论文部分内容阅读
最近几十年全球的航空业都发生了巨大的变化，随着空中导航设备的完善，地面导航信息的准确，以及自备式导航设施：惯导的使用，导航方式将会变得更加灵活。也就是说，传统的从一个导航台至另一个导航台建立的永久性航线将会被另一种方式：区域导航所取代或补充，飞机可以在出发点和目的地之间选择和实施一条最直最短的航路。
一、区域导航的概念
区域导航是一种导航方式，它可以使航空器在导航信号范围之内，或在机载导航设备的工作能力范围之内，或二者的组合，不需要飞向或飞越导航台，航线也可以由不设导航台的航路点之间的线段连接而成，飞机则可以沿着任意期望的路径飞行，使得航线编排更加灵活，这种实施导航的方法称为区域导航。区域导航可以使用以下导航设施作为导航源：
（1）VOR/DME（甚高频全向信标台和测距仪），
（2）DME/DME（测距仪/测距仪），
（3）INS/IRS（惯性导航系统/惯性基准系统），
（4）GNSS全球卫星导航系统包括美国的广域增强型系统（WAAS），欧洲的欧洲全球导航卫星覆盖业务（WBSA），日本的多功能传输卫星（MFSAT），前苏联的（GLONASS）以及多个签约国组成的条约组织操纵的通信卫星。
（5）LORANC（远程导航设备，国内不采用）
与区域导航紧密联系的一个概念是必备导航性能（RNP）。国际民航组织对必备导航性能的定义为：在一个指定的空域内运行的航空器在水平方向上（经纬度位置点）所必备的导航精度。必备导航性能由一个精度数值表示。例如RNP1是指在95%的飞行时间内，在指定的飞行航迹上航空器必备的导航性能精度均须在1海里以内。基于性能导航（PBN）概念明确说明了区域导航系统在相应导航系统的支持下，在精确性、完整性、可用性、连续性和功能需求方面所需要的性能要求。在此情况下，PBN的概念意味着基于设备的导航到基于性能的导航的转变，并包括了航空器和机组如何实现的指南。性能要求在航行规范中予以明确，该规范同样对选择可用于满足这些导航要求的导航传感器和设备做出了限定。这些航行规范被限定于足够详尽的范围内，以利于通过向各国和营运人提供专门的实施指导，进行全球协调。因为产生于区域导航（RNAV）和所需性能导航（RNP）的基础上，PBN也涵盖了RNAV和RNP的所有技术标准。而PBN 中最关键的两个要素也正是RNAV和RNP。在基于性能导航中，有三个主要要素：导航规范、导航设施、导航应用。导航规范在指定空域内为保证基于性能导航运行，针对航空器和机组成员所制定的一整套要求。有两类导航规范：RNAV和RNP。RNAV不包括对机载性能监控和预警的要求。RNP规范则包括对机载性能监控和告警的要求；导航设施指陆基或星基导航，陆基导航设施包括测距仪（DME）和甚高频全向信标（VOR），星基导航设施包括附件10中所明确的全球卫星导航系统的基本构成要素；导航的应用遵照已定的空域概念，针对航路，程序和/或指定的空域范围，应用某导航规范以及助航系统基础设施。
二、区域导航的发展
我们可以相信在未来相当长的一段时间内，区域导航仍然会是最主要的导航方式之一，并且其地位也会随着区域导航技术的日渐成熟在民用航空业占据主导地位。虽然目前还很难确定其导航应用时间规划和运行要求，但是它会由2D向3D/4D过渡。然而，要实现区域导航这个大系统的全面发展，那么，区域导航的中导航设施、导航规范应用等等组成要素都要全面、协调的发展。
在前文中已经介绍过区域导航的导航设施主要由哪些导航源组成，在这里不在一一列举。目前，在全世界的范围内VOR/DME（甚高频全向信标台和测距仪）、DME/DME（测距仪/测距仪）已经得到了广泛的应用。而且这两套导航设备，已经相当成熟，所以很难找到突破口。有关方面的专家于是将目光转向了GNSS、INS/IRS（惯性导航系统/惯性基准系统），认定其一定会成为未来区域导航的最重要的导航源。专家预计：早期认为定位导航定时从陆基系统较快的过渡到星基系统的时间还不能够完全确定；第二代卫星系统将在2015～2020年进入全运行，第三代卫星系统进入服务后，陆基系统将逐步终止服务。同时，还有一些专家指出，在可预见的未来，可能是在第三代卫星系统进入角色以前，或者是单星座运行下，LORAN-C系统将保留充当定位导航定时的地区陆基补充，而VOR/DME将留作航空导航手段之一。其中VOR将较早退役。这些陆基系统的信号有可能兼作卫星导航系统差分修正数据和完善性数据广播之用。当然不排斥惯性导航和其它导航系统及其组合应用，组合导航将进一步发挥其优势。GNSS使飞机位置信息扩大利用，改善空域和机场信息环境：GNSS的飞机位置信息通过空——地数据链传给地面管制部门提供自动相关监视（ADS），解决无雷达监视覆盖区的对空监视。通过空——空数据链，使得与邻近飞机之间互相通报，起到避撞作用。GNSS特别精确的时间特性，提供了时基四维区域导航的机会。
三、区域导航在我国的实施建议
我国东西部空域系统具有明显不同的特点，东部地区交通流量大、空域拥挤、导航设施条件好、雷达实现了多重的覆盖，西部地区地形复杂、地理条件差、导航和雷达信号覆盖不完全。然而未来我国的民航运输量将以年10%的速度增长，从而对民航的从业者们提出了更多的要求。逐步减少对地面设备的依赖，从陆基导航设备转向星基导航设备，使用RNP技术。可以有效的解决西部经济落后造成的机场建设滞后的困难，机场环境差的弊端，使航空器能在恶劣的气象条件下仍能安全的起飞降落；同时也可以解决东部地区空域紧张的问题，建立平行航路，增大空域容量。
首先，在导航设施方面：我国西部多高原山区，地形条件复杂，尚有部分西部机场没有引导飞机起降的仪表着陆系统，航路还没有完全实行雷达覆盖，地面辅助导航设备有限，复杂的地形条件和气象条件对飞行安全不利。若全部加装陆基系统，耗资巨大，甚至很多机场由于受地形条件限制根本无法安装。在西部地区，建设星基空管系统，采用新的航空导航、监视手段和协同运行控制系统，不仅会提高飞行的安全性，还将极大地节省投资，缓解西部地区机场、航路建设需求迫切及耗资巨大的难题。在星基技术得到验证后，在我国东部地区及珠江三角洲地区应用，可以缓解航路繁忙及终端区空中交通拥挤的状况，增加空域容量，缓解管制员的压力，保证飞行安全，减少航班延误。
RNAV，RNP到PBN的应用，是近几年在民航空管运行获得GNSS应用的成果之一。随着区域导航技术的深入和广泛应用，我国积极在终端区、航路运行阶段推广应用基于性能的导航（PBN）；规划远期RNP将成为空域的要求，而非仅仅是特定的航线和程序；空域将被重新设计，CNS/ATM 技术将被充分使用；自由航路的使用越来越多，ATM 对空域和航空器飞行轨迹的管理更多地是战略性的管理。在大多数情况下，调配间隔仍然是管制员的责任，但航空器自己也有优化间隔的能力；通过使用RNP，辅助以ADS-B和TCAS，在一些区域可以将调配间隔的责任转移到飞行员；从固定的航线转变为灵活的、用户可选择的自由的航路；将重新设计空域系统，引入新的自动化系统；在洋区，RNP4成为强制要求，航路也将是灵活的可自由选择的；对于终端区和进近，RNP将成为强制要求；卫星导航是主要的导航设施，地面导航台仅作为备份。
一、区域导航的概念
区域导航是一种导航方式，它可以使航空器在导航信号范围之内，或在机载导航设备的工作能力范围之内，或二者的组合，不需要飞向或飞越导航台，航线也可以由不设导航台的航路点之间的线段连接而成，飞机则可以沿着任意期望的路径飞行，使得航线编排更加灵活，这种实施导航的方法称为区域导航。区域导航可以使用以下导航设施作为导航源：
（1）VOR/DME（甚高频全向信标台和测距仪），
（2）DME/DME（测距仪/测距仪），
（3）INS/IRS（惯性导航系统/惯性基准系统），
（4）GNSS全球卫星导航系统包括美国的广域增强型系统（WAAS），欧洲的欧洲全球导航卫星覆盖业务（WBSA），日本的多功能传输卫星（MFSAT），前苏联的（GLONASS）以及多个签约国组成的条约组织操纵的通信卫星。
（5）LORANC（远程导航设备，国内不采用）
与区域导航紧密联系的一个概念是必备导航性能（RNP）。国际民航组织对必备导航性能的定义为：在一个指定的空域内运行的航空器在水平方向上（经纬度位置点）所必备的导航精度。必备导航性能由一个精度数值表示。例如RNP1是指在95%的飞行时间内，在指定的飞行航迹上航空器必备的导航性能精度均须在1海里以内。基于性能导航（PBN）概念明确说明了区域导航系统在相应导航系统的支持下，在精确性、完整性、可用性、连续性和功能需求方面所需要的性能要求。在此情况下，PBN的概念意味着基于设备的导航到基于性能的导航的转变，并包括了航空器和机组如何实现的指南。性能要求在航行规范中予以明确，该规范同样对选择可用于满足这些导航要求的导航传感器和设备做出了限定。这些航行规范被限定于足够详尽的范围内，以利于通过向各国和营运人提供专门的实施指导，进行全球协调。因为产生于区域导航（RNAV）和所需性能导航（RNP）的基础上，PBN也涵盖了RNAV和RNP的所有技术标准。而PBN 中最关键的两个要素也正是RNAV和RNP。在基于性能导航中，有三个主要要素：导航规范、导航设施、导航应用。导航规范在指定空域内为保证基于性能导航运行，针对航空器和机组成员所制定的一整套要求。有两类导航规范：RNAV和RNP。RNAV不包括对机载性能监控和预警的要求。RNP规范则包括对机载性能监控和告警的要求；导航设施指陆基或星基导航，陆基导航设施包括测距仪（DME）和甚高频全向信标（VOR），星基导航设施包括附件10中所明确的全球卫星导航系统的基本构成要素；导航的应用遵照已定的空域概念，针对航路，程序和/或指定的空域范围，应用某导航规范以及助航系统基础设施。
二、区域导航的发展
我们可以相信在未来相当长的一段时间内，区域导航仍然会是最主要的导航方式之一，并且其地位也会随着区域导航技术的日渐成熟在民用航空业占据主导地位。虽然目前还很难确定其导航应用时间规划和运行要求，但是它会由2D向3D/4D过渡。然而，要实现区域导航这个大系统的全面发展，那么，区域导航的中导航设施、导航规范应用等等组成要素都要全面、协调的发展。
在前文中已经介绍过区域导航的导航设施主要由哪些导航源组成，在这里不在一一列举。目前，在全世界的范围内VOR/DME（甚高频全向信标台和测距仪）、DME/DME（测距仪/测距仪）已经得到了广泛的应用。而且这两套导航设备，已经相当成熟，所以很难找到突破口。有关方面的专家于是将目光转向了GNSS、INS/IRS（惯性导航系统/惯性基准系统），认定其一定会成为未来区域导航的最重要的导航源。专家预计：早期认为定位导航定时从陆基系统较快的过渡到星基系统的时间还不能够完全确定；第二代卫星系统将在2015～2020年进入全运行，第三代卫星系统进入服务后，陆基系统将逐步终止服务。同时，还有一些专家指出，在可预见的未来，可能是在第三代卫星系统进入角色以前，或者是单星座运行下，LORAN-C系统将保留充当定位导航定时的地区陆基补充，而VOR/DME将留作航空导航手段之一。其中VOR将较早退役。这些陆基系统的信号有可能兼作卫星导航系统差分修正数据和完善性数据广播之用。当然不排斥惯性导航和其它导航系统及其组合应用，组合导航将进一步发挥其优势。GNSS使飞机位置信息扩大利用，改善空域和机场信息环境：GNSS的飞机位置信息通过空——地数据链传给地面管制部门提供自动相关监视（ADS），解决无雷达监视覆盖区的对空监视。通过空——空数据链，使得与邻近飞机之间互相通报，起到避撞作用。GNSS特别精确的时间特性，提供了时基四维区域导航的机会。
三、区域导航在我国的实施建议
我国东西部空域系统具有明显不同的特点，东部地区交通流量大、空域拥挤、导航设施条件好、雷达实现了多重的覆盖，西部地区地形复杂、地理条件差、导航和雷达信号覆盖不完全。然而未来我国的民航运输量将以年10%的速度增长，从而对民航的从业者们提出了更多的要求。逐步减少对地面设备的依赖，从陆基导航设备转向星基导航设备，使用RNP技术。可以有效的解决西部经济落后造成的机场建设滞后的困难，机场环境差的弊端，使航空器能在恶劣的气象条件下仍能安全的起飞降落；同时也可以解决东部地区空域紧张的问题，建立平行航路，增大空域容量。
首先，在导航设施方面：我国西部多高原山区，地形条件复杂，尚有部分西部机场没有引导飞机起降的仪表着陆系统，航路还没有完全实行雷达覆盖，地面辅助导航设备有限，复杂的地形条件和气象条件对飞行安全不利。若全部加装陆基系统，耗资巨大，甚至很多机场由于受地形条件限制根本无法安装。在西部地区，建设星基空管系统，采用新的航空导航、监视手段和协同运行控制系统，不仅会提高飞行的安全性，还将极大地节省投资，缓解西部地区机场、航路建设需求迫切及耗资巨大的难题。在星基技术得到验证后，在我国东部地区及珠江三角洲地区应用，可以缓解航路繁忙及终端区空中交通拥挤的状况，增加空域容量，缓解管制员的压力，保证飞行安全，减少航班延误。
RNAV，RNP到PBN的应用，是近几年在民航空管运行获得GNSS应用的成果之一。随着区域导航技术的深入和广泛应用，我国积极在终端区、航路运行阶段推广应用基于性能的导航（PBN）；规划远期RNP将成为空域的要求，而非仅仅是特定的航线和程序；空域将被重新设计，CNS/ATM 技术将被充分使用；自由航路的使用越来越多，ATM 对空域和航空器飞行轨迹的管理更多地是战略性的管理。在大多数情况下，调配间隔仍然是管制员的责任，但航空器自己也有优化间隔的能力；通过使用RNP，辅助以ADS-B和TCAS，在一些区域可以将调配间隔的责任转移到飞行员；从固定的航线转变为灵活的、用户可选择的自由的航路；将重新设计空域系统，引入新的自动化系统；在洋区，RNP4成为强制要求，航路也将是灵活的可自由选择的；对于终端区和进近，RNP将成为强制要求；卫星导航是主要的导航设施，地面导航台仅作为备份。