導(dǎo)航系統(tǒng)-所需導(dǎo)航性能

2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)1導(dǎo)航系統(tǒng)課程內(nèi)容傳統(tǒng)導(dǎo)航儀表導(dǎo)航無線電導(dǎo)航區(qū)域?qū)Ш胶唵螀^(qū)域?qū)Ш剑―ME/DME、DME/VOR）衛(wèi)星導(dǎo)航慣性導(dǎo)航所需導(dǎo)航性能RNP參數(shù)民航面臨的挑戰(zhàn)空域受限，機(jī)場(chǎng)容量飽和特殊機(jī)場(chǎng)眾多行業(yè)發(fā)展協(xié)調(diào)性不夠地區(qū)發(fā)展不平衡2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)2民航面臨的挑戰(zhàn)空域受限，機(jī)場(chǎng)容量飽和特殊機(jī)場(chǎng)眾多行業(yè)發(fā)展協(xié)調(diào)性不夠地區(qū)發(fā)展不平衡安全需求2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)4航班增長2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)5航班延誤2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)6環(huán)境污染2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)7RNP是FANS的主要組成部分2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)8RNP介紹2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)9RNP概念利用不同導(dǎo)航性能要求去定義不同等級(jí)的RNP類型，制定空域規(guī)劃時(shí)劃分空域和／或航路的類型。導(dǎo)航性能包括各性能參數(shù)，即精度、可靠性、完善性、可用性、覆蓋范圍、定位速率、定位維數(shù)、容量、模糊度、恢復(fù)導(dǎo)航時(shí)間等。對(duì)應(yīng)于某個(gè)等級(jí)的空域和／或航路類型的各性能參數(shù)都有要求，擇其主要的具有代表性的參數(shù)“精度”去劃分類型，它由導(dǎo)航傳感器誤差、機(jī)載接收機(jī)誤差、顯示誤差和飛行技術(shù)誤差(FTE)組合，這種組合也稱為“導(dǎo)航性能精度”在某一個(gè)空域或一條航路上，要求其每架飛機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)使用精度在總飛行小時(shí)的至少95％時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)飛機(jī)偏離希望航跡的距離不得超過某一數(shù)值。2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)10RNP優(yōu)點(diǎn)2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)11RNP概念RNP：在一個(gè)定義的空域中運(yùn)行所需要的導(dǎo)航性能精度的一種表述。導(dǎo)航性能精度：基于導(dǎo)航傳感器誤差、機(jī)載接收機(jī)誤差、顯示誤差和飛行技術(shù)誤差組合的總導(dǎo)航精度，也稱為系統(tǒng)使用精度。RNP-X：在占總飛行時(shí)間的至少95％的飛行時(shí)間內(nèi)，發(fā)現(xiàn)飛機(jī)偏離預(yù)期位置的最大距離。機(jī)載告警系統(tǒng)---在要求的時(shí)間內(nèi)給出報(bào)警。RNP的四個(gè)指標(biāo)：精度、完好性、連續(xù)性、有效性2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)12導(dǎo)航系統(tǒng)的四個(gè)指標(biāo)精度---系統(tǒng)誤差指總系統(tǒng)誤差(TSE)。它是導(dǎo)航系統(tǒng)誤差和飛行技術(shù)誤差的綜合，前者包含機(jī)載設(shè)備誤差及地面設(shè)備誤差：FTE包含人工駕駛時(shí)的飛行員判讀和操縱誤差或自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的全回路誤差完善性---它與總系統(tǒng)所提供信息正確性或置信度有關(guān)。完善性指系統(tǒng)在工作過程中不能工作時(shí)向用戶提供及時(shí)警告的能力。連續(xù)性---在需要的工作期間系統(tǒng)完成仟?jiǎng)?wù)而不間斷的能力。全系統(tǒng)的連續(xù)性包括地面設(shè)備(外部設(shè)備)、空中信號(hào)和機(jī)載設(shè)備總體上的不中斷連續(xù)合格服務(wù)，任何的短時(shí)間斷將使飛機(jī)暴露在事故中?？捎眯?--系統(tǒng)在希望的工作過程中所具有完成任務(wù)的能力。2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)13精度2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)14

導(dǎo)航系統(tǒng)的精度是指在規(guī)定的使用條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)為運(yùn)載體所提供的導(dǎo)航參數(shù)的誤差不超過給定值的能力。

完整的精度的含義應(yīng)該包括兩個(gè)不可分割的內(nèi)容：

給定的誤差范圍

誤差落在該范圍的能力（概率）完好性2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)15完好性是指系統(tǒng)在滿足規(guī)定可靠性前提下，一旦發(fā)生故障而在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)及時(shí)提供告警的能力。完好性是涉及到飛行安全最重要的指標(biāo)。對(duì)完好性描述的指標(biāo)主要有告警時(shí)間完好性冒險(xiǎn)（風(fēng)險(xiǎn)）保護(hù)水平（級(jí)別）告警門限完好性2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)16告警時(shí)間：從發(fā)生故障到給出故障告警的最長允許時(shí)間完好性冒險(xiǎn)（風(fēng)險(xiǎn)）：發(fā)生了故障但沒有在規(guī)定的告警時(shí)間內(nèi)給出告警的概率保護(hù)水平（級(jí)別）：以規(guī)定的置信度（概率）包圍實(shí)際誤差的一個(gè)值告警門限：對(duì)于規(guī)定的參數(shù)測(cè)量，測(cè)量值不能超過規(guī)定值，否則將產(chǎn)生告警，該規(guī)定值即為告警門限連續(xù)性2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)17連續(xù)性是指在某特定的飛行階段，導(dǎo)航系統(tǒng)提供連續(xù)而不發(fā)生中斷的有效服務(wù)的概率。連續(xù)性表明了系統(tǒng)可連續(xù)提供導(dǎo)航服務(wù)的性能。連續(xù)性與在整個(gè)特定的飛行階段，導(dǎo)航系統(tǒng)提供規(guī)定精度、完好性的導(dǎo)航輸出的能力有關(guān)。在飛機(jī)的進(jìn)近著陸階段，連續(xù)性是一個(gè)特別重要的指標(biāo)。有效性有效性是指在某特定的飛行階段，導(dǎo)航系統(tǒng)在任何時(shí)刻滿足精度和完好性要求的概率。2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)18RNP系統(tǒng)基本功能RNP系統(tǒng)功能：RNAV系統(tǒng)功能+機(jī)載性能監(jiān)視和警報(bào)，包括：能可靠地、可重復(fù)地并能預(yù)測(cè)性跟蹤預(yù)期飛行軌跡，包括轉(zhuǎn)彎航路垂直制導(dǎo)包含垂直剖面，使用垂直角或特定的高度限制來定義預(yù)期的垂直路徑根據(jù)系統(tǒng)安裝、結(jié)構(gòu)和配置的不同，提供不同形式的性能監(jiān)視和告警能力顯示并指示所需導(dǎo)航性能和實(shí)際導(dǎo)航性能監(jiān)視系統(tǒng)性能并在當(dāng)RNP不滿足時(shí)報(bào)警側(cè)向航跡偏離顯示，同時(shí)有導(dǎo)航完好性監(jiān)視和警告2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)19導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)20C代表容限，其值是RNP的兩倍。TSE代表側(cè)向總系統(tǒng)誤差。RNP包容度2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)21RNP容限完好性要求RNP空域中的系統(tǒng)導(dǎo)航位置誤差總計(jì)超過特定偏航容差限制而沒有任何提醒的概率應(yīng)該小于每飛行小時(shí)10-5。RNP定義2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)222024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)23RNP定義位置估計(jì)誤差（95%）2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)25容限（99.999%）2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)26RNP定義2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)27不同飛行階段的RNP2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)28RNP精度2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)29期望的航線：飛行機(jī)組人員和空中交通管制（ATC）期望飛機(jī)飛行的航線，給定一個(gè)特殊的航段或航線。航線操作誤差（PSE）：定位的位置到定義的航線的距離。PSE包括飛行技術(shù)誤差（FTE）和顯示誤差。航線定義誤差（PDE）：定義的航線與期望的航線之間的垂直距離。導(dǎo)航系統(tǒng)誤差（NSE）：真實(shí)位置與定位位置之間的距離。總系統(tǒng)誤差（TSE）：真實(shí)位置與期望位置之間的距離。這個(gè)誤差等于飛行技術(shù)誤差（FTE），航線定義誤差（PDE）和導(dǎo)航系統(tǒng)誤差（NSE）三者的矢量和。誤差來源導(dǎo)航臺(tái)或GPS衛(wèi)星星座引起的位置誤差機(jī)載導(dǎo)航傳感器引起的位置誤差導(dǎo)航系統(tǒng)（FMC）引起的位置誤差航路定義誤差（導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫中編碼的航路與發(fā)布的航路之間的偏差）飛行技術(shù)誤差2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)30飛行技術(shù)誤差2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)31飛行區(qū)間人工模式（NM）飛行指引模式(NM)自動(dòng)駕駛(NM)洋區(qū)2.00.50.25巡航1.00.50.25終端1.00.50.25進(jìn)近0.500.250.125RNP縮小航路間隔2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)32GNSS的ICAO空間信號(hào)性能要求2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)33航路中RNP2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)34Confinementarearadius:XNM從A到B，飛機(jī)在至少95%的時(shí)間內(nèi)處于容限范圍之內(nèi)從A到B飛機(jī)處于容限范圍之外的時(shí)間少于5%Routewidth:2XNMABTotalsystemerrorprojectionRNP應(yīng)用—空域的劃分2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)35RNP4飛機(jī)滿足要求的RNP(RNP4or1)飛機(jī)不滿足要求的RNP(RNP12.6or20)RNP4RNP應(yīng)用2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)36RNP4RNP12.6飛機(jī)使用VOR-DME來滿足

RNP(RNP4or1)因此飛機(jī)可以在此RNP4空域飛行如果飛機(jī)沒有裝INS,OMEGA,LORAN-C，

則飛機(jī)不能飛該空域，盡管該RNP值比RNP4的要求更寬松根據(jù)所配備的不同機(jī)載設(shè)備，飛過不同RNP區(qū)域的要求RNP應(yīng)用2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)37飛機(jī)利用VOR-DME信號(hào)可以滿足RNP(RNP4or1)的要求，因此可以飛越該空域如果地面臺(tái)發(fā)生問題，飛機(jī)不能滿足RNP4的要求，因此，飛機(jī)不能飛該RNP區(qū)域VOR-DME正常工作VOR-DME故障地面臺(tái)發(fā)生問題時(shí)，飛機(jī)飛過RNP區(qū)域的情況RNP機(jī)載顯示2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)38GPS(及GLONASS)局限性2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)39可見衛(wèi)星數(shù)456789101112%24H時(shí)間百分比<<0.010.042.8023.5527.316.770.41<<0.0139.13GPS有效性GNSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)—GNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem）是一種全球性的定位和授時(shí)系統(tǒng)，它包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星星座，機(jī)載接收機(jī)和完好性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在必要時(shí)還可采取增強(qiáng)措施以支持預(yù)計(jì)飛行階段的所需導(dǎo)航性能。GNSS將為飛機(jī)提供位置和時(shí)間數(shù)據(jù)，其構(gòu)成包括：提供標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS）的全球定位系統(tǒng)（GPS），由美國研制；提供標(biāo)準(zhǔn)精度通道（CAS）導(dǎo)航信號(hào)的全球軌道導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（GLONASS），由俄羅斯研制；機(jī)載增強(qiáng)系統(tǒng)（ABAS）陸基增強(qiáng)系統(tǒng)（GBAS）星基增強(qiáng)系統(tǒng)（SBAS）2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)40GNSS民航運(yùn)行性能需求2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)41GNSS民航運(yùn)行性能需求2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)42ABASABAS可提供以下處理方法：故障檢測(cè)與排除（FDE）使用冗余信息（如多個(gè)測(cè)距信號(hào)），對(duì)飛機(jī)的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行完好性監(jiān)測(cè)。故障檢測(cè)是檢查出錯(cuò)誤位置數(shù)據(jù)的存在故障排除是通過檢測(cè)確定出錯(cuò)誤源并將其排除，從而能不終端地提供導(dǎo)航服務(wù)2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)43ABAS2種完好性監(jiān)測(cè)：接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)（RAIM）利用可見衛(wèi)星的余度對(duì)跟蹤的衛(wèi)星組合解算，進(jìn)行相對(duì)比較，檢測(cè)或識(shí)別出哪顆衛(wèi)星有故障，并在計(jì)算中自動(dòng)刪除故障衛(wèi)星數(shù)據(jù)。采用5顆衛(wèi)星可檢測(cè)出衛(wèi)星出現(xiàn)故障采用6顆以上衛(wèi)星可將故障衛(wèi)星隔離FAA已將具有RAIM功能的接收機(jī)列入適航批準(zhǔn)條件之一飛機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)（AAIM）應(yīng)用其他機(jī)載傳感器（如：慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、氣壓高度表等）的信號(hào)使用其他傳感器，如慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，氣壓高度表或外部時(shí)鐘信號(hào)，監(jiān)測(cè)位置解算的連續(xù)性使用其他傳感器，如慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，氣壓高度表或外部時(shí)鐘信號(hào)，監(jiān)測(cè)位置解算的可用性通過估算事先確定出測(cè)距中殘留的誤差，提高定位精度2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)44SBAS系統(tǒng)組成地面設(shè)施監(jiān)測(cè)處理站，接收導(dǎo)航衛(wèi)星數(shù)據(jù)，計(jì)算完好性、修正數(shù)和測(cè)距數(shù)據(jù)，構(gòu)成系統(tǒng)空間信號(hào)（SIS）SBAS衛(wèi)星用于把地面設(shè)備生成的SIS播發(fā)到SBAS機(jī)載接收機(jī)上，使飛機(jī)確定位置和時(shí)間信息SBAS機(jī)載接收機(jī)獲得測(cè)距和修正數(shù)據(jù)，確定完好性，提高坐標(biāo)精度2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)45星歷誤差2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)46真實(shí)位置廣播位置(ErroneousGPSorbitography)接收機(jī)1接收機(jī)2空間傳播誤差2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)47GPS衛(wèi)星接收機(jī)1接收機(jī)2電離層對(duì)流層差分時(shí)間誤差2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)48時(shí)間誤差To計(jì)算修正值To+Tlat修正應(yīng)用時(shí)間由于時(shí)間滯后導(dǎo)致的誤差電離層計(jì)算2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)49接收機(jī)處理：電離層修正2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)501.地面部分播報(bào)網(wǎng)格點(diǎn)上的電離層值2.接收機(jī)利用網(wǎng)格點(diǎn)上的修正數(shù)據(jù)計(jì)算穿過該點(diǎn)的垂直電離層修正值3.接收機(jī)利用注入模型確定在衛(wèi)星、用戶接收機(jī)連線上的電離層誤差修正值

(可能會(huì)是垂直修正值的3~4倍)位置計(jì)算選星過程選擇SBAS提供修正值的衛(wèi)星如果不夠，選擇其他衛(wèi)星偽距平滑修正前利用平滑濾波器進(jìn)行平滑（載波相位測(cè)量方法)偽距修正2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)51接收機(jī)處理：快慢修正2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)52快修正:

標(biāo)量修正,對(duì)所有用戶都相同慢修正

:矢量修正,利用GPS所提供的數(shù)據(jù)確定衛(wèi)星位置，進(jìn)行不同的修正接收機(jī)處理：不同程度的完整性GPS和GEO衛(wèi)星的完整性由地面監(jiān)測(cè)站監(jiān)控，如果有問題，用“DON’TUSEflag”標(biāo)識(shí)。

完整性的播報(bào)利用奇偶校驗(yàn)確保(CRC）對(duì)于地面站播報(bào)的每種類型的修正值，都估算修正值的精度并發(fā)送給用戶。

UDRE參數(shù)用于快修正和長期修正.UIVE參數(shù)用于電離層修正.監(jiān)控設(shè)備監(jiān)控地面站的完整性2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)53SBAS--EGNOS2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)54SBAS--WAAS2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)5512/28/2024electronicengineeringdepartment----ssg56GBASWAAS/LAAS實(shí)施情況2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)57飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)FMCS預(yù)備階段－－20世紀(jì)50年代～70年代初期慣導(dǎo)系統(tǒng)的采用第一階段－－70年代中期（中東石油危機(jī)）性能管理計(jì)算機(jī)第二階段－－70年代末期～80年代初期性能管理系統(tǒng)第三階段－－80年代末期～至今飛行管理系統(tǒng)2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)58FMS的功能編排飛行計(jì)劃，實(shí)施性能管理導(dǎo)航/制導(dǎo)自動(dòng)飛行控制快速故障診斷，為飛行員提供告警2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)59FMS的組成飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：FMC、CDU

協(xié)調(diào)、處理并控制其他分系統(tǒng)的工作自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)：FCC、MCP

對(duì)自動(dòng)駕駛、飛行指引系統(tǒng)、速度配平、高度等提供綜合控制自動(dòng)油門系統(tǒng)：A/T計(jì)算機(jī)、A/T伺服機(jī)構(gòu)綜合計(jì)算，產(chǎn)生油門位置指令傳感器系統(tǒng)提供實(shí)測(cè)的飛行、導(dǎo)航和大氣數(shù)據(jù)2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)60FMS的傳感器2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)61慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)IRSVOR/DMEGPSILS提供導(dǎo)航實(shí)測(cè)參數(shù)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)ADC燃油油量總和器時(shí)鐘其它：發(fā)動(dòng)機(jī)防冰、機(jī)翼防冰等FMS的數(shù)據(jù)庫2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)62導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

性能數(shù)據(jù)庫

導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫的制作飛機(jī)的空氣動(dòng)力模型發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)模型機(jī)場(chǎng)、航路、公司航路、導(dǎo)航設(shè)備、終端區(qū)程序、ILS進(jìn)近FMS各種功能的實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能的實(shí)現(xiàn)性能計(jì)算的實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)功能的實(shí)現(xiàn)EFIS功能2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)63導(dǎo)航功能的實(shí)現(xiàn)FMS將早期的無線電導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、儀表著陸系統(tǒng)以及目前正在發(fā)展的全球定位系統(tǒng)GPS組合在一起，實(shí)現(xiàn)綜合導(dǎo)航。2024年12月28日導(dǎo)航系統(tǒng)64無線電更新2