關(guān)于通用機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航設(shè)施建設(shè)的思考

文 / 韓 曉

通用航空與公共航空運(yùn)輸構(gòu)成民用航空的“兩翼”，是民用航空的重要組成部分。建設(shè)發(fā)達(dá)的立體交通運(yùn)輸體系不僅要有發(fā)達(dá)的公共航空運(yùn)輸，還應(yīng)有發(fā)達(dá)的通用航空來(lái)支持。從民航的發(fā)展規(guī)律來(lái)看，通用航空是公共航空運(yùn)輸發(fā)展的基礎(chǔ)。

相比運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)，通用機(jī)場(chǎng)的飛行作業(yè)類型導(dǎo)航方式的選擇，直接影響到通用航空發(fā)展的質(zhì)量和深度。以下重點(diǎn)從通用機(jī)場(chǎng)建設(shè)的角度，進(jìn)行了導(dǎo)航設(shè)施建設(shè)模式的分析和思考，為工程實(shí)踐提供一定的參考。

一、飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展歷程

飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)（aircraft navigation system）是指確定飛機(jī)的位置并引導(dǎo)飛機(jī)按預(yù)定航線飛行的整套設(shè)備（包括飛機(jī)上的和地面上的設(shè)備）。飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的功能，主要是引導(dǎo)飛機(jī)沿預(yù)定航線飛行，并引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)、離場(chǎng)，完成進(jìn)場(chǎng)著陸和離場(chǎng)飛行。導(dǎo)航的關(guān)鍵在于確定飛機(jī)的瞬時(shí)位置。確定飛機(jī)位置有目視定位、航位推算和幾何定位三種方法。目視定位是由駕駛員觀察地面標(biāo)志來(lái)判定飛機(jī)位置；航位推算是根據(jù)已知的前一時(shí)刻的位置和測(cè)得的導(dǎo)航參數(shù)來(lái)推算當(dāng)前飛機(jī)的位置；幾何定位是以某些位置完全確定的導(dǎo)航點(diǎn)為基準(zhǔn)，測(cè)量出飛機(jī)相對(duì)于這些導(dǎo)航點(diǎn)的幾何關(guān)系，進(jìn)而定出飛機(jī)的絕對(duì)位置。

早期的飛機(jī)主要采用目視飛行，飛行員通過(guò)觀察公路、鐵路、河流、山峰、城鎮(zhèn)或湖泊等地標(biāo)來(lái)確定飛機(jī)的方位。20世紀(jì)20年代開(kāi)始發(fā)展儀表導(dǎo)航。飛機(jī)上有了簡(jiǎn)單的儀表，靠人工計(jì)算得出飛機(jī)當(dāng)時(shí)的位置。30年代出現(xiàn)無(wú)線電導(dǎo)航，首先使用的是中波四航道無(wú)線電信標(biāo)和無(wú)線電羅盤。40年代初開(kāi)始研制超短波的伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)和儀表著陸系統(tǒng)。50年代初慣性導(dǎo)航系統(tǒng)用于飛機(jī)導(dǎo)航。50年代末出現(xiàn)多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)。60年代開(kāi)始使用遠(yuǎn)程無(wú)線電羅蘭C導(dǎo)航系統(tǒng)，作用距離達(dá)到2000公里。為滿足軍事上的需要還研制出塔康導(dǎo)航系統(tǒng)，后又出現(xiàn)伏爾塔克導(dǎo)航系統(tǒng)及超遠(yuǎn)程的奧米加導(dǎo)航系統(tǒng)，作用距離已達(dá)到10000公里。1963年出現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航,70年代以后發(fā)展全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)。直到80年代DME加盟無(wú)線電導(dǎo)航后，才從定向到定位前進(jìn)了一步?，F(xiàn)在以GPS為代表的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是被廣泛應(yīng)用的精確定位的一種主要導(dǎo)航方式。

目前，國(guó)內(nèi)民用運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)主要采用全向信標(biāo)/測(cè)距儀（DVOR/DME）導(dǎo)航方式，配合儀表著陸系統(tǒng)（ILS）完成進(jìn)近和著陸，一般也都已設(shè)計(jì)了基于衛(wèi)星導(dǎo)航的PBN（基于性能的導(dǎo)航）飛行程序。此外，由于歷史原因，許多民用機(jī)場(chǎng)仍保留無(wú)方向性信標(biāo)臺(tái)（NDB）作為指點(diǎn)標(biāo)使用，NDB臺(tái)也可作為歸航臺(tái)使用，飛行程序設(shè)計(jì)時(shí)，可使用向臺(tái)和背臺(tái)飛行方法。

圖1 通用航空服務(wù)功能

相比民用運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)，由于通用航空飛機(jī)的使用功能不同，機(jī)型種類多樣，機(jī)載設(shè)備差異等原因，并考慮到投資建設(shè)和后期維護(hù)成本，儀表著陸系統(tǒng)（ILS）和導(dǎo)航臺(tái)站的建設(shè)也根據(jù)實(shí)際需求確定。導(dǎo)航設(shè)施的配置方案，直接影響到機(jī)場(chǎng)的飛行程序設(shè)計(jì)方案和機(jī)場(chǎng)的飛行方法的選擇，進(jìn)而將對(duì)機(jī)場(chǎng)能夠從事的飛行任務(wù)的種類等產(chǎn)生根本性的影響。以下重點(diǎn)從機(jī)場(chǎng)使用功能、機(jī)載設(shè)備差異、導(dǎo)航頻率資源等方面，分析通用機(jī)場(chǎng)的導(dǎo)航設(shè)施建設(shè)模式。

二、通用機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航設(shè)施建設(shè)方案的影響因素

（一）機(jī)場(chǎng)使用功能

通用航空是指使用民用航空器從事公共航空運(yùn)輸以外的民用航空活動(dòng)，包括從事工業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)和建筑業(yè)的作業(yè)飛行以及醫(yī)療衛(wèi)生、搶險(xiǎn)救災(zāi)、氣象探測(cè)、海洋監(jiān)測(cè)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、教育訓(xùn)練、文化體育等方面的飛行活動(dòng)。通用航空所使用的航空器一般分為四類：固定翼飛機(jī)、直升機(jī)、旋翼機(jī)和無(wú)人駕駛飛行器。從服務(wù)的角度來(lái)看，通用航空有三大功能：公共服務(wù)功能、經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)功能和消費(fèi)市場(chǎng)服務(wù)功能。

由于通用航空的服務(wù)功能多樣，執(zhí)行的規(guī)章包括CCAR-121、CCAR-135、CCAR-91等，飛行方法有所不同，比如：工業(yè)、農(nóng)林、警務(wù)及應(yīng)急救援飛行等一般為目視飛行，主要在機(jī)場(chǎng)或起降點(diǎn)周邊飛行；短途運(yùn)輸、公務(wù)航空等一般為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的儀表飛行，需加入航路航線飛行。

（二）建臺(tái)環(huán)境限制

根據(jù)民航局《民用航空導(dǎo)航臺(tái)建設(shè)指導(dǎo)材料》、《民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視臺(tái)（站）設(shè)置選址技術(shù)審查辦法（試行）》等相關(guān)文件要求，機(jī)場(chǎng)設(shè)置導(dǎo)航臺(tái)站，需根據(jù)飛行程序設(shè)計(jì)方案進(jìn)行臺(tái)站選址，并進(jìn)行遮蔽角測(cè)量、電磁環(huán)境測(cè)試、信號(hào)覆蓋分析等工作，結(jié)合工程建設(shè)條件分析，論證臺(tái)址方案的可行性和臺(tái)站的建設(shè)方案。

其中，涉及到臺(tái)站的建設(shè)方案，又分為全向信標(biāo)/測(cè)距儀臺(tái)（DVOR/DME）和無(wú)方向性信標(biāo)臺(tái)（NDB）兩種主要的方案。全向信標(biāo)/測(cè)距儀臺(tái)（DVOR/DME）可提供方位和距離信息，造價(jià)較高，能夠?qū)崿F(xiàn)航空器的定位；無(wú)方向性信標(biāo)臺(tái)（NDB）僅能實(shí)現(xiàn)向臺(tái)和背臺(tái)飛行，造價(jià)低，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)航空器的定位。

（三）機(jī)場(chǎng)用地限制

此外，由于目視跑道及儀表跑道升降帶的尺寸不同，機(jī)場(chǎng)的用地范圍有較大差異。根據(jù)《民用機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（MH5001），以飛行區(qū)等級(jí)2B、跑道長(zhǎng)度1200米為例，儀表跑道的升降帶寬度為自跑道中線及其延長(zhǎng)線向每側(cè)延伸75米，非儀表跑道為40米；升降帶長(zhǎng)度為在跑道入口前，自跑道端或停止道端向外延伸至少60米。因此，同等跑道長(zhǎng)度條件下，采用目視飛行的通用機(jī)場(chǎng)比儀表飛行的通用機(jī)場(chǎng)僅飛行區(qū)用地將節(jié)省50%左右。

機(jī)場(chǎng)采用儀表運(yùn)行時(shí)，要求地面導(dǎo)航設(shè)施配置方案應(yīng)與飛行區(qū)的升降帶尺寸等條件相配套，如此才能保證飛行安全。并且，從機(jī)場(chǎng)規(guī)劃的角度考慮，機(jī)場(chǎng)遠(yuǎn)期的發(fā)展可能涉及到飛行區(qū)等級(jí)的提升，進(jìn)而會(huì)對(duì)機(jī)場(chǎng)的導(dǎo)航方式的變化及用地規(guī)模等提出規(guī)劃要求。因此，不同使用功能的通用機(jī)場(chǎng)，是否建設(shè)地面導(dǎo)航臺(tái)站，也需要統(tǒng)籌考慮征地條件及機(jī)場(chǎng)未來(lái)發(fā)展規(guī)劃等因素。

（四）導(dǎo)航頻率資源限制

近年來(lái)，我國(guó)民用航空器的數(shù)量以及機(jī)場(chǎng)、航路和管制扇區(qū)的不斷增加，運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)對(duì)航空頻率的需求量迅速增長(zhǎng)，導(dǎo)航頻率資源的使用日益緊張，提高頻率資源利用率是保障我國(guó)民航健康發(fā)展的迫切需求。

參照《國(guó)際民用航空公約》附件10推薦的導(dǎo)航臺(tái)地理間隔計(jì)算方法，同波道情況下，一臺(tái)有效發(fā)射功率50瓦的VOR要距離儀表著陸系統(tǒng)保護(hù)點(diǎn)至少148公里；鄰波道情況下，則至少需要相隔9.3公里?？紤]到儀表著陸系統(tǒng)均配置測(cè)距儀，相同頻率儀表著陸系統(tǒng)應(yīng)相距200公里以上，間隔50kHz的相鄰頻率儀表著陸系統(tǒng)應(yīng)相距80公里以上。

除專供公務(wù)機(jī)等噴氣式飛機(jī)使用的通用機(jī)場(chǎng)外，一般通用機(jī)場(chǎng)不設(shè)置儀表著陸系統(tǒng)，但儀表飛行的通用機(jī)場(chǎng)，一般會(huì)考慮設(shè)置全向信標(biāo)/測(cè)距儀臺(tái)（DVOR/DME）或無(wú)方向性信標(biāo)臺(tái)（NDB），即需要滿足上述導(dǎo)航臺(tái)地理間隔要求。而通用機(jī)場(chǎng)將與運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)共用分享日益緊張的導(dǎo)航頻率資源，這就需要統(tǒng)籌考慮通用機(jī)場(chǎng)的導(dǎo)航設(shè)施建設(shè)方案及頻率分配。

因此，通用機(jī)場(chǎng)是否建設(shè)地面導(dǎo)航設(shè)施也要綜合考慮周邊機(jī)場(chǎng)的建設(shè)規(guī)劃和機(jī)場(chǎng)等級(jí)。距離周邊的運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)較近的通用機(jī)場(chǎng)，在機(jī)場(chǎng)選址階段，就應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航設(shè)施配置方案對(duì)鄰近機(jī)場(chǎng)的影響，包括信號(hào)覆蓋及頻率沖突等方面。

（五）擬使用機(jī)型的機(jī)載設(shè)備限制

通用航空不同于運(yùn)輸航空，其主要區(qū)別在于，兩者使用機(jī)型的類型、大小、航空器性能、機(jī)載設(shè)備等差別較大。部分通用航空飛機(jī)存在無(wú)增壓艙、升限較低、未安裝VOR接收機(jī)等限制條件，在高原、高高原等山區(qū)飛行時(shí)難以達(dá)到部分航路的最低安全高度，無(wú)法實(shí)施點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的航路儀表飛行，僅能低空本場(chǎng)或轉(zhuǎn)場(chǎng)飛行，此類情況下，建設(shè)地面導(dǎo)航設(shè)施的意義不大。執(zhí)行短途運(yùn)輸、公務(wù)航空等飛行活動(dòng)的航空器一般不存在上述限制，此類通用機(jī)場(chǎng)，可根據(jù)實(shí)際建設(shè)需求，結(jié)合信號(hào)覆蓋、導(dǎo)航頻率資源分配等因素，統(tǒng)籌規(guī)劃地面導(dǎo)航設(shè)施的建設(shè)。

圖2 通用機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航設(shè)施建設(shè)方案影響因素

三、通用機(jī)場(chǎng)的導(dǎo)航設(shè)施建設(shè)模式分析

根據(jù)上述分析，通用機(jī)場(chǎng)的導(dǎo)航設(shè)施建設(shè)方案的主要影響因素包括：機(jī)場(chǎng)使用功能、建臺(tái)環(huán)境限制、機(jī)場(chǎng)用地限制、導(dǎo)航頻率資源限制、擬使用機(jī)型的機(jī)載設(shè)備限制等，如圖2所示。

具體到通用機(jī)場(chǎng)的導(dǎo)航設(shè)施建設(shè)模式，建議首先確定通用機(jī)場(chǎng)的使用功能、近遠(yuǎn)期的擬使用機(jī)型及其機(jī)載設(shè)備的配置情況，并結(jié)合不同服務(wù)功能的飛行方法，明確機(jī)場(chǎng)的跑道類別，即目視跑道或者儀表跑道。

在此基礎(chǔ)上，目視飛行一般不需要建設(shè)地面導(dǎo)航臺(tái)站；儀表飛行需要導(dǎo)航信號(hào)引導(dǎo)飛行器到達(dá)或飛離機(jī)場(chǎng)，建設(shè)本場(chǎng)的導(dǎo)航設(shè)施是必要的。若實(shí)施儀表飛行的通用機(jī)場(chǎng)，需在充分論證臺(tái)址方案的可行性和臺(tái)站的建設(shè)方案后，包括電磁環(huán)境測(cè)試、遮蔽角測(cè)量、飛行程序設(shè)計(jì)要求、信號(hào)覆蓋分析等，并統(tǒng)籌考慮機(jī)場(chǎng)征地條件、未來(lái)發(fā)展規(guī)劃、導(dǎo)航頻率資源分配、投資效益等因素，確定合理的導(dǎo)航設(shè)施建設(shè)方案。

結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，建議以短途運(yùn)輸、公務(wù)飛行、飛行培訓(xùn)等功能為主的通用機(jī)場(chǎng)需設(shè)置地面導(dǎo)航臺(tái)站，并優(yōu)先考慮全向信標(biāo)/測(cè)距儀臺(tái)（DVOR/DME），其他以本場(chǎng)飛行為主的通用機(jī)場(chǎng)，可以考慮目視飛行，如需采用儀表飛行方法，建議可重點(diǎn)從機(jī)場(chǎng)建設(shè)投資成本的角度考慮，優(yōu)先考慮設(shè)置無(wú)方向性信標(biāo)（NDB）臺(tái)作為歸航臺(tái)使用，后期根據(jù)機(jī)場(chǎng)的遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃，做好導(dǎo)航設(shè)施臺(tái)址的預(yù)留及保護(hù)工作，結(jié)合機(jī)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，研究對(duì)機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航設(shè)施進(jìn)行升級(jí)改造。

四、小結(jié)

隨著國(guó)內(nèi)通用航空發(fā)展的不斷深入及通用機(jī)場(chǎng)建設(shè)熱情的不斷高漲，如何才能讓通用機(jī)場(chǎng)飛起來(lái)、飛的好，是一個(gè)需要長(zhǎng)期探索的課題，這離不開(kāi)合理規(guī)劃的導(dǎo)航設(shè)施。需要規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、審批等諸多單位的共同努力，逐漸形成一套適合我國(guó)國(guó)情的經(jīng)濟(jì)有效的建設(shè)模式。

同時(shí)，隨著電子計(jì)算技術(shù)、各類導(dǎo)航設(shè)施和傳輸手段的提高，空中交通管制系統(tǒng)自動(dòng)化水平的不斷提高，將飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)逐步從陸基向星基發(fā)展，也將提供更多更便捷高效的導(dǎo)航方式。