硅谷杂志：RNP技术在三亚凤凰机场的应用 |
| 2012-12-22 10:22 作者：郭晓赟 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网文】据《硅谷》杂志2012年第19期刊文，通过对PBN技术的介绍和RNP技术的分析，结合三亚凤凰机场实施的RNPAPCH进近程序实际应用情况的情况，对比RNPAPCH和实施ILS进近方式的优劣，总结出在三亚地区应用RPNAPCH技术对飞行安全和经济效益的重要作用。最后展望RNP技术在今后民航发展中的应用前景。
关键词：PBN；RNP；ILS；进近
0引言
航空飞行的导航手段从最初的目视领航到无线电导航、星基导航以至于到现行的复合导航，导航手段及其技术在不断的向前发展。现有航空器的种类和数量在不断的增加，导航的手段和技术也是多种多样，为了规范以及统一，国际民航组织提出了RNP/RNAV的概念，并对以后的新航行系统的主要发展方向确定为卫星导航。在大力发展卫星导航技术的同时，传统陆基导航还是会存在，其作为星基导航的地面备份导航源是有其存在的价值的。基于性能的导航（PBN）则是航行方式由传感器导航转变为基于性能的导航，是现有飞行运行方式的重大变革；能有效促进民航业的发展、增加了空域容量、优化了空域结构及飞行程序设计、进一步提高了节能减排的效果、减少了地面导航设施的投入，是未来发展航空运输系统的核心技术之一。因此中国民航局决定按照ICAO（国际民航组织）的相关要求以及亚太地区的实施规划，加快发展这项新技术的应用并组织全面实施。
我国当前已经明确了从现在到2025年期间实施PBN的政策和总体工作计划。PBN的实施过程主要分为三个阶段：即近期（2009～2012年）、中期（2013～2016年）、远期（2017～2025年）。近期将实现PBN的重点应用，中期将实现PBN的全面应用，远期实现PBN与CNS/ATM（CNS是指Communication、Navigation、Surveillance，也就是通信、导航及监控，ATM是指AirTrafficManagement空中交通管理）的系统整合。近期对于进近的要求是：所有新建机场以及部分现有机场将使用基于GNSS（全球卫星导航系统）的RNPAPCH程序；配套实施基于Baro-VNAV（气压垂直导航）的APV（类精密进近），作为主用进近程序或者ILS精密进近的备份程序。相对于一些地形复杂并且空域受限的机场（如西藏林芝机场），即使建设大量的陆基导航设施，也由于导航信号的多路径反射等干扰造成信号稳定性差，以致不能实施传统的ILS进近。因此在这些特殊机场使用RNPAR进近是唯一的手段。在近期实施PBN阶段，将使全国三分之一的机场仪表跑道具有RNP进近的能力；在某些特定机场如多数西部高原机场将强制实施RNPAPCH进近或RNPAR（AuthorizationRequired）进近程序；但是在此阶段，也为不具备相应设备及能力的航空器保留传统的陆基导航设施和传统的飞行程序。
结合中南地区机场地形、净空和运行天气标准，以及各新（改、扩）建机场进度，中南地区实施进近PBN计划：1）2010年：三亚/凤凰RNPAR（AuthorizationRequired）（或RNPAPCH）、恩施RNP类型评估；2）2010年起，所有新建机场在可研阶段就开始进行基于GNSS（全球卫星导航系统）的RNPAPCH飞行程序设计，配套实施基于Baro-VNAV（气压垂直导航）的APV（类精密进近），将其作为主用进近程序或者ILS精密进近的备份程序；3）2010年，中南管理局进行调研，并结合机场需求在中南地区有针对性地确定一个机场进行RNPAPCH飞行程序设计（该机场应为跑道其中一个方向仅有非精密进近且运行天气标准偏高，偏置进近或下滑角大）。在民航局大力支持、指导以及各相关单位共同努力下，三亚凤凰机场RNPAPCH飞行程序于2011年8月25日正式公布，并于当日进入试运行。
近几年随着海南国际旅游岛建设的不断深入，三亚凤凰机场的航班量迅猛增长，2011年已突破千万人次大关。三亚凤凰机场由于所在区域地形和军航活动限制的原因，现有的空域环境、导航设施和特殊的气候等条件已不能满足快速增长的航班需求。目前三亚凤凰机场仅有08号跑道可以实施ILS/DME进近，26号跑道没有ILS精密进近设施，仅靠东近台的NDB/MB设备实施NDB/DME非精密进近方式。且在2011年12月对东近台NDB设备的定期校验和2012年3月实施的特殊校验中，此NDB设备由于多方面的原因导致在083°径向线的某些区域存在较大的信号抖动情况。使得26号跑道不能满足仪表进近的使用要求，只能使用目视进近程序，由于目视进近需要较高的天气条件，天气稍差的时候就无法使用26跑道进行起降。
1RNP进近概念
PBN（基于性能的导航）是指航空器在特定的航路、空域或者区域内运行时，对系统的精度、完好性、可用性、连续性以及有效性等方面的性能要求。PBN技术是航行方式从基于传感器导航到基于性能导航的转变。PBN运行的导航源主要是提供全球覆盖、全天候、连续不间断、高精度导航的全球导航卫星系统。PBN技术中最重要的两个性能指标是精度和完好性。精度表示导航系统测量的航空器位置落在航空器实际位置之间的误差在95%的范围内，因此利用RNP具有的更高精度的导航能力，在进近阶段和具有复杂地形的机场使用RNP进近或离场。完好性是指当RNP运行过程中，航空器的飞行管理系统具有自主监视当前导航系统性能的能力，并能及时向飞行员显示导航卫星发生故障或者误差超出范围无法提供精确导航服务的告警。
RNP（RequiredNavigationPerformance，所需导航性能）进近就是最后进近阶段的PBN运行程序；RNP进近又主要分为RNPAPCH和RNPARAPCH。RNPAPCH是基本RNP进近，其精度可达0.3海里。RNPARAPCH程序需要特殊授权，而且只能用于不能满足RNPAPCH程序要求的一些特殊情况；其中包括航空器需要满足特定的要求、飞行机组需要进行专门的训练等，其精度可达0.3~0.1海里。RNP还包括对机载设备性能的监视和告警要求，并能向飞行员显示是否达到了预定的运行要求。
RNP运行的主要导航源是全球导航卫星系统（GNSS），使用GNSS时，除非程序要求，飞行员是不用监视地基导航设施提供的位置更新，进近程序的复飞航段还可以使用地面导航设备。RNP进近的运行标准主要包括LNAV（横向导航）和VNAV（垂直导航）两类，LNAV和VNAV都是区域导航其中的功能。LNAV用于计算显示并提供航径的水平引导；VNAV向飞行员提供经计算的相对于特定垂直航径的垂直引导，其基于气压高度的信息。
2RNPAPCH在三亚凤凰机场的应用
三亚凤凰机场于2011年8月25日至2012年5月30日进行了RNPAPCH试运行，并且取得了良好的运行效果，并于2012年5月31日起全面实施三亚凤凰机场RNPAPCH飞行程序（限国内航空公司），三亚凤凰机场RNPAPCH的实施不仅给航空公司带来了客观的经济效益也带来了实实在在的安全效益，减轻了三亚空管的安全压力。
飞机实施RNP程序的导航对于地形比较复杂，气候多变的机场意义非常重大。三亚凤凰机场由于季节性天气原因导致本场6~9月多西南季风，致使飞机航班只能从26号跑道进近，但是26号跑道没有ILS进近程序，而26号跑道的近台NDB信号存在抖动超限问题，26号的NDB进近程序不能满足飞行需求；实施了RNP进近程序后降低了三亚凤凰机场26号跑道的运行标准，使过去云高大于450米的情况下飞机才能着陆变成了现在的200米，安全性和经济性同时得到了提高。在2012年6月17日至18日期间因受西南季风和台风“泰利”外围的影响，三亚凤凰机场取消了大量的航班，数十架航班返航或备降，但是却有数家航空公司的航班使用RNPAPCH程序安全着陆。目前三亚凤凰机场已有多家航空公司通过了RNPAPCH飞行认证，这些飞机依靠GPS能够突破热带风暴带来的天气状况差、26号无ILS进近和最低决断高度的标准限制，从而减少由于这些原因而导致的航班延误、返航等事件的发生，大大提高了航空公司的经济效益。
3RNP进近与ILS进近的对比
仪表着陆系统（ILS）是目前最为广泛使用的精密进近和着陆引导系统，它能够同时提供航向道信号和下滑道信号引导飞机安全着陆。但是仪表着陆系统对场地的保护区和电磁环境要求非常高，其航道信号和下滑信号容易被地面运动的物体或者空中前方飞机及尾流等干扰，从而干扰进近过程中的飞机接收ILS导航信号。此外，无线电信号在传播过程中容易衰减，而且工作距离有限；像一些机场地形复杂，那么下滑道的信号可能就会因为地形的原因发生折射和反射，会产生假下滑道，如果正在进近的飞机截获这样的假下滑道的话就会严重威胁飞行安全。通常情况下的飞行过程中也会要求旅客关闭携带的手机，防止其对机载电子系统产生电磁干扰，影响机载ILS接收设备的接收从而出现指示偏差。
图1三亚凤凰机场现有的进近程序对比
通过对RNP的了解分析以及对三亚凤凰机场运行RNPAPCH进近程序和运行ILS进近程序的比较，我们可以看出RNP进近程序具有的特殊优点：
1）运行RNP程序进近时，不仅降低了机场的运行标准，而且降低了着陆标准减少备降返航的发生，提高了飞行正常率；2）在RNP进近，可以完成传统仪表程序无法完成的安全、可靠地曲线进近和起飞（复飞）路径；提高了空域效率，增加了空域容量；3）对导航数据库的要求，传统的解决方法是通过纸制资料和电子导航数据的对比来完成验证，由于图上标注的数据很多，很容易造成人为失误；RNP进近则是通过新旧航图的对比来验证导航定位点的变化从而确认数据库的有效性，数据标注清晰，大大减少了人为错误的发生；4）RNP进近简化了机组训练并降低了飞行操作负荷，减少了陆空通话量，减轻了管制员、飞行员的工作负荷降低了人为错误的发生率，提高了飞行安全；5）使用RNP进近，改善了燃油消耗，减少了废气及噪音的排放，提高了经济效益和环境效益；6）减少了因地形等不利条件对导航设备建设选址的不利影响。
图2传统导航与PBN的飞行航迹对比
4RNP进近风险分析
RNP技术作为一种未来民用航空发展的主流技术，其在世界范围内的推广必将经历较长的时间，但其也具有一些系统性风险：1）包括中国在内的全世界范围内的民用航空所使用的PBN技术的主要导航源都是来自于GNSS（全球卫星导航系统），而且只有美国的GPS卫星导航系统能够为国际民用航空提供正常的全球导航服务。GPS系统作为军事系统，不排除紧急情况下改变系统的可能，使用越多对美国GPS系统的依赖程度越深。2）导航精度不但随地点而且也随时间而变化。3）完好性无法满足导航系统要求，有些系统故障需要30分钟至数小时才发现，可采用RAIM技术解决洋区和边远地区使用问题，但是对于终端区和进近阶段，未完全解决。4）我国的“北斗”卫星导航系统的研发实施，对PBN技术的兼容性和适航认证等存在问题。以上缺陷在今后一段时间内可以通过卫星配置、技术更新和规范标准等手段来逐一解决。
5结语
大力发展航空新技术会加快我国成为航空强国的步伐，是世界航空业发展的趋势。从上述分析和在三亚凤凰机场实施RNP技术所取得的效果来看，RNP导航可以精确的引导飞机，提高飞行安全性；提供垂直引导，实施连续稳定的下降程序，减少飞行撞地的风险；减少了各种天气条件所带来的影响，提高了航班正常性，保障了地形复杂机场的运行安全；减少了噪音排放和航油的消耗污染达到了节能减排的环保要求，降低了航空公司的运营成本。因此，RNP导航技术从长远的发展应用角度来看必将取得显著的安全效益和社会效益。
作者简介：
郭晓赟（1980-），男，江苏盐城人，工程师。
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