基于新型導(dǎo)航系統(tǒng)的航路設(shè)計(jì)

凌云

摘?要： 民航飛機(jī)的航路經(jīng)常受限于地形，尤其在某些山區(qū)，地形復(fù)雜導(dǎo)致民航飛機(jī)無法進(jìn)入。在新型機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，航路設(shè)計(jì)的靈活性、經(jīng)濟(jì)節(jié)能性以及安全性都將被極大的提升。

關(guān)鍵詞： 導(dǎo)航系統(tǒng);航路設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】TP393?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.34.148

前言：飛機(jī)在空中飛行，依賴機(jī)載及地面設(shè)施進(jìn)行引導(dǎo)，達(dá)到按預(yù)設(shè)航路航行的目的。傳統(tǒng)導(dǎo)航程序是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的飛行，無誤差監(jiān)控，精度較低?，F(xiàn)代飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)都已具備很強(qiáng)的計(jì)算能力，新的航路設(shè)計(jì)帶來啟發(fā)。

傳統(tǒng)導(dǎo)航程序：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的飛行，無誤差監(jiān)控，精度較低

飛機(jī)在空中飛行，依賴機(jī)載及地面設(shè)施進(jìn)行引導(dǎo)，達(dá)到按預(yù)設(shè)航路航行的目的。目前民航大量使用的地面導(dǎo)航臺(tái)有NDB（無方向性信標(biāo)）、DME（距離測(cè)量?jī)x）、VOR（甚高頻全向無線電信標(biāo)）等，導(dǎo)航方式為機(jī)載接收機(jī)接收地面臺(tái)站的信息，經(jīng)機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)的技算與處理，得出飛機(jī)相對(duì)地面臺(tái)站的位置，地面導(dǎo)航臺(tái)站連接即為飛行大致航跡。典型的導(dǎo)航臺(tái)如圖1所示，航圖中的導(dǎo)航臺(tái)如圖2所示。傳統(tǒng)導(dǎo)航方式精度低，導(dǎo)航臺(tái)站布置和飛行航路設(shè)計(jì)受地理因素影響大，部分山區(qū)由于空域通道狹窄，受導(dǎo)航精度所限，民航飛機(jī)無法航行。

新導(dǎo)航程序設(shè)計(jì)：基于機(jī)載導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，有精度監(jiān)控，精度較高飛機(jī)實(shí)際位置與航路預(yù)定位置的總體誤差由如下幾個(gè)因素組成：

系統(tǒng)總誤差（TSE）定義為：

TSE=NSE?2+FTE?2+FDE?2

其中，PDE為航路定義誤差，與機(jī)載設(shè)備無關(guān)，是在航路規(guī)劃與設(shè)定中，由于測(cè)量或設(shè)備所產(chǎn)生的誤差，由于測(cè)繪水平的不斷提高，該部分誤差將越來越小。FTE為飛行技術(shù)誤差，是導(dǎo)航系統(tǒng)按預(yù)定航路引導(dǎo)飛機(jī)與飛機(jī)實(shí)際位置之間的偏差，主要與飛機(jī)操縱性能有關(guān)。NSE為導(dǎo)航系統(tǒng)誤差，主要與導(dǎo)航系統(tǒng)位置估計(jì)精度有關(guān)。NSE及FTE是總體誤差的決定性因素。

目前，主流大型客機(jī)機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)均具備很強(qiáng)的計(jì)算能力。以空客A320飛機(jī)為例，導(dǎo)航系統(tǒng)大體構(gòu)架為：由飛行引導(dǎo)與管理計(jì)算機(jī)（FMGC）存儲(chǔ)預(yù)設(shè)的航跡及導(dǎo)航點(diǎn)，并對(duì)舵面操縱計(jì)算機(jī)及定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和計(jì)算，執(zhí)行總體自動(dòng)飛行引導(dǎo);FMGC的自動(dòng)駕駛功能根據(jù)預(yù)設(shè)航路或臨時(shí)設(shè)置，操控飛機(jī)的舵面控制計(jì)算機(jī)對(duì)飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎或升降進(jìn)行控制;機(jī)載位置估算系統(tǒng)為衛(wèi)星導(dǎo)航（GPS）加慣性導(dǎo)航綜合定位飛機(jī)當(dāng)前位置。監(jiān)控系統(tǒng)（GPS、慣導(dǎo)及FMGC自身具備監(jiān)控能力）對(duì)定位有效性進(jìn)行監(jiān)控并給出警告。

近年來，機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)及機(jī)載監(jiān)控系統(tǒng)性能不斷上升，NSE及FTE不斷減小，仍以空客A320系列為例，已得到驗(yàn)證并寫入飛行手冊(cè)的導(dǎo)航系統(tǒng)精度可達(dá)到0.1海里。這為新的航路設(shè)計(jì)帶來啟發(fā)。以成都機(jī)場(chǎng)為例，由于傳統(tǒng)導(dǎo)航方式的飛行航跡僅能大致預(yù)計(jì)，而成都國(guó)際機(jī)場(chǎng)附近存在軍航活動(dòng)空域和訓(xùn)練機(jī)場(chǎng)，為保障進(jìn)港飛機(jī)與雙流機(jī)場(chǎng)西南側(cè)的訓(xùn)練機(jī)場(chǎng)離港飛機(jī)之間的間隔，對(duì)民航進(jìn)港飛機(jī)的飛行航跡及飛行高度都有限制，因此航路設(shè)計(jì)受限制多，優(yōu)化空間小。同時(shí)進(jìn)港時(shí)需要大量的空管與機(jī)組間的通話，確保飛機(jī)安全著陸。傳統(tǒng)航路設(shè)計(jì)如圖4：

但是，如果充分考慮上文中飛機(jī)自身的導(dǎo)航系統(tǒng)技算能力，則可以在航路設(shè)計(jì)時(shí)在上述實(shí)際導(dǎo)臺(tái)站之間，增設(shè)虛擬臺(tái)站，例如，如圖4，在導(dǎo)航點(diǎn)1與點(diǎn)2之間，由于地理或其它因素?zé)o法布置導(dǎo)航臺(tái)站，但是點(diǎn)1與點(diǎn)2之間的實(shí)際地理位置是精確可知的，因此，在航路設(shè)計(jì)的時(shí)候，可在點(diǎn)1與點(diǎn)2之間規(guī)劃多個(gè)虛擬位置站點(diǎn)，將該2點(diǎn)直接相連，按此思路進(jìn)行新的航路規(guī)劃，將極大的提升航跡設(shè)計(jì)的靈活性，縮短航程，優(yōu)化后的航路如圖5。

更為重要的是，目前機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)已具備精度監(jiān)控能力，一旦定位精度下降或?qū)Ш侥芰档停瑢?dǎo)致系統(tǒng)總誤差上升，系統(tǒng)有能力給出警告，這對(duì)于在多障礙物的山區(qū)飛行，使用優(yōu)化航路將有很大幫助。總之，在新型機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，航路設(shè)計(jì)的靈活性、經(jīng)濟(jì)節(jié)能性以及安全性都將被極大的提升。