張 序,陳 琳,姚 果,胡宏毅
(1.中國(guó)國(guó)際航空股份有限公司運(yùn)行控制中心西南分控中心,四川 成都 610202;2.中國(guó)民航大學(xué),天津 300300;)
我國(guó)西部的青藏高原平均海拔在4000米以上,被譽(yù)為“世界屋脊”,其險(xiǎn)峻的地理環(huán)境曾是國(guó)際民航界公認(rèn)的“空中禁區(qū)”,經(jīng)過(guò)中國(guó)民航幾代人的不懈努力陸續(xù)開(kāi)辟了幾十條連接青藏高原至全國(guó)各地乃至世界各地的航線,架起了一座座空中橋梁,為青藏高原的發(fā)展插上了騰飛的翅膀。盡管在過(guò)去幾十年里,中國(guó)民航依靠飛行人員精湛的技術(shù)、機(jī)務(wù)人員精心的維護(hù)和運(yùn)行人員細(xì)心的保障,在成都-拉薩等高原航線上保持了良好的安全飛行記錄。由于高原機(jī)場(chǎng)地理?xiàng)l件復(fù)雜,增加了航空公司的運(yùn)行難度,安全存在一定風(fēng)險(xiǎn);頻繁的航班延誤、返航、備降甚至取消、減載,使航空公司蒙受了大量的的經(jīng)濟(jì)損失。為了更有效地保證高原飛行安全、提高經(jīng)濟(jì)效益,新航行技術(shù)-RNP逐步進(jìn)入人們的視野。2005年民航局與中國(guó)國(guó)際航空股份有限公司、波音公司以及Naverus公司合作,在拉薩/貢嘎機(jī)場(chǎng)使用B757-200型飛機(jī)成功地完成了RNP AR試飛,為中國(guó)民航以后在高原機(jī)場(chǎng)實(shí)施RNP運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。迄今為止,已經(jīng)有多家航空公司使用多種機(jī)型,包括 A330、A319、B757、B737 等,在高原復(fù)雜機(jī)場(chǎng)實(shí)施RNP AR運(yùn)行。
高原機(jī)場(chǎng)海拔高,空氣密度和大氣壓力小,地形復(fù)雜,太陽(yáng)輻射和背陽(yáng)地形受熱不均勻,使高原運(yùn)行具備下列特點(diǎn):相同的起飛、著陸重量,飛機(jī)的真空速要比平原大,飛機(jī)機(jī)動(dòng)性和加減速所需的時(shí)間和距離都明顯增加;高原機(jī)場(chǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)推力減小,空氣動(dòng)力變差,飛機(jī)的爬升和越障能力變差,同時(shí)增加了操縱難度;高原機(jī)場(chǎng)氣象復(fù)雜多變,經(jīng)常出現(xiàn)大風(fēng),風(fēng)速、風(fēng)向變化也很大,極易形成亂流、顛簸和風(fēng)切變;高原機(jī)場(chǎng)往往又是地形復(fù)雜機(jī)場(chǎng),機(jī)場(chǎng)周?chē)鷥艨諚l件差,導(dǎo)航設(shè)施設(shè)置困難,導(dǎo)致飛機(jī)起降、復(fù)飛操作難度大;由于受地形的遮蔽和反射,機(jī)場(chǎng)甚高頻全向信標(biāo)臺(tái)/測(cè)距儀(VOR/DME)作用距離、覆蓋范圍較小,指示不穩(wěn)定,儀表著陸系統(tǒng)(ILS)在某些方位會(huì)有假信號(hào)產(chǎn)生。由于高原機(jī)場(chǎng)存在諸多困難,飛行員在高原機(jī)場(chǎng)飛行易產(chǎn)生畏懼心理。
RNP(Required navigation performance)指在一個(gè)特定的空域中對(duì)導(dǎo)航性能精度、完整性和聯(lián)系性需求的一種描述。RNP不是駕駛艙的新硬件,也不是新的助航設(shè)備,它是以性能為基準(zhǔn),不取決于某一特定設(shè)備,在確定的空域內(nèi)運(yùn)行所必需的位置精確性的一個(gè)聲明。[1]在實(shí)際應(yīng)用中常以RNPX出現(xiàn),X表示在95%的時(shí)間內(nèi)的導(dǎo)航精度,單位為海里,如圖1所示。
圖1 RNP示意圖
RNP是一個(gè)特定空域的支持手段,在特定的RNP空域,通信、導(dǎo)航、監(jiān)視、空中交通管理是不可缺少的因素。根據(jù)RNP的定義,ICAO在不斷地探索和實(shí)踐中,制定了大量的指導(dǎo)性的文件和手冊(cè),清晰地描述了RNP空域的通信、導(dǎo)航、空中交通管理規(guī)范。在現(xiàn)有的RNP空域內(nèi),航路上可以實(shí)施RNP4/2/1,在終端區(qū)可以實(shí)施RNP APCH(RNP進(jìn)近)和RNP AR APCH(要求授權(quán)的RNP進(jìn)近)。
在高原地區(qū),主要采用RNP AR運(yùn)行,RNP技術(shù)是怎樣保證航空器的安全水平的呢?按照RNP AR導(dǎo)航規(guī)范要求,使用飛行管理計(jì)算機(jī),采用衛(wèi)星作為導(dǎo)航源,飛機(jī)上有可靠的監(jiān)視和告警設(shè)備加上靈活的RNP AR飛行程序設(shè)計(jì),改善了高原運(yùn)行的困難狀況。首先,RNP技術(shù)主要是充分發(fā)揮飛機(jī)性能和空域資源,在終端可依靠VNAV提供垂直引導(dǎo),從而降低可控飛行撞地危險(xiǎn)。其次RNP程序設(shè)計(jì)中的平行評(píng)估區(qū)域有別于傳統(tǒng)程序梯形的保護(hù)區(qū),尤其是在終端區(qū)運(yùn)行,能達(dá)到RNP0.1的精度,有效地縮小保護(hù)區(qū)和障礙物評(píng)估區(qū),避開(kāi)了傳統(tǒng)程序中需要考慮的障礙物,降低了運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn),提高了安全性,同時(shí)增加了有效載量。再次,RNP程序設(shè)計(jì)了更安全的非正常程序,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)失效時(shí),在FMC中選擇RNP非正常程序可以取代為機(jī)組增加工作負(fù)荷的所有復(fù)雜的導(dǎo)航步驟,使機(jī)組集中于飛行操作。最后,預(yù)載的RNP進(jìn)近和離場(chǎng)比傳統(tǒng)程序更容易、更直接,消除ILS信號(hào)失真:儀表著陸系統(tǒng)(ILS)下滑道會(huì)受到臨時(shí)障礙物影響而嚴(yán)重失真,比如,滑行的飛機(jī)乃至ILS接收機(jī)附近的雪堆等的影響?;谛l(wèi)星的RNP AR不受這些地基干擾。
3.1.1 簽派放行評(píng)估
由于RNP AR的運(yùn)行依靠衛(wèi)星定位,衛(wèi)星的導(dǎo)航精度是否達(dá)到要求是能否簽派放行的一個(gè)關(guān)鍵因素。以下為某公司的衛(wèi)星導(dǎo)航精度預(yù)測(cè)值:
衛(wèi)星預(yù)測(cè)值的使用類(lèi)似簽派員評(píng)估天氣預(yù)報(bào),如預(yù)測(cè)值顯示精度不滿(mǎn)足運(yùn)行要求,可采取延誤航班,避開(kāi)失效時(shí)段。
3.1.2 高原航線RNP AR對(duì)MEL的限制要求
對(duì)具有RNP AR運(yùn)行資質(zhì)的航空器,編寫(xiě)專(zhuān)門(mén)的最低設(shè)備清單(MEL)條款,在簽派放行時(shí),需查閱相關(guān)MEL條款和RNP AR進(jìn)近圖上的相關(guān)設(shè)備項(xiàng)。
3.3.1 航班正常率的提高
(1)航班正常率的概念
正常航班:符合以下條件之一的航班為正常航班。
1)在班期時(shí)刻表公布的離站時(shí)間后15分鐘(北京、浦東、廣州以及境外機(jī)場(chǎng)30分鐘,虹橋、成都、深圳機(jī)場(chǎng)25分鐘,昆明機(jī)場(chǎng)20分鐘)之內(nèi)正常起飛未發(fā)生返航、改航和備降等不正常情況的航班;
2)在班期時(shí)刻表公布的到達(dá)時(shí)間前后10分鐘之內(nèi)落地的航班。
航班正常率=正常航班數(shù)÷公司計(jì)劃航班數(shù)× 100%[3]
(2)RNP程序?qū)θ兀骄€正常率的影響
下面我們通過(guò)國(guó)航2006-2011年在拉薩進(jìn)港航班的正常率情況(見(jiàn)表1)來(lái)分析RNP程序?qū)嵤┮院髮?duì)航班正常率的影響。
表1 國(guó)航2006年-2011年拉薩進(jìn)港航班的正常率
現(xiàn)用SPSS軟件對(duì)該公司2006年-2011年拉薩進(jìn)港航班的正常率進(jìn)行曲線擬合,以年份為變量,正常率為因變量,得到曲線回歸分析表如圖2所示。要找尋的是擬合度最高的曲線,因此在R Square一列中找到最高值為0.996,該值所對(duì)應(yīng)的為Cubic(三次多項(xiàng)式模型),其模型為在圖3擬合曲線圖中找到以Cubic(三次多項(xiàng)式模型)擬合的曲線,橫軸的點(diǎn)即為年份,1代表2006年,2代表2007年,以此類(lèi)推……豎軸的值為航班正常率。從擬合曲線圖可以看出,航班正常率在06年-11年整體呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì),下面我們來(lái)分析它的成因。
某公司是自2007年6月以來(lái)在蓉-拉航線實(shí)施的RNP程序。然而在實(shí)施RNP程序以后,航班量減少了,航班正常率并沒(méi)有立即提升,而是呈現(xiàn)先下降再升高的趨勢(shì)。主要原因有:1)航班量的下降主要是由于越來(lái)越多的航空公司加入到了該航線的運(yùn)營(yíng)中,不再是一家獨(dú)大的局勢(shì)。2)在實(shí)施RNP程序之前,相關(guān)部門(mén)對(duì)于高原航線的管理不嚴(yán),與運(yùn)行有關(guān)的人員安全意識(shí)不強(qiáng),以至當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)處于邊緣化甚至低于標(biāo)準(zhǔn)的情況下,盲目放行,盲目飛行,強(qiáng)行著陸,甚至發(fā)生過(guò)飛行員在能見(jiàn)度不高的情況下將滑行道(舊跑道)視為落地跑道將飛機(jī)落下。隨著民航局對(duì)高原運(yùn)行逐漸規(guī)范以后,為保障飛行安全,嚴(yán)格規(guī)定天氣不達(dá)標(biāo)絕對(duì)不能強(qiáng)行落地,該備降就備降,因此而造成航班的正常率有所下降。
同時(shí)我們可以用SPSS軟件去推算2012年的正常率,根據(jù)圖3曲線回歸分析表中的相關(guān)參數(shù)可以得出:y=0.554+0.169 ×7 -0.08 ×7 ×7+0.008 ×7×7×7=0.561,即根據(jù)曲線擬合可以預(yù)測(cè)2012年該公司拉薩進(jìn)港航班的正常率可以達(dá)到56.1%。
RNP運(yùn)行強(qiáng)調(diào)各個(gè)有關(guān)方面的有機(jī)結(jié)合,包括航空器適航認(rèn)證、飛行機(jī)組訓(xùn)練(地面理論和模擬機(jī))、簽派員訓(xùn)練、空中交通管制人員的訓(xùn)練、模擬機(jī)驗(yàn)證、實(shí)際飛行驗(yàn)證、運(yùn)行質(zhì)量的監(jiān)控等諸多方面,任何一點(diǎn)的疏忽都有可能影響到RNP運(yùn)行的整體安全水平。
因此,雖然在實(shí)施RNP的前幾年,航班正常率有所下降了,但是航班的安全得到了全面的保障,在保證安全的前提下逐步提高了航班正常率,減少航班延誤,提升航空公司運(yùn)營(yíng)效率。除公布的航路外,還可根據(jù)需要采用隨機(jī)航路,即不依賴(lài)地基導(dǎo)航設(shè)備而沿希望的航路飛行,提高了航路選擇的靈活性,避免了主干航路的擁擠。自2005年蓉-拉航線驗(yàn)證RNP技術(shù)以后,使多年來(lái)飛機(jī)只能單向起飛的拉薩機(jī)場(chǎng)具各雙向起降和夜航飛行的能力,并極大地提高航空公司在拉薩機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的飛行安全水平和航班正點(diǎn)率,為航空公司贏得了利潤(rùn),同時(shí)提高了機(jī)場(chǎng)的利用率,從而提高機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行效益,更好地保證飛行安全。
圖2 曲線回歸分析表
圖3 擬合曲線圖
3.3.2 返航、備降航班的減少
運(yùn)行控制中心在放行成都-拉薩航線時(shí),備降場(chǎng)一般選擇為成都,即返航。多年來(lái),由于復(fù)雜地形限制以及惡劣多變的天氣,導(dǎo)致蓉-拉航線極易發(fā)生備降、返航,給旅客的出行帶來(lái)了極大不便,使航空公司蒙受了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。某航空公司僅2004年3月份成都-拉薩航班,由于天氣原因返航、備降80多架次,直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)千萬(wàn)元人民幣。[4]
表2 國(guó)航在拉薩/貢嘎機(jī)場(chǎng)運(yùn)行常規(guī)程序和RNP程序的標(biāo)準(zhǔn)
從表2(國(guó)航在拉薩/貢嘎機(jī)場(chǎng)運(yùn)行常規(guī)程序和RNP程序標(biāo)準(zhǔn))RNP程序降低了拉薩機(jī)場(chǎng)的落地標(biāo)準(zhǔn)。采用RNP程序在27跑道的落地時(shí),決斷高為場(chǎng)壓高971英尺(約300米),比常規(guī)程序的決斷高低了近一倍,大大降低了因云而造成飛機(jī)無(wú)法對(duì)準(zhǔn)跑道的復(fù)飛和返航、備降。綜上所述,實(shí)施RNP程序大大降低了起、降天氣標(biāo)準(zhǔn),降低決斷高度有效減少備降、返航的發(fā)生,提高航班正點(diǎn)率,而且在減小飛行員工作負(fù)荷的同時(shí)提高了飛行的安全性和精確度。
3.3.3 西向的 RNP AR 運(yùn)行
拉薩機(jī)場(chǎng)東端凈空稍好,西端較差,因此受地形和地面導(dǎo)航設(shè)備的限制,拉薩09號(hào)跑道進(jìn)近和27號(hào)跑道起飛標(biāo)準(zhǔn)較高,在出現(xiàn)東風(fēng)時(shí)易伴隨揚(yáng)沙,能見(jiàn)度較低,造成航班備降。RNP程序?qū)嵤┖?,拉薩09L跑道落地標(biāo)準(zhǔn)和27R跑道起飛標(biāo)準(zhǔn)均降低,大大提高了機(jī)場(chǎng)的正常性。
RNP程序在地形復(fù)雜、環(huán)境惡劣的拉薩機(jī)場(chǎng)起著重要的作用。RNP能使具備精密導(dǎo)航能力的飛機(jī)在復(fù)雜的天氣和地形條件下起降,使飛機(jī)在下降過(guò)程中能夠有效避開(kāi)障礙物和不利地形,這樣就能夠大幅減少天氣原因?qū)е碌暮桨嘌诱`率及返航率,提高高原機(jī)場(chǎng)的航空客、貨運(yùn)輸能力及運(yùn)行效率,為航空公司和機(jī)場(chǎng)帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益。
3.3.4 夜航實(shí)現(xiàn),航班容量增加
2005年4月21日國(guó)航西南分公司一架波音757-200在拉薩貢嘎機(jī)場(chǎng)成功完成了首次RNP夜航飛行,使得40余年來(lái)只能單向起飛的拉薩機(jī)場(chǎng)具備了雙向起降和夜航飛行的能力。拉薩機(jī)場(chǎng)的夜航是基于RNP的運(yùn)行,不具備此條件的航空器只能在日出時(shí)刻后,日落時(shí)刻前起降。考慮到返航等因素時(shí)日落前起降時(shí)刻的限制由各航空公司根據(jù)各自的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)自行制定和掌握。在實(shí)施RNP程序之前,某公司是按照“日落前100分鐘”來(lái)執(zhí)行的,即最晚的航班時(shí)刻是日落前100分鐘。[5]該規(guī)范雖然保障了飛行安全,但在經(jīng)濟(jì)效益方面來(lái)看,限制了航空公司航班時(shí)刻的安排,對(duì)旅客出行造成了極大的不便。在實(shí)施RNP程序后,該公司取消了參考“日落前100分鐘”的標(biāo)準(zhǔn),在實(shí)現(xiàn)了拉薩機(jī)場(chǎng)全天候運(yùn)行的同時(shí),增加了航班時(shí)刻,擴(kuò)大了航班容量,方便了旅客出行。
3.3.5 減輕管制員和飛行員的工作負(fù)荷
隨著西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,對(duì)航空運(yùn)輸?shù)男枨蟠蠓黾樱_機(jī)場(chǎng)作為連接西藏與各大城市的樞紐機(jī)場(chǎng),飛行密度必然增加,加以空域資源有限,傳統(tǒng)的程序管制手段已經(jīng)不能滿(mǎn)足需求。同時(shí),傳統(tǒng)的進(jìn)離場(chǎng)航路需要管制員進(jìn)行大量的思維活動(dòng),調(diào)配飛機(jī)避開(kāi)潛在的飛行沖突,并且需要大量的陸空通話,這無(wú)疑給管制員帶來(lái)巨大的工作負(fù)荷。RNP程序結(jié)合相關(guān)的垂直引導(dǎo),可以降低終端排序難度。通過(guò)RNP程序設(shè)計(jì),可以在進(jìn)離場(chǎng)的某些必要的航路點(diǎn)上限定飛行器的高度、速度,根據(jù)不同航向劃定不同的平行進(jìn)離場(chǎng)程序,并且使之在正常運(yùn)行上有一定的時(shí)間間隔。飛行員只需按照進(jìn)離場(chǎng)圖上航路點(diǎn)的特殊限定飛行,就可以避免沖突。管制員只要監(jiān)控飛行器的偏離狀態(tài)和選擇適當(dāng)?shù)倪M(jìn)離場(chǎng)路徑即可。這樣可以在很大程度上減少飛行員的雷達(dá)引導(dǎo)需求,簡(jiǎn)化飛行程序。另外,由于高原機(jī)場(chǎng)存在以上諸多困難,再加上飛機(jī)在高原機(jī)場(chǎng)飛行操縱難度加大、機(jī)動(dòng)性能較差,飛行員在高原機(jī)場(chǎng)飛行易產(chǎn)生畏懼心理。[6]
3.3.6 運(yùn)行載量的提高
在航空器的各種重量中,最主要的是最大起飛重量,最大著陸重量和最大無(wú)油重量。飛機(jī)的最大業(yè)載取以下三者的最小值:最大無(wú)油重量減去飛機(jī)空重、飛機(jī)最大起飛重量減去飛機(jī)空重減去起飛油量、飛機(jī)的著陸重量減去飛機(jī)空重減去備份油量。由于拉薩機(jī)場(chǎng)周?chē)嬖诟吆0握系K物,起飛要求的爬升梯度較高,同時(shí)由于高原大風(fēng)的影響,跑道長(zhǎng)度對(duì)起飛、著陸重量也有限制。在蓉-拉航線實(shí)施RNP程序以前,為滿(mǎn)足越障要求,有的機(jī)型計(jì)算出來(lái)的油量甚至為負(fù)數(shù),即表明無(wú)法加滿(mǎn)足夠飛抵目的地的油量。[7]在實(shí)施RNP程序后,運(yùn)行載量有了明顯的提高,某公司在蓉-拉航線的業(yè)載已經(jīng)可以達(dá)到8055千克。業(yè)載的增加是航空公司經(jīng)濟(jì)效益提升的關(guān)鍵因素,基于RNP程序下,航空公司獲得了更多的利潤(rùn),同時(shí)也在蓉、拉兩地客貨運(yùn)輸以及貿(mào)易來(lái)往中扮演了重要的角色。
在天氣惡劣、地形復(fù)雜的蓉-拉航線上,RNP程序以其自身的優(yōu)勢(shì)完成了對(duì)傳統(tǒng)程序的取代。相比傳統(tǒng)程序,RNP程序的障礙物保護(hù)區(qū)域小;航線結(jié)構(gòu)好,航跡設(shè)計(jì)靈活;可依靠機(jī)載設(shè)備在最后進(jìn)近階段提供垂直引導(dǎo);一發(fā)失效返場(chǎng)程序的安全余度更高;安全評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)控制更加科學(xué)、全面。RNP程序在蓉-拉航線的運(yùn)行意義重大,為我國(guó)在西部地區(qū)高原復(fù)雜機(jī)場(chǎng)實(shí)施RNP程序奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),同時(shí)完整的程序使蓉-拉航線的航班正常率得到了提高;返航、備降航班減少;運(yùn)行載量得到了提高。在拉薩等西部地區(qū)高原復(fù)雜機(jī)場(chǎng)實(shí)施RNP程序,必將使航空公司最大限度地保障飛行安全,降低運(yùn)營(yíng)成本,增加經(jīng)濟(jì)效益,增加了航班時(shí)刻容量,提高了機(jī)場(chǎng)利用率,繼而為西部大開(kāi)發(fā)提供安全、順暢的空中交通走廊。
盡管RNP AR技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì),但也不得不看到它存在的問(wèn)題。(1)RNP AR程序完全依賴(lài)衛(wèi)星定位、衛(wèi)星通信及機(jī)載電子設(shè)備的完好性和可靠性,衛(wèi)星都使用美國(guó)的GPS,從戰(zhàn)略的角度上考慮,一旦GPS系統(tǒng)被惡意操控,RNP運(yùn)行將受到嚴(yán)重的影響,值得欣慰的是我國(guó)自行研制的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的成功發(fā)射,將成為今后RNP運(yùn)行的重要保障。(2)由于RNP飛行軌跡固定,在航跡上若遇到雷雨等特殊天氣現(xiàn)象,無(wú)法像傳統(tǒng)程序那樣進(jìn)行繞飛,只能終止進(jìn)近。(3)由于RNP的VNAV功能采用受溫度影響氣壓式高度表提供數(shù)據(jù),為避免下滑角過(guò)低或過(guò)高,設(shè)定了機(jī)場(chǎng)運(yùn)行最低溫度或最高溫度。隨著全球氣候的變化,極端的高溫或低溫天氣越來(lái)越多,可能會(huì)觸及所運(yùn)行機(jī)場(chǎng)的最低或最高溫度,影響航班的運(yùn)行正常性。(4)航空公司對(duì)航空器的改裝,以及加裝GPS定位系統(tǒng)等設(shè)備會(huì)提高航空公司運(yùn)營(yíng)成本。(5)基于RNP運(yùn)行下的高原航線,需要對(duì)運(yùn)行相關(guān)人員的資質(zhì)進(jìn)行重新認(rèn)定和復(fù)訓(xùn)。(6)如何實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)程序到RNP程序的過(guò)渡,尤其是管制手段等方面的過(guò)渡依然值得思考。
RNP程序在蓉-拉航線的運(yùn)行既有其無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì),又存在一定的局限性。因此,我們更應(yīng)該科學(xué)的去認(rèn)識(shí)和運(yùn)用RNP程序,從優(yōu)化設(shè)備以及培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)人才入手,充分發(fā)揮RNP程序在高原航線的優(yōu)勢(shì),為維護(hù)邊疆穩(wěn)定、促進(jìn)西藏經(jīng)濟(jì)建設(shè)和民族團(tuán)結(jié)做出貢獻(xiàn)。
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