導(dǎo)航(PBN)技術(shù)與傳統(tǒng)導(dǎo)航的對(duì)比分析

孫福君

摘要以性能為基礎(chǔ)的導(dǎo)航技術(shù)是目前國(guó)際民航領(lǐng)域發(fā)展的新穎航行技術(shù)之一，這種技術(shù)將高技術(shù)含量的導(dǎo)航技術(shù)和民用航空器性能有機(jī)結(jié)合，特別是與衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了從起飛離場(chǎng)至整個(gè)飛行環(huán)節(jié)的飛行指導(dǎo)。這是一種安全系數(shù)較高、較精確的一種航空運(yùn)行方式。PBN可以為民航運(yùn)輸?shù)陌踩?、高效率及正點(diǎn)提供充分保障。文章主要對(duì)比分析導(dǎo)航技術(shù)和傳統(tǒng)導(dǎo)航之間的不同，以期能為導(dǎo)航技術(shù)的運(yùn)用提供一定的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞導(dǎo)航技術(shù)；PBN；傳統(tǒng)導(dǎo)航；對(duì)比

中圖分類(lèi)號(hào)：V32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）11-0004-02

PBN在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)導(dǎo)航精度、可用性及連續(xù)性有更高的要求，故在導(dǎo)航系統(tǒng)選取、運(yùn)行的監(jiān)控方面要比傳統(tǒng)導(dǎo)航高很多。并且PBN的程序設(shè)計(jì)有一定程度的靈活性，保護(hù)區(qū)域?qū)挾刃?，可充分保證高原地帶機(jī)場(chǎng)在外部環(huán)境較為惡劣的情況下正常運(yùn)行。PBN導(dǎo)航技術(shù)和傳統(tǒng)導(dǎo)航相比，最大不同在于導(dǎo)航系統(tǒng)的選用方面，通常而言，傳統(tǒng)導(dǎo)航設(shè)施無(wú)ILS、VOR以及DME等，都是陸基導(dǎo)航系統(tǒng)。

1PBN技術(shù)和傳統(tǒng)導(dǎo)航原理的不同

1）PBN技術(shù)。

PBN運(yùn)行、導(dǎo)航系統(tǒng)，充分發(fā)揮了現(xiàn)代航空器飛機(jī)性能以及導(dǎo)航性能，最大限度確保飛行的安全。它出了保留傳統(tǒng)陸基導(dǎo)航設(shè)施DME、VOR之外，還運(yùn)用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。而全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)主要包括機(jī)載增強(qiáng)系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)、星基增強(qiáng)系統(tǒng)以及地基增強(qiáng)系統(tǒng)，在未來(lái)還可能包括Compass系統(tǒng)等。它有高精度定位，能夠?yàn)楹娇掌魈峁┚_度更高的航跡引導(dǎo)，充分約束總系統(tǒng)誤差，控制導(dǎo)航系統(tǒng)誤差，同時(shí)，PBN將衛(wèi)星當(dāng)作導(dǎo)航源，大大降低了地面設(shè)備興建、維護(hù)成本，縮減民用航空的運(yùn)輸成本[1]。此外，因衛(wèi)星導(dǎo)航的空間信號(hào)都來(lái)源于空中衛(wèi)星，其信號(hào)受遮擋概率和地面設(shè)備相比較小，從而增強(qiáng)了導(dǎo)航信號(hào)的連續(xù)性、完好性以及可使用性，在確保飛行精度的同時(shí)，又大大縮小了飛行保護(hù)區(qū)域，增加到達(dá)率與流量。

隨著DME、VOR越來(lái)越多地應(yīng)用在記載計(jì)算裝備、導(dǎo)航上面，產(chǎn)生了RNAV理念且其已經(jīng)得到初步運(yùn)用?，F(xiàn)今的導(dǎo)航技術(shù)設(shè)備除了包括以地面電臺(tái)為基礎(chǔ)的陸基設(shè)備，以衛(wèi)星導(dǎo)航為基礎(chǔ)的星基導(dǎo)航設(shè)備植物，同時(shí)還通過(guò)LORAN、VOR/DME以及GPS等。且近幾年來(lái)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不斷完善，星基系統(tǒng)以高精度、實(shí)時(shí)性的優(yōu)點(diǎn)可以確保飛機(jī)在整個(gè)飛行過(guò)程中進(jìn)行連續(xù)、準(zhǔn)確定位[2]。在空域允許條件下，憑借星基系統(tǒng)的多功能，飛機(jī)極易在任意兩點(diǎn)之間保持直線(xiàn)飛行，或選擇一條捷徑，依據(jù)飛行航路、衛(wèi)星導(dǎo)航，脫離地面建臺(tái)的約束，達(dá)到真正的航路設(shè)計(jì)隨意性。

2）傳統(tǒng)導(dǎo)航。

傳統(tǒng)導(dǎo)航必須要求在地面設(shè)置很多導(dǎo)航設(shè)施，設(shè)備的修護(hù)成本高，且航路的規(guī)劃，飛行流程的構(gòu)建非常困難，且領(lǐng)空領(lǐng)域受到嚴(yán)格限制。如果路基導(dǎo)航設(shè)置在高原地帶、遠(yuǎn)洋地區(qū)，則常常會(huì)發(fā)生導(dǎo)航信號(hào)覆蓋不全的現(xiàn)象，在某種程度上會(huì)降低導(dǎo)航精度，如果較復(fù)雜的環(huán)境，則可能根本無(wú)法導(dǎo)航，嚴(yán)重影響到航空器運(yùn)行及飛行安全。采用傳統(tǒng)導(dǎo)航，必須確保飛機(jī)順著已經(jīng)建立起來(lái)的航線(xiàn)飛行，在著陸環(huán)節(jié)，需有引導(dǎo)與著陸導(dǎo)航系統(tǒng)、VOR導(dǎo)航以及無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航、地標(biāo)/羅盤(pán)導(dǎo)航、ADF導(dǎo)航等。其中地標(biāo)導(dǎo)航主要指的是在飛行過(guò)程中用航圖和地面進(jìn)行對(duì)照，依據(jù)辨認(rèn)出來(lái)的地表判斷飛機(jī)的具體位置，然后確定飛行方向，科學(xué)預(yù)測(cè)到達(dá)目的地的時(shí)間的導(dǎo)航。無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航是先測(cè)得無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射出的信號(hào)相位、頻率參量、具體時(shí)間以及幅度，進(jìn)一步確定導(dǎo)航臺(tái)方位、距離差等參數(shù)，進(jìn)一步確定飛機(jī)和導(dǎo)航臺(tái)之間的相對(duì)位置關(guān)系以達(dá)到導(dǎo)航的目的[3]。而用ADF導(dǎo)航，飛行人員需要認(rèn)真分析方位信息、航向信息等確定位置。

采用傳統(tǒng)導(dǎo)航這種方式飛行，飛機(jī)只可以根據(jù)地面導(dǎo)航臺(tái)的不同路徑線(xiàn)路進(jìn)行向背臺(tái)飛行。因受到向、背導(dǎo)航臺(tái)不同飛行方法的限制，飛機(jī)的飛行航跡基本固定，在某種程度上限制了終端區(qū)域的飛行容量，以至于不能優(yōu)化導(dǎo)航布局設(shè)施，大大限制了航空運(yùn)行水平?，F(xiàn)階段民航大型的運(yùn)輸機(jī)均配備了IRS、FMS以及GPS等相關(guān)導(dǎo)航準(zhǔn)備，有一定的區(qū)域?qū)Ш焦δ?，可拍拖?dǎo)航臺(tái)的約束，達(dá)到航路點(diǎn)至航路點(diǎn)直飛的目的。但是若一直采用傳統(tǒng)導(dǎo)航方式，則會(huì)浪費(fèi)很多資源。

2PBN技術(shù)和傳統(tǒng)導(dǎo)航比較

1）PBN技術(shù)主要是由航路點(diǎn)至航路點(diǎn)組成，能逐點(diǎn)飛行，也可越過(guò)航路點(diǎn)飛行；而傳統(tǒng)導(dǎo)航航路結(jié)構(gòu)主要是由電臺(tái)→電臺(tái)形成的逐臺(tái)飛行，從一個(gè)電臺(tái)至下一個(gè)電臺(tái)。

2）PBN導(dǎo)航航空器的絕對(duì)位置確定，并用地理坐標(biāo)表示出來(lái)，而傳統(tǒng)導(dǎo)航確定的是航空器相對(duì)導(dǎo)航臺(tái)的相對(duì)位置。

3）PBN技術(shù)所依據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)導(dǎo)航精度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)導(dǎo)航。

4）在機(jī)載設(shè)備配置方面：PBN技術(shù)的RNAV新航行系統(tǒng)確保飛行員不用借助地面導(dǎo)航設(shè)施，只用順著有精確定義的航班飛行痕跡，進(jìn)行復(fù)雜進(jìn)港與離港的飛行；而傳統(tǒng)導(dǎo)航用的是單、雙套設(shè)備，精度及可靠性均屬于中等[4]。

5）在機(jī)載設(shè)備方面，PBN技術(shù)除了接收機(jī)還需憑借飛行管理系統(tǒng)，其能夠接收多種導(dǎo)航源，通過(guò)飛行管理進(jìn)而自動(dòng)選用合適的導(dǎo)航源。而傳統(tǒng)導(dǎo)航主要是無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航接收機(jī)，需要借助地面導(dǎo)航臺(tái)以及機(jī)載接收機(jī)就可以完成。PBN技術(shù)的導(dǎo)航設(shè)施、航路機(jī)構(gòu)以及機(jī)載設(shè)備與傳統(tǒng)導(dǎo)航相比均較先進(jìn)，且飛行安全系數(shù)高、可取得可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。

3PBN技術(shù)運(yùn)行要求

1）需要確認(rèn)航空器設(shè)備可滿(mǎn)足RNP或者RNAV運(yùn)行的一些列性能需求，并提供必要的文件證明。

2）運(yùn)行PBN的相關(guān)導(dǎo)航系統(tǒng)流程、導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)處理流程必須完善齊備，且可提供各種相關(guān)證明文件。

3）需要對(duì)PBN運(yùn)行過(guò)程中的空管人員、機(jī)組人員等等各種相關(guān)人員提供相應(yīng)的PBN培訓(xùn)，在PBN導(dǎo)航規(guī)范中規(guī)定RNP、RNAV運(yùn)行過(guò)程中航空器必須具備的各種性能。在PBN的具體運(yùn)行過(guò)程中各種導(dǎo)航規(guī)范都牽涉到側(cè)向精度，而側(cè)向精度主要是用預(yù)期航跡中心線(xiàn)兩側(cè)的海里數(shù)值來(lái)表示的，明確要求航空器于95%的時(shí)間范圍內(nèi)能夠達(dá)到預(yù)期航跡中心線(xiàn)兩側(cè)的精度數(shù)值[5]。

針對(duì)航空器的意外誤差，如：空間信號(hào)故障、RANV系統(tǒng)故障等，在運(yùn)行之前可采取相應(yīng)的預(yù)防措施，并做好必要的應(yīng)對(duì)方案。通常情況下，航空器的意外誤差未列入機(jī)載性能監(jiān)視、告警要求，需采用機(jī)組流程、培訓(xùn)以及監(jiān)視探測(cè)等各種方法處理。在導(dǎo)航規(guī)范中明確指出航空器需要在相對(duì)應(yīng)的PBN運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)用導(dǎo)航設(shè)備，并具備相應(yīng)的導(dǎo)航設(shè)施，且在PBN技術(shù)運(yùn)行之前達(dá)到。

4）RNP的提出及應(yīng)用。RNP主要是在RNAV的基礎(chǔ)上提出來(lái)的，可同時(shí)支持RNAV系統(tǒng)與機(jī)載性能監(jiān)控，在運(yùn)行RNP系統(tǒng)時(shí)必須要求可重復(fù)、能夠預(yù)測(cè)順著規(guī)劃地面航跡飛行的能力，且穩(wěn)定可靠。在由垂直剖面嘗試垂直引導(dǎo)時(shí)，用仰角高度來(lái)判斷所需要的垂直航徑。

5）運(yùn)行PBN技術(shù)之前確保運(yùn)行流程的完備，并確定導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)的處理流程完備。導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)中的全部數(shù)據(jù)通常來(lái)自設(shè)備調(diào)整、設(shè)計(jì)程序等各個(gè)方面，數(shù)據(jù)定義的安全程度主要由數(shù)據(jù)的完好性、分辨率以及精確性去定。而數(shù)據(jù)的完好性主要由從生成至使用的完整航空數(shù)據(jù)鏈而定；數(shù)據(jù)的分辨率主要由最初數(shù)據(jù)生成、后續(xù)處理數(shù)據(jù)之間的所選用的程序決定；數(shù)據(jù)精確性主要是指在數(shù)據(jù)生成期間所采用的處理方式。航空運(yùn)行人員在將PBN技術(shù)推向市場(chǎng)后，必須保證數(shù)據(jù)的有效性、處理數(shù)據(jù)完備性。并且PBN技術(shù)得到運(yùn)行還需要相關(guān)操作人員依據(jù)RNAV、RNP的規(guī)定，對(duì)機(jī)務(wù)人員、飛行人員以及空管人員進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)。

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4PBN技術(shù)和傳統(tǒng)導(dǎo)航效益比較

采用新的導(dǎo)航技術(shù)，能夠提升導(dǎo)航的靈活性，確保運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)，進(jìn)一步直接提高航空公司經(jīng)濟(jì)效益。

通過(guò)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知：

1）導(dǎo)航技術(shù)能夠提升飛行效率，用衛(wèi)星導(dǎo)航，飛機(jī)可在任何給定起降點(diǎn)之間自主選擇航線(xiàn)，進(jìn)而縮減飛行距離，提升空間利用效率。

2）和傳統(tǒng)導(dǎo)航相比，促使飛行員不需要過(guò)分依靠地面導(dǎo)航設(shè)施，只需要順著精確定義航跡飛行即可，同時(shí)還能做一些較復(fù)雜的進(jìn)出港飛行動(dòng)作，大大增強(qiáng)了飛行安全系數(shù)。并且隨著導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用，航路之間的距離會(huì)縮小，能在給定空域內(nèi)增加較多容量。

3）導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用達(dá)到了節(jié)能減排的目的，其應(yīng)用還能夠提高與之相關(guān)的多方經(jīng)濟(jì)效益。比如：工作人員需求較少、耗油量較少、發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)小且保險(xiǎn)費(fèi)較低等[6]。

4）導(dǎo)航技術(shù)提供環(huán)保飛行，在連續(xù)直線(xiàn)短路路徑的條件下下降航路可以降低耗油量，減少肺氣排放量。該技術(shù)的設(shè)計(jì)航路方式較為靈活，在某種程度上能夠規(guī)避在噪聲敏感地帶飛行，有一定的環(huán)保效果。

當(dāng)前，我國(guó)民航已經(jīng)嘗試著采用PBN技術(shù)，在2007年廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)就成功試飛了導(dǎo)航流程。而在2009年北京終端附近的導(dǎo)航也進(jìn)入了正式運(yùn)行階段，運(yùn)行結(jié)果為飛行路徑非常精確，最大偏離航向數(shù)值≤1.6千米，達(dá)到了相關(guān)飛行標(biāo)準(zhǔn)。

5結(jié)束語(yǔ)

PBN技術(shù)若在未來(lái)正確使用，其不但可以縮短、簡(jiǎn)化航班路線(xiàn)，同時(shí)還能選用對(duì)環(huán)境造成不良影響程度最小的航班路線(xiàn)。未來(lái)全世界民航導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展方向即從傳統(tǒng)導(dǎo)航向著PBN技術(shù)過(guò)渡，預(yù)計(jì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)，導(dǎo)航的完整性、精確度將提升至更高水平，進(jìn)一步產(chǎn)生間隔較為密實(shí)的平行航線(xiàn)。

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