精選-飛行學習文件-三分鐘教你讀懂RAIM預報

1、三分鐘教你讀懂RAIM預報（一）GNSS6位原理GNSSI Global Navigation Satellite System（全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)）的縮寫。 現(xiàn)在投入使用的GNS隘統(tǒng)主要有四套：美國的GPS俄羅斯的“格洛納斯”、 歐洲的“伽利略”和中國的“北斗”。其中以美國的GP繇統(tǒng)使用最為廣泛。這四套GNS隘統(tǒng)的定位原理基本相同，都是依靠接收機與多個衛(wèi)星間的測 距來進行定位。GNSST用的測距方法有兩種：偽距測距和載波相位測距。機載 GNS系統(tǒng)屬于單點定位，只能使用偽距測距。偽距測距利用衛(wèi)星信號發(fā)出和接收的時間差計算距離。由于GNSSE星是運動的，這里的測距值其實是接收機距離衛(wèi)星飛行后方某個

2、點的距離，所以被稱作“偽距”。當接收機獲得多個衛(wèi)星測距后，就可以根據(jù)“星歷”（衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)）計算出 飛機的位置。這個計算過程與原始導航中的 DME/DME位十分相似。（1）平面雙臺定位在二維平面中，根據(jù)兩個 DME&的測距值可以確定兩個點借助諸如VORS向線等其他定位手段，我彳門可以將錯誤的點排除。FMCT以利用這種方法修正慣性導航系統(tǒng)的誤差，得到精確的飛機位置(詳見文后說明)。(2)平面三臺定位在平面內如果有三個DME&進行測距，即可得出唯一的位置點(3)立體三星定位如果把DM品“裝”在衛(wèi)星上，在三維空間內定位的話，三個測距值能夠獲 得兩個位置點。通過邏輯判斷法，系統(tǒng)可以排除

3、錯誤的位置點，因為錯誤位置點 在太空中，比衛(wèi)星還高。這就是三星定位的基本原理。三顆衛(wèi)星，三組測距數(shù)據(jù)，從理論上講我們已經可以在三維空間中確定飛機 的位置了。（4）時間誤差導致的“第四變量”GNS添統(tǒng)利用信號的時間差進行測距。 任何細微的時間誤差被放大30萬倍 （光速）都將變得無法接受。所以GNS海統(tǒng)要求衛(wèi)星和接收機的時間必須保持嚴 格的一致。GNSSfi星上使用的是原子鐘，同時還受地面站的監(jiān)控和校準。原子鐘精度 極高，但是造價高昂。機載GNSSg收機上使用的是“廉價的”石英鐘。（當然這 個“廉價”只是相對而言的。）機載石英鐘的精度遠低于原子鐘?！皺C載時鐘”與“衛(wèi)星時鐘”之間的誤差被稱作“接收機

4、鐘差”。一旦“接收機鐘差”混入定位計算，就會被放大 30萬倍（偽距=時間差X光速）。所以在 GNSSt位過程中，除了經度、緯度和高度以外，還存在一個必須解算的變量 “接收機鐘差”。既然定位存在四個待解變量，那就必須至少引入四組數(shù)據(jù)進行解算。 這就是 我們通常所說的GNSSt位至少需要4顆衛(wèi)星的原因。（二）RAIM（接收機自主完好性監(jiān)控）前文講到，接收機至少需要4顆衛(wèi)星才能完成定位。那么就存在這樣一個問 題：萬一某顆衛(wèi)星出現(xiàn)故障，定位數(shù)據(jù)就會發(fā)生錯誤。僅有 4顆衛(wèi)星可用時，定 位錯誤無法被系統(tǒng)識別和糾正。如果GNSSg收機能搜索到5顆可用的衛(wèi)星，按照“4顆衛(wèi)星定位一次” 的原則排列組合，接收機可

5、以做5次定位計算。通過5組數(shù)據(jù)的對比，接收機就 能夠發(fā)現(xiàn)出衛(wèi)星故障了。這個對比/識別的功能，就是我們所說的 RAIM儂收機 自主完好性監(jiān)控）。如果GNS秋收機能搜索到5顆以上衛(wèi)星，系統(tǒng)就能夠進行更多次的定位 計算。此時RAIM不僅能夠提供衛(wèi)星故障的警報，還能夠識別出是哪顆衛(wèi)星發(fā)生 故障。在某些GNSSK統(tǒng)中，接收機可以根據(jù) RAIM結果將錯誤的衛(wèi)星排除在外RAIM是GNS腋收機的一種功能，目的是監(jiān)控 GNSSfi星的可靠性。接收機必須搜索到至少5顆可用衛(wèi)星，RAIM才能夠工作。還需要注意的一點是， RAIM 并不監(jiān)控GNSSg收機本身的故障。所有航空用GNSSg收機都必'須具備RAIM

6、功能。只要可用衛(wèi)星不少于 5顆, RAIM功能即自動工作。RAIM是FMCH介導航精度的重要依據(jù)之一。機組不需要 直接監(jiān)控RAIM結果，只需要監(jiān)控ANPfi有沒有超過RNPfi即可。“RAIM功能的輸出是對GPS位置誤差的估值。自治完好性監(jiān)測值送給FMC FMC利用此自治完好性監(jiān)測數(shù)據(jù)決定 GPSt據(jù)是否能用于導航?！币灰籅737NG 飛機維護手冊“ANP是FMC根據(jù)RAIM更新方法以及其它因素計算的，它的值一直波動。 只要ANP不超過RNP沒有實際或可靠的方法幫機組解釋 ANP波動。如果ANP增 力口超過RNP出現(xiàn)UNABLE REQD NAV PERF RNP警報。”« B737

7、機組訓 練手冊（三）RAIM HOLE （RAIM 空洞）既然RAIM功能至少需要5顆衛(wèi)星才能完成，那飛行中會不會遇到湊不夠 5 顆可用衛(wèi)星的情況呢？這種情況是存在的。無法搜索到 5顆可用衛(wèi)星的區(qū)域被稱 之為“RAIM空洞”。在RAIM空洞中，接收機無法對衛(wèi)星的可靠性進行監(jiān)控。RAIM空洞的發(fā)生主 要受下面三個因素的影響。（1）星歷星歷是GNSSE星運行的軌道數(shù)據(jù)，說白了就是一張時間表，告訴我們衛(wèi)星 什么時間在什么地點。以GPSS統(tǒng)為例，GPS-共有21顆正常工作衛(wèi)星和3顆備 份衛(wèi)星。衛(wèi)星圍繞地球運轉，每12小時繞地球一圈。依照星歷計算在某一時間、 某一區(qū)域，理論上就是湊不夠 5顆衛(wèi)星的。（2

8、）MASK ANGLE儆遮高度角、截止高度角）當接收機定位時，位置過低、距天地線過近的衛(wèi)星容易受到電離層和地形的 干擾，造成定位誤差。所以系統(tǒng)會設定一個遮蔽高度角，低于這個角度的衛(wèi)星被視作不可靠。遮蔽高度角越大，視作不可靠的衛(wèi)星就越多，RAIM空洞出現(xiàn)的概率也就越大。（3）衛(wèi)星故障通告如果衛(wèi)星主控站發(fā)現(xiàn)某顆 GNSSS星出現(xiàn)故障，會對外發(fā)出衛(wèi)星故障通報。 可用衛(wèi)星數(shù)量減少也會增大RAIM空洞出現(xiàn)的概率。（四）RAIM預報“不可靠，即不可用”是航空運行中一個通行的準則。并不是說在 RAIM空 洞中4星定位的數(shù)據(jù)就一定會出現(xiàn)偏差，問題在于定位數(shù)據(jù)的可靠性無從監(jiān)控。 所以RAIM空洞中的GNS漱據(jù)不

9、能被視作有效。這就好比某機場宣布“盲降不提供使用”，但實際上盲降設備仍然處于開機 狀態(tài)一樣。盲降信號可能準確，也可能不準確，我們無從證實。所以我們不會使 用盲降進近程序。如果某條航路，或者某個飛行程序以 GNSSt位作為唯一導航信息源，那我 們就必須隨時監(jiān)控RAIM空洞的位置。當飛行路線處于 RAIM空洞的覆蓋范圍時， 需要向機組發(fā)出預警。這就是我們所說的 RAIM預報?！叭绻A測到計劃飛行的任何階段失去 RAIM持續(xù)超過5分鐘，則此飛行 應推遲或取消，或者在滿足 RAIM要求的區(qū)域重新擬定飛行計劃。駕駛員應評估 在GPS導航失效的情況下的導航能力（可能需要飛往備降場）?！痹诤铰?和終端區(qū)實施

10、RNAV1和RNAV2的運行指南“如果預測連續(xù)5分鐘以上失去RAIM RNR!行應被延遲、取消或采取其他 運行方法。”一一在終端區(qū)和進近中實施 RNP勺運行批準指南以GNSS乍為唯一導航信號源，常見于RNAV亢路飛行和RNP®近程序。RAIM 空洞對于RNP®近的影響尤為嚴重。在實際運行中，在預報RAIM空洞的時段內， RNR!近都是被禁止的。RAIM預報由一些專業(yè)公司提供給航空公司和機場當局。RAIM預報的計算需要考慮GPSM歷、衛(wèi)星故障通告、機場截止高度角等因素。在報文中會給出RAIM 不可用的時段。在某些為航空公司提供的RAIM頁報中可能還會考慮機載GNS魅收機性能特

11、 點，例如飛行路線、天線安裝位置、轉彎坡度等對衛(wèi)星信號接收的影響。這一類 報文不光能夠預報RAIM空洞出現(xiàn)的時段，還能夠對某一時段內程序要求的RNP值是否可行提供預報。(五)一個實例筆者一次執(zhí)行浦東-仙臺航班，在航前閱讀航行通告時注意到：仙臺機場世 界時0435z-0500z期間，用于進近的“ GPS RAIM”中斷。航班預計在仙臺著陸 時間恰好處于這一時段內。(1)是否存在備用飛行程序根據(jù)氣象資料分析仙臺機場預計使用 09號跑道著陸。09號跑道的主用進近 方式為RNP®近，備用進近方式為目視進近。(2)備用飛行程序是否可用氣象資料顯示，仙臺機場符合目視進近所需的氣象標準。 據(jù)此筆者

12、認定航班 可以正常執(zhí)行。(3)兩手準備在東京管制區(qū)開始下降后，機組收聽仙臺機場通播。仙臺機場發(fā)布的進近方 式為 “VISUAL APP。此時FMO示飛機到場時間剛好在RAIM失效期以外。但機組無法確定機場 是否會在RAIM失效期過后立刻恢復RNR!近。所以機組在進近準備時對 RNF® 近和目視進近都進行了復習。FMCS場程序按照RNR!近輸入。止匕外，為了避免臨時倉促改變進近方式帶來的麻煩，筆者還放出了一手獨門必殺絕技一一飛慢點兒。聯(lián)系仙臺進近后，得到指令“雷達引導，09號RNAVS近"。機組使用09號RNP®近正常落地。(六)本文小結(1)GNSS系統(tǒng)偽距法定位

13、需要至少4顆衛(wèi)星。(2)RAIM是GNS腋收機的一項功能，目的是監(jiān)控衛(wèi)星的可靠性。(3)RAIM需要至少5顆衛(wèi)星才能工作。(4)RAIM空洞是指搜索不到5顆衛(wèi)星，無法使用RAIM功能的區(qū)域。(5)RAIM預報是對RAIM空洞位置和時段的預報。(6)如果航路或進近使用GNSS乍為單一信號源，飛彳T計劃中必須提供 RAIM 預報。機組應當注意核對預報是否對飛行存在影響。番外篇1: Baro-Aiding (高度支助方式)“當4顆衛(wèi)星可用時，GPS存貯ADIRS的慣性高度和GPS高度之間的差 值。保存此高度差值是為了當只有 3顆衛(wèi)星可用時，可以估計出GPSS度。在高 度支助方式下，GPS等從ADIR

14、S得到的飛機高度加上地球半徑的長度作為第 4個 數(shù)據(jù)。只有在下列三個條件成立下，GPS!入高度支助方式：- GPS已在導航方式- 只有3顆衛(wèi)星可用，并且對定位有較好的幾何位置關系- 在GPS存貯器內存貯著慣性高度和 GPS高度之間的差值當?shù)?個衛(wèi)星重新在視野中見到后，GPSB新恢復正常工作?！? « B737NGS機維護手冊利用“ADIRUSS度+地球半徑”的方Baro-Ading提供了一個很巧妙的思路。 法，把地心作為“第四顆衛(wèi)星”。那么在RAIM空洞中，能否用同樣的方法把地心作為“第五顆衛(wèi)星”呢 ？答案 是肯定的。但是B737NG勺導航系統(tǒng)能否利用Baro-Ading參與RAIM

15、功能，筆者 還沒有找到明確的文獻說法。如果有了解這方面知識的朋友，還望不吝賜教。番外篇2: “DME / DME / IRU”定位FMCT以禾I用DME/DM惻距修正慣性導航系統(tǒng)的誤差，得到精確的當前位置。在DME&的數(shù)量和精度滿足要求的情況下，“ DME/DME/IRU定位并不比GNSS 定位的精度差。在RNAV1!離場中“ DME/DME/IRU定位可以作為唯一的導航源 使用。B737NGe裝有裝有兩部頻掃DM舔統(tǒng)。FMQI動在“機組選定頻率”和“位 置更新頻率”之間快速切換。所以 FMC©置更新不會影響機組使用甚高頻導航。 機組可以在CDU勺NAV STATU第一頁看到

16、FMC®：置更新所使用的導航臺?！叭绻O備正在用于導航，識別碼高光，數(shù)據(jù)以大字體顯示。如果設備正 在被接收但未用于導航，識別碼不為高光，但所顯示的數(shù)據(jù)為大字體。如果設備 正在被調 諧但未接收到，數(shù)據(jù)以小字體顯示。如果助航設備已失效，F(xiàn)AIL將以 小字體顯示?！币灰籅737飛行機組操作手冊0 MEIRSINDEXSHIFT>VOR-L M117 DttELSTATUS 1VOR-R機組也可以在CDU勺NAV STATU第二頁人工抑制FMC®：置更新在某些機場的RNAV®離場程序中，會指定“關鍵DME?" (Critical DME) 如果GNS漱據(jù)不

17、可用，飛機完全依賴“ DME/DME/IRU定位，機組必須確認關鍵 DME&工作正常才能執(zhí)行該進離場程序。番外篇3: GNSS曾強系統(tǒng)出于國家安全目的，各個GNS隙統(tǒng)的所有國都對系統(tǒng)的導航精度有所保留。 民用GNSSK統(tǒng)的定位精度遠遠低于軍用系統(tǒng)，其中既有衛(wèi)星信號頻率的原因， 也有人為有意摻加誤差的原因。以美國的 GPS為例，民用的標準定位服務(SPS) 定位精度原本可以達到1525米，但是被美國軍方干擾降為100米。軍方使用的 精密定位服務(PPS)定位精度在95%概率小于18米。如何利用民碼的信號獲得更高的定位精度呢 ？人們陸續(xù)開發(fā)除了各種GNSS 增強系統(tǒng)。GNSS曾強系統(tǒng)分為三類：機載增強系統(tǒng)(ABAS)、地基增強系統(tǒng)(GBAS) 和星基增強系統(tǒng)(SBAS)o(1)機載增強系統(tǒng)(ABAS)機載增強系統(tǒng)通過機載設備來提高 GNSSt位精度，例如我們上文提到過的 RAIM就是是典型的機載增強系統(tǒng)。機載增強系統(tǒng)設備簡單、成本低，是現(xiàn)在普 及率最高的GNSS曾強系統(tǒng)。但機載增強系統(tǒng)的缺點也很明顯，只能被動的回避 低精度時段，不能主動提高定位精度。(2)地基增強系統(tǒng)(GBAS)地基