论文部分内容阅读
中图分类号 K852 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)101-0235-01
随着全球经济的不断发展，民众对物质需求的快速增长，航空业的持续发展需要越来越大的空域容量，因此“最优化可利用空域”的重要性凸显。在世界航空这样的大背景下，中国民航在经过六十多年的发展，安全水平稳步提高，运输总量快速增长，航路航线不断丰富，保障能力逐渐完善，因此从某种意义上来讲中国民航更迫切地需要引进和掌握新航行技术使我国的民航事业更上一个台阶，使我国真正向民航强国迈进。而把基于性能导航（PBN）这项全球瞩目的航行技术系统化、中国化以及普及化正是当前我国民航推动和发展新技术的一项重要课题。
1 概念介绍
传统导航是指航空器依靠地面导航设施（如VOR、NDB、VOR/DME等）所发射的信号进行引导和定位，通过向背台航迹指引进行飞行的一种导航方式。在这种导航方式下，航空器沿固定的航路飞行（因为传统的航路正是基于地面导航设施位置、逐个连接各导航台点而成的），受地面导航台布局与导航设施性能的制约，传统导航呈现出飞行航迹的精度不高、约束性和局限性日益彰显的现实情况。
基于性能导航（PBN-Performance Based Navigation）是国际民航组织（ICAO）建立在区域导航（RNAV）与所需导航性能（RNP）的基础概念之上，以新航行系统（CNS/ATM）为基本架构，并且参考整合了空域概念后所提出的一种航空运行概念。
区域导航（RNAV）是一种导航方法，允许航空器在相关导航设施的信号覆盖范围内、或在机载自主领航设备能力限度内、或在二者结合下沿所需航路飞行。从理论上来讲，实行区域导航的航空器，只要能在导航信号覆盖范围内，可以沿任意期望的航迹飞行。
所需导航性能（RNP）的定义为航空器在一个确定的空域、航路或终端区域内运行时所必需的导航性能精度。RNP不仅对航空器机载导航设备（如FMS）有运行方面的相关要求，还对支持相应RNP类型空域的导航系统（如GPS）也有相应的要求。在ICAO对RNAV与RNP概念的整合管理之后，我们可以这样来理解：RNP除了具备RNAV的能力外，还增加了自主监视与告警功能。
2 两种导航方式之间的比较
传统导航方式在中国民航发展历史上留下了浓墨重彩的一笔，即使到今天，想要新建一个机场、或者是对现有机场进行改造升级乃至搬迁，传统导航方式下的传统飞行程序都是机场最终能够开航运行所必不可少的关键要素。由此可见，传统导航方式在我国发展至今，其依托的导航设施的覆盖性、稳定性、安全性以及经验积累已经到达了一个非常完善与合理的高度，并且在中国民航传统导航的发展过程中，培养了一批理论扎实、经验丰富的基于传统导航方式下的飞行程序设计人员，本人也是一名新进飞行程序设计人员，通过一段时间的了解和学习，更深刻地体会到了传统导航方式的重要性，而许多飞行人员也对传统导航拥有许多自己的习惯和经验。因此本人个人的理解是：传统导航是中国民航导航技术发展的根基与依托，也是我们向新航行技术发展过程中的一个重要的过渡手段，我国民航局目前对传统导航与PBN的方针政策也是并行发展、互为备份。在对传统导航的叙述后，我们接下来再看看PBN对民航发展的重要意义。
PBN是一个经ICAO整合过后的概念，有RNAV和RNP两个分支，这在之前的概念里有过介绍。在这里简单介绍一下PBN的发展历史：最早区域导航（RNAV）概念的提出是为了解决传统导航设施布局局限性的问题，早期的区域导航系统采用与传统的陆基航路和程序相似的方式，通过分析和飞行测试确定所需的区域导航系统及性能，可以使航空器在陆基导航设施覆盖范围内，优化航路航线，对于陆地区域导航运行，最初的系统采用V0R和DME来进行定位，而对于洋区运行，则广泛采用惯性导航系统。而我国正是在这样的国际环境下，于1998年在ICAO新航行系统发展规划指导下，抓住西部地区开辟欧亚新航路的战略机遇，启动了第一条区域导航航路（L888航路）建设，并于2001年1月正式投入运行。国际民航组织ICAO在附件1l《空中交服务》和《航空器运行手册》（DOC 8168）中提出了部分区域导航设计和应用的标准和建议。美国和欧洲等航空发达国家和地区已经积累了丰富的区域导航应用经验，但由于缺乏统一的标准和指导手册，各地区采用的区域导航命名规则、技术标准和运行要求并不一致。国际民航组织ICAO之后正式发布基于性能导航手册（PERFORMANCE BASED NAVIGATION MANUAL），用以规范区域导航的命名、技术标准，并指导各国实施该新技术。至此PBN概念正式产生。
与传统导航相比，PBN运行具备诸多优势，导航源的选择和导航精度的提高可以在保证民航安全运行的前提下大大增加空域容量和运行效率，有利于航空承运人增加业载、减少航班延误、改善全天候运行的安全性和可靠性、降低运营成本等等。当然，在诸多优势的背后，PBN在中国民航的发展依旧存在硬伤：导航源的选择。众所周知，目前我国PBN导航源主要依赖GPS（全球卫星系统），虽然GPS是由美国政府承诺免费对全球进行开放使用的，但不可回避的一点是，当战争或是一些不可预测不可抗拒的情况发生时，GPS可能会出现无法达到民航可用的精度要求甚至无法使用的情况，因此我们不能一味地依赖GPS系统，毕竟那是美国人的产品。在这种情况下，我国从1983年开始筹划建设独立自主的卫星导航定位系统：Compass系统（北斗卫星系统）。“北斗”不但兼容其他全球导航卫星，还可以提供更多可观测的在轨卫星、增强GNSS的导航准确性、完好性、连续性和可用性等。PBN的启用，已经在我国许多复杂地区诸如高高原机场、山区机场发挥了重要作用，比如玉树、林芝机场以及九寨、黄山机场等，接下来我将针对个别机场进行传统与PBN导航飞行程序分析和讨论。
3 结论
综上所述，PBN在我国民航技术发展还有很长的路要走，我们将在很长一段时间内继续实施PBN与传统程序混合运行的方针政策。我国第一条区域导航航路L888的建立，预示着中国民航向着以PBN为代表的新航行技术迈进。经过数十年的经验积累，我们可以预期，随着PBN在中国的不断发展，中国民航的安全水平将大幅提高、机场终端区和航路容量将大幅提升、航班正常率将有较大提高、复杂地形机场航班运营效益将显著改善、新建机场地面导航设施的建设费用将迅速减少以及航空器燃油将更加节约，当PBN运行结合了我国自主的“北斗”导航系统、再辅以正在西南地区实施的ADS-B监视系统，相信在不久的将来，中国民航将真正迈入民航强国的行列。
参考文献
[1]黄卫芳.浅谈基于性能导航(PBN)[J].空中交通管理,2007,7.
[2]曹洪涛.机载导航性能评估系统的设计与实现[J].南开大学,2009.
[3]陈湘燕等.高原机场及航线实施RNP/RNAV运行优势探讨[J].中国民航飞行学院学报,2007,4.
作者简介
巩文健，中国民用航空华东地区空中交通管理局飞行程序设计室助理。
随着全球经济的不断发展，民众对物质需求的快速增长，航空业的持续发展需要越来越大的空域容量，因此“最优化可利用空域”的重要性凸显。在世界航空这样的大背景下，中国民航在经过六十多年的发展，安全水平稳步提高，运输总量快速增长，航路航线不断丰富，保障能力逐渐完善，因此从某种意义上来讲中国民航更迫切地需要引进和掌握新航行技术使我国的民航事业更上一个台阶，使我国真正向民航强国迈进。而把基于性能导航（PBN）这项全球瞩目的航行技术系统化、中国化以及普及化正是当前我国民航推动和发展新技术的一项重要课题。
1 概念介绍
传统导航是指航空器依靠地面导航设施（如VOR、NDB、VOR/DME等）所发射的信号进行引导和定位，通过向背台航迹指引进行飞行的一种导航方式。在这种导航方式下，航空器沿固定的航路飞行（因为传统的航路正是基于地面导航设施位置、逐个连接各导航台点而成的），受地面导航台布局与导航设施性能的制约，传统导航呈现出飞行航迹的精度不高、约束性和局限性日益彰显的现实情况。
基于性能导航（PBN-Performance Based Navigation）是国际民航组织（ICAO）建立在区域导航（RNAV）与所需导航性能（RNP）的基础概念之上，以新航行系统（CNS/ATM）为基本架构，并且参考整合了空域概念后所提出的一种航空运行概念。
区域导航（RNAV）是一种导航方法，允许航空器在相关导航设施的信号覆盖范围内、或在机载自主领航设备能力限度内、或在二者结合下沿所需航路飞行。从理论上来讲，实行区域导航的航空器，只要能在导航信号覆盖范围内，可以沿任意期望的航迹飞行。
所需导航性能（RNP）的定义为航空器在一个确定的空域、航路或终端区域内运行时所必需的导航性能精度。RNP不仅对航空器机载导航设备（如FMS）有运行方面的相关要求，还对支持相应RNP类型空域的导航系统（如GPS）也有相应的要求。在ICAO对RNAV与RNP概念的整合管理之后，我们可以这样来理解：RNP除了具备RNAV的能力外，还增加了自主监视与告警功能。
2 两种导航方式之间的比较
传统导航方式在中国民航发展历史上留下了浓墨重彩的一笔，即使到今天，想要新建一个机场、或者是对现有机场进行改造升级乃至搬迁，传统导航方式下的传统飞行程序都是机场最终能够开航运行所必不可少的关键要素。由此可见，传统导航方式在我国发展至今，其依托的导航设施的覆盖性、稳定性、安全性以及经验积累已经到达了一个非常完善与合理的高度，并且在中国民航传统导航的发展过程中，培养了一批理论扎实、经验丰富的基于传统导航方式下的飞行程序设计人员，本人也是一名新进飞行程序设计人员，通过一段时间的了解和学习，更深刻地体会到了传统导航方式的重要性，而许多飞行人员也对传统导航拥有许多自己的习惯和经验。因此本人个人的理解是：传统导航是中国民航导航技术发展的根基与依托，也是我们向新航行技术发展过程中的一个重要的过渡手段，我国民航局目前对传统导航与PBN的方针政策也是并行发展、互为备份。在对传统导航的叙述后，我们接下来再看看PBN对民航发展的重要意义。
PBN是一个经ICAO整合过后的概念，有RNAV和RNP两个分支，这在之前的概念里有过介绍。在这里简单介绍一下PBN的发展历史：最早区域导航（RNAV）概念的提出是为了解决传统导航设施布局局限性的问题，早期的区域导航系统采用与传统的陆基航路和程序相似的方式，通过分析和飞行测试确定所需的区域导航系统及性能，可以使航空器在陆基导航设施覆盖范围内，优化航路航线，对于陆地区域导航运行，最初的系统采用V0R和DME来进行定位，而对于洋区运行，则广泛采用惯性导航系统。而我国正是在这样的国际环境下，于1998年在ICAO新航行系统发展规划指导下，抓住西部地区开辟欧亚新航路的战略机遇，启动了第一条区域导航航路（L888航路）建设，并于2001年1月正式投入运行。国际民航组织ICAO在附件1l《空中交服务》和《航空器运行手册》（DOC 8168）中提出了部分区域导航设计和应用的标准和建议。美国和欧洲等航空发达国家和地区已经积累了丰富的区域导航应用经验，但由于缺乏统一的标准和指导手册，各地区采用的区域导航命名规则、技术标准和运行要求并不一致。国际民航组织ICAO之后正式发布基于性能导航手册（PERFORMANCE BASED NAVIGATION MANUAL），用以规范区域导航的命名、技术标准，并指导各国实施该新技术。至此PBN概念正式产生。
与传统导航相比，PBN运行具备诸多优势，导航源的选择和导航精度的提高可以在保证民航安全运行的前提下大大增加空域容量和运行效率，有利于航空承运人增加业载、减少航班延误、改善全天候运行的安全性和可靠性、降低运营成本等等。当然，在诸多优势的背后，PBN在中国民航的发展依旧存在硬伤：导航源的选择。众所周知，目前我国PBN导航源主要依赖GPS（全球卫星系统），虽然GPS是由美国政府承诺免费对全球进行开放使用的，但不可回避的一点是，当战争或是一些不可预测不可抗拒的情况发生时，GPS可能会出现无法达到民航可用的精度要求甚至无法使用的情况，因此我们不能一味地依赖GPS系统，毕竟那是美国人的产品。在这种情况下，我国从1983年开始筹划建设独立自主的卫星导航定位系统：Compass系统（北斗卫星系统）。“北斗”不但兼容其他全球导航卫星，还可以提供更多可观测的在轨卫星、增强GNSS的导航准确性、完好性、连续性和可用性等。PBN的启用，已经在我国许多复杂地区诸如高高原机场、山区机场发挥了重要作用，比如玉树、林芝机场以及九寨、黄山机场等，接下来我将针对个别机场进行传统与PBN导航飞行程序分析和讨论。
3 结论
综上所述，PBN在我国民航技术发展还有很长的路要走，我们将在很长一段时间内继续实施PBN与传统程序混合运行的方针政策。我国第一条区域导航航路L888的建立，预示着中国民航向着以PBN为代表的新航行技术迈进。经过数十年的经验积累，我们可以预期，随着PBN在中国的不断发展，中国民航的安全水平将大幅提高、机场终端区和航路容量将大幅提升、航班正常率将有较大提高、复杂地形机场航班运营效益将显著改善、新建机场地面导航设施的建设费用将迅速减少以及航空器燃油将更加节约，当PBN运行结合了我国自主的“北斗”导航系统、再辅以正在西南地区实施的ADS-B监视系统，相信在不久的将来，中国民航将真正迈入民航强国的行列。
参考文献
[1]黄卫芳.浅谈基于性能导航(PBN)[J].空中交通管理,2007,7.
[2]曹洪涛.机载导航性能评估系统的设计与实现[J].南开大学,2009.
[3]陈湘燕等.高原机场及航线实施RNP/RNAV运行优势探讨[J].中国民航飞行学院学报,2007,4.
作者简介
巩文健，中国民用航空华东地区空中交通管理局飞行程序设计室助理。