飞行程序设计-第1章 PBN简介课件

1、主要内容pPBN的发展历程pPBN基本概念pPBN实施过程简介pPBN在各国的发展及应用情况基于性能基于性能导航的发导航的发展历程展历程BCDRNAV F基于性能导航的发展历程导航的发展u导航的发展导航的发展n目视飞行阶段目视飞行阶段任何明显地标任何明显地标n受天气影响或夜航受天气影响或夜航1910年代年代火把、烽火台火把、烽火台1920年代年代机场边界灯、风袋、塔台旋转灯标、航路灯机场边界灯、风袋、塔台旋转灯标、航路灯1920-1930年年无线电无线电通信：天气变化、航行方面的服务需求通信：天气变化、航行方面的服务需求 导航：无线电指点标、四航道无线电定向系统导航：无线电指点标、四航道无线电

2、定向系统基于性能导航的发展历程导航的发展VOR1950年被规定为国际标准民用导航系统年被规定为国际标准民用导航系统飞行员开始采用仪表飞行飞行员开始采用仪表飞行利用利用VOR定义航路定义航路支持进近程序支持进近程序ILS1929年第一套试验系统年第一套试验系统1946年作为年作为ICAO首选着陆系统首选着陆系统 现在：现在：I类、类、II类、类、III类类基于性能导航的发展历程导航的发展DME1961年第一套规范化的民航应用设施（人工调台）年第一套规范化的民航应用设施（人工调台） 在在PBN中，中，DME为基于自动调台为基于自动调台卫星导航卫星导航最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统最早的卫星定

3、位系统是美国的子午仪系统(Transit)，1958年研制，年研制，64年正式年正式投入使用。该系统卫星数目较小投入使用。该系统卫星数目较小(5-6颗颗)，运行高度较低，运行高度较低(平均平均1000KM)，从，从地面站观测到卫星的时间隔较长地面站观测到卫星的时间隔较长(平均平均1.5h)，精度较低。，精度较低。 GPS1974 第一颗第一颗GPS实验卫星发射升空实验卫星发射升空 1993年底建成实用的年底建成实用的GPS网网 传统导航方式地基导航设施航空器飞越导航设施和交叉定位点精确性是距离的函数保护区随距离导航设施距离增大而扩张限制了设计灵活性 限制了设计灵活性地基导航设施地基导航设施基于

4、性能导航的发展历程导航方式的转变 可用设施：可用设施：LORAN、Omega、 VORVOR、VORDME、 多传感器多传感器FMS、GPS及增强系统及增强系统RNAV区域导航（RNAV)是一种导航方法，允许飞机在台基导航设备的覆盖范围内或在自主导航设备能力限度内或两者配合下按任何希望的飞行路径运行。ABCDEFRNAV 更短的路径更短的路径更多可能的航迹更多可能的航迹RNAV 基于性能导航的发展历程导航方式的转变QQ目前状况目前状况目标：目标：缩小的间隔缩小的间隔增加的利益增加的利益 无缝的全球运行无缝的全球运行路基设施路基设施RNAV and RNP星基设施星基设施导航方式的转变基于性能导

5、航的发展历程区域导航多年来描述所需导航能力的方法是规定必须装备某种设备，这限制了现代先进机载设备的利用和发展。机载设备能力的提高以及飞行管理计算机（FMC）的应用基于地面导航台的飞行向基于空间坐标点的飞行转变首先出现在航路飞行，进而出现在终端区和进近显示了极大的安全和经济价值基于性能导航的发展历程区域导航存在问题存在问题概念术语定义等方面存在严重混淆概念术语定义等方面存在严重混淆各个国家地区发展的方向存在差异各个国家地区发展的方向存在差异各项区域导航性能应用缺乏一致性各项区域导航性能应用缺乏一致性基于性能导航的发展历程PBN的实施背景未来空中导航系统特别委员会（未来空中导航系统特别委员会（FA

6、NS）提出所需导航性）提出所需导航性能能力（能能力（RNPC）的概念，由）的概念，由ICAO理事会指定间隔一般概理事会指定间隔一般概念审查专家组（念审查专家组（RGCSP）完善。）完善。RNPC发展为发展为RNP（1990年）年）早期早期所需导航性能手册所需导航性能手册（Doc9613）缺乏可操作性，）缺乏可操作性，没有没有RNP和和RNAV的区别。的区别。20032003年年9 9月，月，ICAOICAO召开的第十一届空中航行会议（召开的第十一届空中航行会议（AN-AN-CONF/11CONF/11）中建议紧急推动解决）中建议紧急推动解决RNPRNP和和RNAVRNAV的各项问题。的各项问题

7、。2022-4-2312基于性能导航的发展历程PBN的实施背景2004年，ICAO成立了专门研究工作组（RNPSORSG），定义了PBN概念2008年发布了基于性能导航手册，用以规范有关技术标准，指导各国具体实施航行新技术。2022-4-2313基于性能导航的发展历程PBN的实施背景2007年9月，ICAO在第36届大会上正式要求各缔约国在2009年底前制定完成PBN实施规划，2016年完成全部实施工作，以全球一致和协调的方式从传统飞行模式完全过渡到PBN。对于为5700公斤以上航空器服务的跑道，必须具有使用APV提供垂直引导，作为主用程序或精密进近的备份程序。2010年实现30%，2014年

8、实现70%，2016年100%。2022-4-2314全球RNP实施计划2022-4-2315*RNP 10 4RNP 12 4RNP 5 1RNP 4RNP 10 4RNP 10 4RNP 4VOR/DME DME/DMEGPS GPSVOR/DMEINS GPSINS GPSINS GPSINS GPSGPSRNP 2, 1, 0.3PBN总结PBNPBN是是ICAOICAO在整合在整合RNAVRNAV和和RNPRNP运行实践和技术标运行实践和技术标准的基础上，提出的一种新型运行概念。准的基础上，提出的一种新型运行概念。PBNPBN将将 航空器机载设备能力航空器机载设备能力 与卫星导航及其

9、他与卫星导航及其他先进先进 技术技术 相结合相结合 ，涵盖了，涵盖了 航路航路 、终端区及、终端区及进近所有飞行阶段进近所有飞行阶段 ，提供了，提供了 更加精确、安全更加精确、安全的的 运行方式运行方式 。PBNPBN运行提出了在指定运行提出了在指定 空域内运行的空域内运行的 航空器的航空器的导航性能要求，这些导航性能要求包括：精度、导航性能要求，这些导航性能要求包括：精度、完整性、连续性、可用性和功能。完整性、连续性、可用性和功能。PBNPBN运行，代表了从基于传感器导航到基于性能运行，代表了从基于传感器导航到基于性能导航的导航方式的改变。导航的导航方式的改变。PBN手册内容VOLI：RNA

10、V和RNP的应用PART A：PBN概念PART B：实施指南VOLII：导航规范PART A：综述PART B：RNAV应用实施PART C：RNV应用实施BACKPBN要素空域概念PBN 基本概念 PBN在CNS ATM中所处的位置COMNAVSURATMPBN基本概念PBN要素PBN定义了RNAV/RNP系统性能需求：精度、完好性、连续性和可用性满足所需性能的必须具备的功能机载系统要求，地面导航设施需求机组PBN要素- 导航设施-PBN基本概念PBN要素PBN要素- 导航标准-目的要在全世界范围内统一标准PBN要素- 导航标准-2022-4-2324 PBN基本概念PBN要素总结总结PB

11、N定义了区域导航系统性能，如精度、完好性、连续定义了区域导航系统性能，如精度、完好性、连续性和可用性性和可用性+ 功能需求。功能需求。PBN不同于不同于RNP概念，概念，RNP只局限于导航精度和所需只局限于导航精度和所需性能，性能，PBN还包括性能和功能需求。还包括性能和功能需求。PBN包括两大类标准，包括两大类标准，RNAV和和RNP，RNP需要机载性需要机载性能检测能检测+警报，而警报，而RNAV不需要。不需要。RNP和和RNAV 不同的标准用不同的标准用“X”区分，例如区分，例如RNP1，X表表示在示在95%时间内的导航精度，同样的时间内的导航精度，同样的X，RNAV和和RNP对机载导航

12、设备和机组程序会有很大的差别。对机载导航设备和机组程序会有很大的差别。PBN基本概念PBN要素各飞行阶段的可用导航标准 导航标准导航标准NAVIGATION SPECIFICATION飞行阶段飞行阶段航路航路 海洋海洋 / 边远边远地区地区航路航路 陆地陆地进场进场进近进近离场离场起始起始 中间中间最后最后复飞复飞 RNAV 10 (RNP 10)10 RNAV 5 55 RNAV 2 22 2 RNAV 1 1111 11 RNP 44 Basic-RNP 1 111 11 RNP APCH 110.31 RNP AR APCH 1 - 0.11 - 0.10.3 - 0.11 - 0.1

13、2022-4-2326RNP10不需要任何地面导航设施两套远程导航系统（IRS/FMS、INS、GNSS）航线间隔最小50NM惯导更新不得超过6.2小时洋区飞行南中国海/三亚情报区2022-4-23272022-4-2328ATS & RNAV RouteATS ROUTERNAV ROUTEA202G221A1P901L642M771N892横向间隔60NM50NM纵向间隔80NM或10分钟50NM 或雷达间隔RNAV 5GNSS、DME/DME、VOR/DME、INS/IRS、VOR属于RNAV和传统ATS航路的过渡和混合1998 欧洲、中东 B-RNAV 2007 日本2022-

14、4-2329RNAV1 & RNAV2RNAV 1 2001 欧洲 PRNAV 2005 美国 U.S.RNAV type A 用于终端区进离场程序RNAV 2 美国 U.S.RNAV type B 用于Q航路 间隔8-10海里GPS、DME/DME、DME/DME/IRU基于雷达监视国内：10个繁忙机场（天津、北京、上海（虹桥、浦东）、广州、深圳、成都、沈阳、西安、乌鲁木齐等）、台湾海峡海上航路、京沪/京广平行航路2022-4-2330RNP4两套GNSS接收机间隔30NM X 30NM要求有直接通信或CPDLC，ADS监视海洋或边远地区部分洋区航路拉萨成都平行航路 2022-4-2

15、3312022-4-2332 邦达邦达VOR/DMEVOR/DMETAPUNTAPUN昌都昌都NDBNDB 崇州崇州VOR/DMEVOR/DME 拉萨拉萨VOR/DMEVOR/DME泽当泽当NDBNDBP79P79N N 成都成都-拉萨平行航路设计拉萨平行航路设计康定康定N30 13 23N30 13 23E091 33 56E091 33 56RNP4间隔为35NM（65KM）RNP 0.3-0.1用于进近程序0.3为基本值完全依靠卫星导航（GNSS）飞行操作误差（FTE）是误差的主要部分分为RNP APCH 和 RNP AR（需要特殊批准，Authorization Required AR

16、）拉萨、林芝、邦达、阿里、玉树、西宁、黄山、延吉、丽江等高原机场已经使用了RNP AR这种技术。RNP APCH已经在绵阳机场进行试验验证，三亚、固原机场正在进行之中 。 2022-4-23332022-4-2334规定航迹规定航迹估计位置估计位置实际位置实际位置飞行控制误差飞行控制误差FTE实际导实际导航性能航性能ANP2RNP2RNP9599.999%一旦一旦ANP超出超出RNP，系统就会告警，系统就会告警，RNP SAAAR第一个RNP SAAAR程序05年9月FAA order 8260.52显著提高了RWY19低目视距离的进近能力。RNP APCH2022-4-23362022-4-

17、2337RNP航段最大/最小 超障余度进场1.0/0.1600米/300米起始进近1.0/0.1300米中间进近 1.0/0.1150米最后进近0.5/0.1 VEB复飞 1.0/0.1 可变 2xRNP2xRNP超障余度超障余度飞行轨迹RNP2022-4-2338 ArrivalEA127EA125EA123IFTFRFTF保护区为一侧2 X在高原机场常使用的在高原机场常使用的RNP值为值为0.3；所需要的保护区为中心线每一侧所需要的保护区为中心线每一侧0.6海里；海里；总宽度为总宽度为1.2海里（海里（2222米）；米）；完全依靠完全依靠GNSS；飞行操作误差（飞行操作误差（FTE）是航迹

18、误差的主要部分。）是航迹误差的主要部分。PBN基本概念PBN要素PBN要素- 导航应用-举例：RNAV 1 标准PBN基本概念空域概念COMNAVSURATMCOMNAVSURATMICAO 全球 ATM 概念PBN基本概念空域概念什么是空域概念? 某特定空域使用的总体目标某特定空域使用的总体目标 空中交通系统所有部分都是实现目标的参与者空中交通系统所有部分都是实现目标的参与者 指战略层指战略层战略目标安全安全?增加容量增加容量?高效高效?环境友好环境友好?易进入易进入?我们需要什么？我们需要什么？安全安全高容量高容量高效高效易进入易进入环境友好环境友好实现战略目标的实现战略目标的PBN特性特

19、性PBN运行的潜在优势降低成本降低成本全球统一全球统一空域概念的参与者CommunicationsNavigationSurveillanceAir Traffic ManagementCNS/ATMAIRSPACE CONCEPT: ENABLERSCommunicationsNavigationSurveillanceAir Traffic ManagementCNS/ATMPBN空域概念的开发空域概念开发需要以下各部门的共同努力：Q 空中交通服务提供者Q 规章制定者Q 系统使用者“利益相关方利益相关方”空域概念: 利益相关方的职责1. 确定战略目标3. 确定参与者2. 明确战略目标的细节

20、CNS/ATM安全安全?增加容量增加容量?高效高效?环境友好环境友好?易进入易进入?例：确定参与者CommunicationsCommunicationsVHF? HF? 双向? NavigationNavigationNAVAIDs? 主用设备/备用设备y? 航空器要求?运营人要求？SurveillanceSurveillance雷达? 非雷达? Air Traffic ManagementAir Traffic ManagementATC程序? 管制负荷如何? 自动化程度?空域概念的目标 应用52/44利用测向、利用测向、垂直引导垂直引导减少可控减少可控飞行撞地飞行撞地安全安全提高容量提高

21、容量增加增加ATSATS航航路减少拥塞路减少拥塞以适应航班以适应航班的增长的增长高效高效ReRe减少由减少由于梯级下于梯级下井造成的井造成的延误延误环境友好环境友好降噪，减降噪，减排排易进入易进入增加空域增加空域机场利用机场利用率：率：使用使用RNPRNP程程序替代目序替代目视盘旋视盘旋可以使用可以使用RNAV-2 RNAV-2 ATSATS 平行平行航路航路RNAV-1 RNAV-1 SID tSID t可让可让航空器持航空器持续下降续下降RNP (AR) RNP (AR) APCH APCH 可以可以实现曲线实现曲线的航迹的航迹RNPRNP程序可程序可以降低标以降低标准准BACKPBN实实

22、施过程施过程简介简介过程一：确定需求过程二：明确要实施的导航规范过程三：规划与实施54过程一: 确定需求在明确满足空域概念要求的CNS功能要求的总体目标的前提下，这一步的目的是阐明空域概念的具体细节，评定现有机队装备与CNS/ATM的基础设施。触发要素各类不同用户的需求空域用户（军/民，商业航空/通用航空，仪表 /目视飞行等）的运行要求；ATM需求 （空域规划、管制等）国家政策（例如：环保等）对安全性、效率和容量要加以权衡，对相互冲突的需要做出协调。55第一步: 确定需求Step 1：建立空域概念Step 2：评估现有机队和可用导航设施Step 3：评估现有CNS/ATMStep 4：明确所需

23、的导航性能和功能需求Step 5：进入第二个过程Step 1：建立空域概念明确某空域的空域概念的细节（只有这样才能确定导航功能）需要很多相关学科的人员共同参加制定例如：ATC，飞行员，空域规划专家，程序设计专家，航空电子专家，飞行管理和适航管理人员，各类空域用户等。主要明确要达到什么样的目标（航路布局，航路间隔、结构、终端区SID/APCH，ATC运行方式等）需要了解：例如：明确此空域及周边目前和预计交通增长数据；例如：明确此空域及周边交通流量及空中交通的构成（着重考虑跨越空域边界、国界的过渡程序）；例如：进近类型：跑道设置、进近复飞类型；例如：满足运行需求的最低导航功能等。举例明确空域需求：

24、增加容量，建立平行分流航路，减少交叉点等Step 2：评估现有机队和可用导航设施规划人员必须掌握将在空域运行的航空器的能力，具有什么样的导航设施，从而确定何种运行对用户是可行的。评估现有的机队装备本国注册的、来自其他国家的等评估现有导航设施以上两者是否可以改善，改善的潜力如何，代价如何Step 3：评估现有CNS/ATM空中交通系统是使用CNS/ATM的综合系统，PBN仅仅是CNS/ATM的一部分，所以要评估通信和提供空中交通服务的监视基础设施。导航设施：要考虑路基、星基的覆盖及使用情况，相互的支持方法和任何导航失效对航路间隔造成的影响。通信与监视设施：要考虑目前是否有雷达或通信未覆盖的区域，

25、是否可通过增加导航完整性的方式来弥补，例如使用RNP。Step 3：评估现有CNS/ATM（2）ATM系统导航方式改进后空中交通管理的工具是否需要改进或引进新的工具告警（是否影响冲突检测和告警限制）空管自动化航班计划适合混合运行方式（传统和PBN）的需求Step 4：明确所需的导航性能和功能需求基本需求从精度，完整性，连续性，可用性确定对航空器的需求 明确的功能要求明确的功能要求航段转换，航迹代码，平行偏置 功能，等待模式导航数据库等 估计区域导航程序的复杂性估计区域导航程序的复杂性定义程序需要航路点的个数航路点间的距离转弯的方式最低引导高度之下的运行方式导航能力举例航路（陆地上空）航路（陆地

26、上空）精确性偏置航路能力转弯性能要求导航设施需求洋区洋区/偏远地区航路偏远地区航路精确性机载自备导航能力（惯导）GNSS 63 终端区空域终端区空域 精确性 终端区航段类型 工作负荷 机载数据库要求 进近进近 直线或转弯进近、复飞，单跑道或多跑道过程二： 明确要实施的导航规范64Step1：回顾ICAO的导航规范Step2：确定适合特定CNS/ATM环境的导航规范Step：寻找空域概念与导航功能要求的折中（必要的话）Step：确定导航规范目标：明确合适的ICAO导航规范（例如：RNP1RNAV 等）Step1：回顾ICAO的导航规范导航标准导航标准NAVIGATION SPECIFICATIO

27、N飞行阶段飞行阶段航路航路 海洋海洋 / 边远边远地区地区航路航路 陆地陆地进场进场进近进近离场离场起始起始 中间中间最后最后复飞复飞 RNAV 10 (RNP 10)10 RNAV 5 55 RNAV 2 22 2 RNAV 1 1111 11 RNP 44 Basic-RNP 1 111 11 RNP APCH 110.31 RNP AR APCH 1 - 0.11 - 0.10.3 - 0.11 - 0.1 Step1：回顾ICAO的导航规范将规范与以下条件相对应 现有机队安装的导航设备 可行的导航设施 通信 ATS 设施 ATM 系统 航路结构提供服务的方式等Step2：确定适合特定C

28、NS/ATM环境的导航规范根据目前的CNS/ATM环境对照ICAO导航规范的要求，如果满足，可以实施，否则进入。Step：寻找空域概念与导航功能要求的折中重新检查机队改变空域概念进行匹配；改变空域概念进行匹配；对航空器重新装备的代价能否够用将来达到的空域概念带对航空器重新装备的代价能否够用将来达到的空域概念带来的价值补偿；来的价值补偿；可否延迟实施来提高航空器的装备？可否延迟实施来提高航空器的装备？重新检查环境重新检查环境Step：寻找空域概念与导航功能要求的折中(2)例如例如ICAO规范中要求平行偏置能力，而恰恰目前不能规范中要求平行偏置能力，而恰恰目前不能具备这种能力，解决的方法可以设立雷

29、达引导区域，具备这种能力，解决的方法可以设立雷达引导区域，在这些区域内可以使管制员引导航空器，有利于大流在这些区域内可以使管制员引导航空器，有利于大流量情况下航空器的爬升或下降。量情况下航空器的爬升或下降。Step：确定导航规范进行以上步骤明确导航规范过程三：规划与实施71：制定安全计划：验证空域概念的安全性：飞行程序设计：程序验证：实施决定：校验与飞行验证：对空中交通管制系统的综合考虑：认识与培训资料：培训空中交通管制人员：培训飞行机组人员：设定运行实施日期：实施后审查BACK美国欧洲澳大利亚日本中国2022-4-2373Q 2003年7月，FAA组织航空公司、航 空器制造商和其他航空团体共

30、同编 制，并在2006年进行了更新。Q 确定了向PBN过渡的政策，为航空 业务发展指明了方向。Q 目标是减少延误，改善运行效率， 提高安全性，改进美国国家空域系 统设计和航空交通程序。Q 提出关键运行概念和技术原则。Q 确认了实施步骤和时间表。Q 是美国新一代运输系统的重要组 成部分。 2000 2000 2010 2010 2015 2015 2005 2005 航路 VOR DME NDB GBAS GPS SBAS 进近/着陆/离场 ILS Cat II/III MLS Cat III DME VOR NDB ILS Cat I GPS SBAS Cat I GBAS Cat I/II/III Cat I 2022-4-2374 基本方式（B-RNAV）：1998年 精密方式（P-RNAV）：2004年 RNP方式（RNP）：2010年 2022-4-23752022-4-2376航路终端区进近 2022-4-2377Q 民航局经过1年多时间的反复研究，决定将PBN作为中国民航的重点技术发展方向之一。民航局的PBN决策（1）实施原则中国民航各有关行业应高度重视；其推进要从实际出发，科学决策，坚持整体规划、逐步实施的原则；要密切跟踪国际先进技术的新发展和新变化，与国际先进标准相接