張輝彬

摘要：航空器在空中運(yùn)行時(shí)都保持著較高的運(yùn)行速度，而且航空器在空中停留的時(shí)間是有限的，并且如果出現(xiàn)差錯(cuò)可能會(huì)引起嚴(yán)重的航空事故。航空導(dǎo)航的應(yīng)用能夠給空中運(yùn)行的航空器提供連續(xù)的安全可靠的技術(shù)服務(wù)，引導(dǎo)航空器進(jìn)行飛行，安全到達(dá)目的地。民航導(dǎo)航技術(shù)對(duì)空中交通的運(yùn)行安全意義重大。本文就民航導(dǎo)航方面的技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展以及趨勢(shì)進(jìn)行闡述并開(kāi)展研究。

關(guān)鍵詞：民用航空;導(dǎo)航技術(shù);發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì);GPS

引言

無(wú)線電技術(shù)在航空導(dǎo)航領(lǐng)域的應(yīng)用，因?yàn)槠潆姶挪ǖ奶匦愿淖兞嗽瓉?lái)導(dǎo)航精度不高的情況，而且也減少了氣候、季節(jié)變化、能見(jiàn)度問(wèn)題以及各種環(huán)境因素對(duì)導(dǎo)航的影響。上世紀(jì)七十年代信息技術(shù)應(yīng)用于航空導(dǎo)航，衛(wèi)星導(dǎo)航及其配套的增強(qiáng)組合系統(tǒng)更加精確的為空中交通提供二十四小時(shí)的服務(wù)，衛(wèi)星導(dǎo)航的經(jīng)濟(jì)性、高效性、全面性等使其成為了未來(lái)航空領(lǐng)域?qū)Ш较到y(tǒng)的一股強(qiáng)大勢(shì)力。航空器在茫茫的高空之上，隨時(shí)掌握自己的動(dòng)態(tài)信息十分重要，能夠減少空中運(yùn)行的安全隱患，先進(jìn)的導(dǎo)航技術(shù)是航空器安全有序運(yùn)行的依賴，也是整個(gè)民航系統(tǒng)正常運(yùn)行的保障。

1民航導(dǎo)航技術(shù)的現(xiàn)狀

1.1支持航路的導(dǎo)航技術(shù)

1.1.1慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

陸基無(wú)線電導(dǎo)航技術(shù)在上世紀(jì)二十年代后期逐漸成為了民航的主要導(dǎo)航技術(shù)，但是其缺乏一定的地面設(shè)施以及系統(tǒng)的支持，在自助定位導(dǎo)航上存在較大的困難，也限制了航空事業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。六十年代具備自主導(dǎo)航能力的INS（慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）應(yīng)用于航空領(lǐng)域，軍航上能夠滿足其生存能力、干擾力、反利用、反欺騙的要求，所以也被廣泛應(yīng)用。民航上INS能夠提供很好的連續(xù)性導(dǎo)航服務(wù)，并且在一定時(shí)間內(nèi)導(dǎo)航參數(shù)精度很高，且更新速度快。上世紀(jì)七十年代末期數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，再加上寬體飛機(jī)的應(yīng)用發(fā)展，使INS進(jìn)入了發(fā)展高峰期。許多陸基導(dǎo)航與INS相比較，顯得INS優(yōu)勢(shì)更加明顯，特別是其可以進(jìn)行航空器的三維方面的顯示（位置、速度），還能提供航向姿態(tài)等重要信息。INS成為了民航航空器的基本導(dǎo)航系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。

1.1.2陸基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)

陸基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)被廣泛推廣使用的原因，與其經(jīng)濟(jì)、安全性高緊密相關(guān)，特別是其將復(fù)雜性在地面導(dǎo)航臺(tái)那里集中，這樣就使機(jī)載的部分設(shè)備簡(jiǎn)單了很多。NDB（不推薦使用）、DME、VOR是現(xiàn)在使用的地面主要設(shè)備。VOR/DME&VOR/VOR則無(wú)法適用于精度要求較高的區(qū)域?qū)Ш?，DME/DME是目前ICAO應(yīng)用最多的。

1.1.3星基導(dǎo)航系統(tǒng)

GPS是應(yīng)用于航空領(lǐng)域的星基導(dǎo)航始祖，而且目前為止一直被廣泛使用，性能也一直被不斷的開(kāi)發(fā)研究創(chuàng)新。雖然現(xiàn)在有很多的其他星基導(dǎo)航系統(tǒng)被研究使用，但是在這些后繼研究創(chuàng)新出來(lái)的星基導(dǎo)航系統(tǒng)里都是以GPS為藍(lán)本進(jìn)行參照的，并且在研發(fā)時(shí)盡量讓新的星基導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS能在一定的條件下兼容并用。GPS也不僅僅只在航空領(lǐng)域大顯其作用，它已經(jīng)深入到了國(guó)家各個(gè)方面影響著普通百姓的生活，GPS是一個(gè)能將位置、時(shí)間、速度準(zhǔn)確提供的賦能系統(tǒng)，并且GPS在社會(huì)上已經(jīng)形成了一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)鏈，深入各大行業(yè)，GPS是現(xiàn)代星基導(dǎo)航的基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段GNSS應(yīng)用工作嘗試著解決民航應(yīng)用中的一些特別問(wèn)題（監(jiān)測(cè)問(wèn)題方面的增強(qiáng)技術(shù)），但是其工作也是集中于GPS和其技術(shù)的研究。

1.2終端區(qū)進(jìn)近引導(dǎo)技術(shù)分析

1.2.1大規(guī)模應(yīng)用中的ILS系統(tǒng)

ILS現(xiàn)在在民航中被廣泛利用，其作用是為降落的航空器進(jìn)行著陸引導(dǎo)，比如航向道信息、距離以及下滑道信息等。ILS根據(jù)其性能進(jìn)行分類為：Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ類。首先是Ⅰ類，從其覆蓋周邊開(kāi)始，導(dǎo)航道和下滑道高度需高于六十米的范圍提供引導(dǎo)信息的設(shè)備;Ⅱ類，能引導(dǎo)航空器到三十米的設(shè)備;Ⅲ類引導(dǎo)航空器至跑道的設(shè)備。我國(guó)現(xiàn)行裝備中大部分為Ⅰ類ILS，有一小部分為Ⅱ類ILS，究其原因不僅僅是因?yàn)樵O(shè)備問(wèn)題，很多是因?yàn)閳?chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法達(dá)到（障礙物比較多、場(chǎng)地地面不夠平整等），這樣使得航道、下滑道曲折不能達(dá)標(biāo)。另外周邊的電磁干擾過(guò)強(qiáng)會(huì)使引導(dǎo)信號(hào)超標(biāo)。在老式裝備ILS系統(tǒng)里，對(duì)航空器多是進(jìn)行指點(diǎn)信標(biāo)提供跑道入口距離信息?，F(xiàn)在采用的是DME距離測(cè)試方法。DME/N在基本配置里被采用，根據(jù)國(guó)際民航組織規(guī)定，由于DME/N系統(tǒng)精度為370米，某些方面來(lái)講誤差會(huì)很大，所以采用精密測(cè)距儀（DME/P）。精密測(cè)距儀路徑跟隨PEE在進(jìn)近基準(zhǔn)點(diǎn)上為±30米或±12米。

1.2.2重要的輔助設(shè)施助航燈光系統(tǒng)

助航燈曾經(jīng)是航空器著陸的關(guān)鍵性設(shè)施，密切關(guān)系著航空器降落的安全。但是隨著ILS的廣泛性應(yīng)用，助航燈系統(tǒng)在航空器著陸引導(dǎo)中是起到輔助引導(dǎo)或者備份的作用。但是助航燈系統(tǒng)一直在發(fā)展優(yōu)化中，除了長(zhǎng)時(shí)性和高穩(wěn)定性以外，助航燈系統(tǒng)具有更加高級(jí)的地面活動(dòng)引導(dǎo)功能以及單燈引導(dǎo)控制功效，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了航空器單架的個(gè)性引導(dǎo)，也實(shí)現(xiàn)了空中與地面的無(wú)縫銜接，提高了航空器著陸過(guò)程中的安全性，提高了機(jī)場(chǎng)運(yùn)行效率以及增大了機(jī)場(chǎng)容量，也為航空器機(jī)組成員帶來(lái)更加貼心、安全、精確的引導(dǎo)服務(wù)。

1.2.3發(fā)展中的局域衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)

上世紀(jì)九十年代FAA就大力對(duì)LAAS進(jìn)行了發(fā)展，其目的是將GPS很好的應(yīng)用于精密進(jìn)近或者航空器著陸中。LAAS由地面的設(shè)施以及機(jī)載設(shè)備兩部分構(gòu)成，屬于GBAS。地面設(shè)施在已知準(zhǔn)確的位置有一組高精GPS基準(zhǔn)接收機(jī)，產(chǎn)生的系列數(shù)據(jù)會(huì)被處理從而產(chǎn)生有用的信號(hào)信息經(jīng)過(guò)VHF數(shù)據(jù)鏈廣播至進(jìn)近中的航空器，以提高機(jī)載設(shè)備的性能（高精度、完整性、持續(xù)性、可靠性等），從而滿足Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ類以及精密進(jìn)近以及著陸的要求。LAAS在地面的一套設(shè)施其實(shí)不僅只服務(wù)一個(gè)機(jī)場(chǎng)，還可以覆蓋附近一定范圍內(nèi)的幾個(gè)機(jī)場(chǎng)，曲線/折線進(jìn)近都可以。與ILS/MLS（每一條跑道兩端都需要各設(shè)一套）對(duì)比，優(yōu)勢(shì)十分顯著，經(jīng)濟(jì)性也很強(qiáng)。對(duì)于大型機(jī)場(chǎng)或者國(guó)際城市特別受用，因?yàn)楹芏啻笮蜋C(jī)場(chǎng)都有很多跑道，并且大型的國(guó)際城市周圍都有幾個(gè)機(jī)場(chǎng)，LAAS很受歡迎。

2GNSS發(fā)展分析

新的星基導(dǎo)航技術(shù)越來(lái)越受到全球各國(guó)的重視，但是GNSS在高可靠性上還是尚有缺乏，不能滿足民航這方面需要。美國(guó)也開(kāi)展了一系列的民航星基導(dǎo)航研究（WAAS、LAAS、ABAS），其中前兩項(xiàng)已經(jīng)準(zhǔn)備開(kāi)始大規(guī)模的應(yīng)用，ABAS正在進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證。但是這些完全依賴于美軍控制的GPS實(shí)時(shí)導(dǎo)航，在國(guó)家機(jī)密上有一定的安全隱患，所以全球各國(guó)也進(jìn)行著自己的計(jì)劃，譬如：歐洲的Galileo計(jì)劃、我國(guó)的北斗計(jì)劃、俄羅斯對(duì)GLONNASS也正在完善。目前GPS仍是星基導(dǎo)航技術(shù)中唯一能進(jìn)行全球定位的。過(guò)去的幾十年中，軍民航空器依靠地面的著陸系統(tǒng)保證了航空器二十四小時(shí)的盲目著陸，大量的航空器在各類著陸系統(tǒng)的引導(dǎo)下安全降落，最近幾年GPS的深入研究應(yīng)用，其性能受到了極大關(guān)注，GPS在民航內(nèi)開(kāi)展了大量的實(shí)驗(yàn)性研究工作。

小結(jié)

可能未來(lái)不久民航的主要導(dǎo)航模式是：INS作為基礎(chǔ)導(dǎo)航源，GNSS則是主導(dǎo)航源。而導(dǎo)航備用系統(tǒng)可能還會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)使用陸基導(dǎo)航。不過(guò)由于陸基導(dǎo)航系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用比較高以及其性能特點(diǎn)，備用系統(tǒng)未來(lái)可能會(huì)使用近似于羅蘭-C系統(tǒng)作為冗余配置，終端區(qū)以及進(jìn)近，等多點(diǎn)位引導(dǎo)技術(shù)成熟后，可以作為備用。這樣的搭配使用，能增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益，提高性能，更好的為民航空中交通運(yùn)行提供安全有序的保障。

參考資料

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