飛機(jī)的水平航跡固定，垂直下滑航跡規(guī)定時(shí)，飛機(jī)就像是在空中構(gòu)建的曲型管道中飛行，從而實(shí)現(xiàn)ICAO建設(shè)空中立交橋的設(shè)想.

5 使用PBN程序，促進(jìn)我國(guó)民航進(jìn)近導(dǎo)航方式的發(fā)展

目前我國(guó)處于民航高速發(fā)展的時(shí)期，根據(jù)我國(guó)五年計(jì)劃的規(guī)劃，未來(lái)中國(guó)將建設(shè)大量的新機(jī)場(chǎng)，擴(kuò)建許多已有的機(jī)場(chǎng)，民航運(yùn)輸市場(chǎng)的發(fā)展前景廣大.如上所述，根據(jù)各類PBN進(jìn)近程序的特點(diǎn)，我國(guó)應(yīng)該首先加快氣壓垂直導(dǎo)航（Bar o－VNAV）的RNP APCH進(jìn)近程序的應(yīng)用，為盡量多的跑道設(shè)計(jì)該類進(jìn)近程序，增加我國(guó)機(jī)場(chǎng)的空域容量、提高飛行效率和節(jié)能減排效果.對(duì)于高原山區(qū)等特殊機(jī)場(chǎng)也應(yīng)推進(jìn)RNP AR APCH程序的應(yīng)用，以降低機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，提高飛行安全水平，增加機(jī)場(chǎng)的可用性.

通過(guò)加快推進(jìn)PBN程序在我國(guó)的應(yīng)用，促進(jìn)我國(guó)新一代航空運(yùn)輸系統(tǒng)的建設(shè)，加快我國(guó)從航空大國(guó)向航空強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的步伐.

［1］ICAO.Perfor mance Based Navigation Manual Icao DOC－9613［S］，2007.

［2］ICAO.Doc 9906－AN／472 The Quality Assurance Manual For Flight Procedure Design［S］，2007－11.

［3］石 京，黃 謙，吳照章.我國(guó)交通運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相互關(guān)系研究［J］，武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2010，34（6）：1 077－1 080.

［4］周勝利.基于飛行數(shù)據(jù)的所需導(dǎo)航性能（RNP）側(cè)向偏差分析［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2009（4）：28－31.

［5］在航路和終端區(qū)實(shí)施RNAV1和RNAV2的運(yùn)行指南［S］，AC－91－FS－2008－09 2008.6