精选-飞行学习文件-三分钟教你读懂RAIM预报

1、三分钟教你读懂RAIM预报（一 ）GNSS定位原理GNS是 Global Navigation Satellite System（全球卫星导航系统）的缩写。 现在投入使用的GNSS系统主要有四套：美国的GPS俄罗斯的“格洛纳斯”、 欧洲的“伽利略”和中国的“北斗”。其中以美国的GPS系统使用最为广泛。这四套GNSS系统的定位原理基本相同，都是依靠接收机与多个卫星间的测 距来进行定位。GNS常用的测距方法有两种：伪距测距和载波相位测距。机载 GNS系统属于单点定位，只能使用伪距测距。伪距测距利用卫星信号发出和接收的时间差计算距离。由于GNSSE星是运动的，这里的测距值其实是接收机距离卫星飞行后方

2、某个点的距离，所以被称作“伪距”。当接收机获得多个卫星测距后，就可以根据“星历”（卫星轨道数据）计算出 飞机的位置。这个计算过程与原始导航中的 DME/DM定位十分相似。（1）平面双台定位在二维平面中，根据两个 DM哈的测距值可以确定两个点。借助诸如VOR仝向线等其他定位手段，我们可以将错误的点排除。FMC可以利用这种方法修正惯性导航系统的误差，得到精确的飞机位置(详见文后说明)。(2) 平面三台定位在平面内如果有三个DM哈进行测距，即可得出唯一的位置点(3) 立体三星定位如果把DME台 “装”在卫星上，在三维空间内定位的话，三个测距值能够获 得两个位置点。通过逻辑判断法，系统可以排除错误的位

3、置点，因为错误位置点 在太空中，比卫星还高。这就是三星定位的基本原理。三颗卫星，三组测距数据，从理论上讲我们已经可以在三维空间中确定飞机 的位置了。（4） 时间误差导致的“第四变量”oGNSSK统利用信号的时间差进行测距。 任何细微的时间误差被放大30万倍 （光速）都将变得无法接受。所以GNSS系统要求卫星和接收机的时间必须保持严 格的一致。GNSSfi星上使用的是原子钟，同时还受地面站的监控和校准。原子钟精度 极高，但是造价高昂。机载GNS取收机上使用的是“廉价的”石英钟。（当然这 个“廉价”只是相对而言的。 ）机载石英钟的精度远低于原子钟。“机载时钟”与“卫星时钟”之间的误差被称作“接收机

4、钟差”。 一旦“接 收机钟差”混入定位计算，就会被放大 30万倍（伪距=时间差X光速）。所以在 GNS定位过程中，除了经度、纬度和高度以外，还存在一个必须解算的变量 “接收机钟差”。既然定位存在四个待解变量， 那就必须至少引入四组数据进行解算。 这就是 我们通常所说的GNSSt位至少需要4颗卫星的原因。（二）RAIM（接收机自主完好性监控）前文讲到，接收机至少需要 4 颗卫星才能完成定位。 那么就存在这样一个问 题：万一某颗卫星出现故障，定位数据就会发生错误。仅有 4颗卫星可用时，定 位错误无法被系统识别和纠正。如果GNS取收机能够搜索到5颗可用的卫星，按照“4颗卫星定位一次” 的原则排列组合

5、， 接收机可以做 5次定位计算。 通过5组数据的对比， 接收机就 能够发现出卫星故障了。这个对比/识别的功能，就是我们所说的 RAIM（接收机 自主完好性监控 ）。如果GNSS接收机能够搜索到5颗以上卫星，系统就能够进行更多次的定位 计算。此时RAIM不仅能够提供卫星故障的警报，还能够识别出是哪颗卫星发生 故障。在某些GNSSK统中，接收机可以根据 RAIM结果将错误的卫星排除在外。RAIM是 GNS接收机的一种功能，目的是监控 GNSS1星的可靠性。接收机 必须搜索到至少5颗可用卫星，RAIM才能够工作。还需要注意的一点是， RAIM 并不监控GNSS接收机本身的故障。所有航空用GNS取收机

6、都必须具备RAIM功能。只要可用卫星不少于 5颗, RAIM功能即自动工作。RAIM是FMC评价导航精度的重要依据之一。机组不需要 直接监控RAIM结果，只需要监控ANP值有没有超过RNPfi即可。“RAIM功能的输出是对GPS位置误差的估值。自治完好性监测值送给FMC FMC利用此自治完好性监测数据决定 GPS数据是否能用于导航。”一一B737NG 飞机维护手册“ANP是FMC根据RAIM更新方法以及其它因素计算的，它的值一直波动。 只要ANP不超过RNP没有实际或可靠的方法帮机组解释 ANP波动。如果ANP增 力卩超过RNP出现UNABLE REQD NAV PERF RNP警报。”B73

7、7机组训 练手册（三）RAIM HOLE （RAIM 空洞）既然RAIM功能至少需要5颗卫星才能完成，那飞行中会不会遇到凑不够 5 颗可用卫星的情况呢 ?这种情况是存在的。无法搜索到 5颗可用卫星的区域被称 之为“ RAIM空洞”。在RAIM空洞中，接收机无法对卫星的可靠性进行监控。RAIM空洞的发生主 要受下面三个因素的影响。（1）星历星历是GNSSfi星运行的轨道数据，说白了就是一张时间表，告诉我们卫星 什么时间在什么地点。以GPS系统为例，GPS-共有21颗正常工作卫星和3颗备 份卫星。卫星围绕地球运转， 每12小时绕地球一圈。 依照星历计算在某一时间、 某一区域，理论上就是凑不够 5

8、颗卫星的。（2）MASK ANGLE （蔽遮高度角、截止高度角 ）当接收机定位时， 位置过低、距天地线过近的卫星容易受到电离层和地形的 干扰，造成定位误差。 所以系统会设定一个遮蔽高度角， 低于这个角度的卫星被视作不可靠。遮蔽高度角越大，视作不可靠的卫星就越多，RAIM空洞出现的概率也就越大。（3）卫星故障通告如果卫星主控站发现某颗 GNSSS星出现故障，会对外发出卫星故障通报。 可用卫星数量减少也会增大RAIM空洞出现的概率。（四）RAIM预报“不可靠，即不可用”是航空运行中一个通行的准则。并不是说在RAI M空洞中4星定位的数据就一定会出现偏差，问题在于定位数据的可靠性无从监控。 所以RA

9、IM空洞中的GNSS据不能被视作有效。这就好比某机场宣布“盲降不提供使用”，但实际上盲降设备仍然处于开机 状态一样。盲降信号可能准确，也可能不准确，我们无从证实。所以我们不会使 用盲降进近程序。如果某条航路，或者某个飞行程序以 GNSSt位作为唯一导航信息源，那我 们就必须随时监控RAIM空洞的位置。当飞行路线处于 RAIM空洞的覆盖范围时， 需要向机组发出预警。这就是我们所说的 RAIM预报。“如果预测到计划飞行的任何阶段失去 RAIM持续超过5分钟，则此飞行 应推迟或取消，或者在满足 RAIM要求的区域重新拟定飞行计划。驾驶员应评估 在GPS导航失效的情况下的导航能力（可能需要飞往备降场）

10、。”在航路 和终端区实施RNAV1和 RNAV2的运行指南“如果预测连续5分钟以上失去RAIM RNP运行应被延迟、取消或采取其他 运行方法。”在终端区和进近中实施 RNP勺运行批准指南以GNSS乍为唯一导航信号源，常见于RNAV亢路飞行和RNP进近程序。RAIM 空洞对于RNP进近的影响尤为严重。在实际运行中，在预报RAIM空洞的时段内， RNP进近都是被禁止的。RAIM预报由一些专业公司提供给航空公司和机场当局。RAIM预报的计算需要考虑GPS1历、卫星故障通告、机场截止高度角等因素。在报文中会给出RAIM 不可用的时段。在某些为航空公司提供的RAIM预报中可能还会考虑机载GNS接收机性能

11、特点，例如飞行路线、天线安装位置、转弯坡度等对卫星信号接收的影响。这一类 报文不光能够预报RAIM空洞出现的时段，还能够对某一时段内程序要求的RNP值是否可行提供预报。( 五 ) 一个实例笔者一次执行浦东 - 仙台航班，在航前阅读航行通告时注意到：仙台机场世 界时0435z-0500z期间，用于进近的“ GPS RAIM”中断。航班预计在仙台着陆 时间恰好处于这一时段内。(1) 是否存在备用飞行程序根据气象资料分析仙台机场预计使用 09 号跑道着陆。 09号跑道的主用进近 方式为RNR进近，备用进近方式为目视进近。(2) 备用飞行程序是否可用气象资料显示， 仙台机场符合目视进近所需的气象标准。

12、 据此笔者认定航班 可以正常执行。(3) 两手准备在东京管制区开始下降后， 机组收听仙台机场通播。 仙台机场发布的进近方 式为“ VISUAL APP。此时FMC显示飞机到场时间刚好在RAIM失效期以外。但机组无法确定机场 是否会在RAIM失效期过后立刻恢复RNP4近。所以机组在进近准备时对 RNR4 近和目视进近都进行了复习。FMC进场程序按照RNF进近输入。此外，为了避免临时仓促改变进近方式带来的麻烦， 笔者还放出了一手独门 必杀绝技飞慢点儿。联系仙台进近后，得到指令“雷达引导，09号RNAVS近”。机组使用09号RNPS近正常落地。( 六 ) 本文小结(1) GNSS系统伪距法定位需要至

13、少4颗卫星。RAIM是GNS接收机的一项功能，目的是监控卫星的可靠性。(3)RAIM 需要至少 5 颗卫星才能工作。RAIM空洞是指搜索不到5颗卫星，无法使用RAIM功能的区域。(5)RAIM预报是对RAIM空洞位置和时段的预报。如果航路或进近使用GNSS乍为单一信号源，飞行计划中必须提供 RAIM 预报。机组应当注意核对预报是否对飞行存在影响。番外篇 1 ：Baro-Aiding ( 高度支助方式 )“当4颗卫星可用时，GPS存贮ADIRS的惯性高度和GPS高度之间的差 值。保存此高度差值是为了当只有 3颗卫星可用时，可以估计出GPS高度。在高 度支助方式下，GPS各从ADIRS得到的飞机高

14、度加上地球半径的长度作为第 4个 数据。只有在下列三个条件成立下， GPS1入高度支助方式：-GPS已在导航方式- 只有 3 颗卫星可用，并且对定位有较好的几何位置关系-在GPS存贮器内存贮着惯性高度和 GPS高度之间的差值当第4个卫星重新在视野中见到后，GPS重新恢复正常工作。”B737NG机维护手册Baro-Ading提供了一个很巧妙的思路。利用“ADIRUS高度 +地球半径”的方 法，把地心作为“第四颗卫星”。那么在RAIM空洞中，能否用同样的方法把地心作为“第五颗卫星”呢 ？答案 是肯定的。但是B737NG勺导航系统能否利用Baro-Ading参与RAIM功能，笔者 还没有找到明确的文

15、献说法。如果有了解这方面知识的朋友，还望不吝赐教。番外篇 2：“ DME / DME / IRU ”定位FM（可以利用DME/DM测距修正惯性导航系统的误差，得到精确的当前位置。 在DME的数量和精度满足要求的情况下，“ DME/DME/IR”定位并不比GNSS 定位的精度差。在RNAV1进离场中“ DME/DME/IR”定位可以作为唯一的导航源 使用。B737NG装有装有两部频扫DME系统。FMC自动在“机组选定频率”和“位 置更新频率”之间快速切换。所以 FMC位置更新不会影响机组使用甚高频导航。 机组可以在CDU勺NAV STATU第一页看到FMC位置更新所使用的导航台。“如果设备正在用

16、于导航，识别码高光，数据以大字体显示。如果设备正 在被接收但未用于导航， 识别码不为高光， 但所显示的数据为大字体。 如果设备 正在被调 谐但未接收到， 数据以小字体显示。 如果助航设备已失效， FAIL 将以 小字体显示。”一一B737飞行机组操作手册GPS2U1:1S1/2VOR-RM114.70OMER114NAV STATUS VOR-LLUX M117.10dme-lLUX 117.10丫NT 112.50HE. 115.80机组也可以在CDU勺NAV STATU第二页人工抑制FMC位置更新在某些机场的RNAVS离场程序中，会指定“关键DME台” (Critical DME) 如果G

17、NS敎据不可用，飞机完全依赖“ DME/DME/IR”定位，机组必须确认关键 DME台工作正常才能执行该进离场程序。MR INHIBITLOC UPDATENAV 0P7I0HS 2/2 one inhibit番外篇3: GNSS曾强系统出于国家安全目的，各个GNSSK统的所有国都对系统的导航精度有所保留。 民用GNSS系统的定位精度远远低于军用系统，其中既有卫星信号频率的原因， 也有人为有意掺加误差的原因。以美国的 GPS为例，民用的标准定位服务(SPS) 定位精度原本可以达到 1525米，但是被美国军方干扰降为 100 米。军方使用的 精密定位服务(PPS)定位精度在95%概率小于18米。如何利用民码的信号获得更高的定位精度呢 ?人们陆续开发除了各种 GNSS 增强系统。GNSS曾强系统分为三类：机载增强系统(ABAS)、地基增强系统(GBAS) 和星基增强系统 (SBAS)。(1) 机载增强系统 (ABAS)机载增强系统通过机载设备来提高 GNSSt位精度，例如我们上文提到过的 RAIM就是是典型的机载增强系统。机载增强系统设备简单、成本低，是现在普 及率最高的GNSS曾强系统。但机载增强系统的缺点也很明显，只能被动的回避 低精度时段，不能主动提高定位精度。(2) 地基增强系统 (GBAS)