导航系统-所需导航性能

2024年12月28日导航系统1导航系统课程内容传统导航仪表导航无线电导航区域导航简单区域导航（DME/DME、DME/VOR）卫星导航惯性导航所需导航性能RNP参数民航面临的挑战空域受限，机场容量饱和特殊机场众多行业发展协调性不够地区发展不平衡2024年12月28日导航系统2民航面临的挑战空域受限，机场容量饱和特殊机场众多行业发展协调性不够地区发展不平衡安全需求2024年12月28日导航系统4航班增长2024年12月28日导航系统5航班延误2024年12月28日导航系统6环境污染2024年12月28日导航系统7RNP是FANS的主要组成部分2024年12月28日导航系统8RNP介绍2024年12月28日导航系统9RNP概念利用不同导航性能要求去定义不同等级的RNP类型，制定空域规划时划分空域和／或航路的类型。导航性能包括各性能参数，即精度、可靠性、完善性、可用性、覆盖范围、定位速率、定位维数、容量、模糊度、恢复导航时间等。对应于某个等级的空域和／或航路类型的各性能参数都有要求，择其主要的具有代表性的参数“精度”去划分类型，它由导航传感器误差、机载接收机误差、显示误差和飞行技术误差(FTE)组合，这种组合也称为“导航性能精度”在某一个空域或一条航路上，要求其每架飞机的导航系统使用精度在总飞行小时的至少95％时间内出现飞机偏离希望航迹的距离不得超过某一数值。2024年12月28日导航系统10RNP优点2024年12月28日导航系统11RNP概念RNP：在一个定义的空域中运行所需要的导航性能精度的一种表述。导航性能精度：基于导航传感器误差、机载接收机误差、显示误差和飞行技术误差组合的总导航精度，也称为系统使用精度。RNP-X：在占总飞行时间的至少95％的飞行时间内，发现飞机偏离预期位置的最大距离。机载告警系统---在要求的时间内给出报警。RNP的四个指标：精度、完好性、连续性、有效性2024年12月28日导航系统12导航系统的四个指标精度---系统误差指总系统误差(TSE)。它是导航系统误差和飞行技术误差的综合，前者包含机载设备误差及地面设备误差：FTE包含人工驾驶时的飞行员判读和操纵误差或自动飞行控制系统的全回路误差完善性---它与总系统所提供信息正确性或置信度有关。完善性指系统在工作过程中不能工作时向用户提供及时警告的能力。连续性---在需要的工作期间系统完成仟务而不间断的能力。全系统的连续性包括地面设备(外部设备)、空中信号和机载设备总体上的不中断连续合格服务，任何的短时间断将使飞机暴露在事故中。可用性---系统在希望的工作过程中所具有完成任务的能力。2024年12月28日导航系统13精度2024年12月28日导航系统14

导航系统的精度是指在规定的使用条件下，在规定的时间内系统为运载体所提供的导航参数的误差不超过给定值的能力。

完整的精度的含义应该包括两个不可分割的内容：

给定的误差范围

误差落在该范围的能力（概率）完好性2024年12月28日导航系统15完好性是指系统在满足规定可靠性前提下，一旦发生故障而在规定的时间内及时提供告警的能力。完好性是涉及到飞行安全最重要的指标。对完好性描述的指标主要有告警时间完好性冒险（风险）保护水平（级别）告警门限完好性2024年12月28日导航系统16告警时间：从发生故障到给出故障告警的最长允许时间完好性冒险（风险）：发生了故障但没有在规定的告警时间内给出告警的概率保护水平（级别）：以规定的置信度（概率）包围实际误差的一个值告警门限：对于规定的参数测量，测量值不能超过规定值，否则将产生告警，该规定值即为告警门限连续性2024年12月28日导航系统17连续性是指在某特定的飞行阶段，导航系统提供连续而不发生中断的有效服务的概率。连续性表明了系统可连续提供导航服务的性能。连续性与在整个特定的飞行阶段，导航系统提供规定精度、完好性的导航输出的能力有关。在飞机的进近着陆阶段，连续性是一个特别重要的指标。有效性有效性是指在某特定的飞行阶段，导航系统在任何时刻满足精度和完好性要求的概率。2024年12月28日导航系统18RNP系统基本功能RNP系统功能：RNAV系统功能+机载性能监视和警报，包括：能可靠地、可重复地并能预测性跟踪预期飞行轨迹，包括转弯航路垂直制导包含垂直剖面，使用垂直角或特定的高度限制来定义预期的垂直路径根据系统安装、结构和配置的不同，提供不同形式的性能监视和告警能力显示并指示所需导航性能和实际导航性能监视系统性能并在当RNP不满足时报警侧向航迹偏离显示，同时有导航完好性监视和警告2024年12月28日导航系统19导航系统运行状态2024年12月28日导航系统20C代表容限，其值是RNP的两倍。TSE代表侧向总系统误差。RNP包容度2024年12月28日导航系统21RNP容限完好性要求RNP空域中的系统导航位置误差总计超过特定偏航容差限制而没有任何提醒的概率应该小于每飞行小时10-5。RNP定义2024年12月28日导航系统222024年12月28日导航系统23RNP定义位置估计误差（95%）2024年12月28日导航系统25容限（99.999%）2024年12月28日导航系统26RNP定义2024年12月28日导航系统27不同飞行阶段的RNP2024年12月28日导航系统28RNP精度2024年12月28日导航系统29期望的航线：飞行机组人员和空中交通管制（ATC）期望飞机飞行的航线，给定一个特殊的航段或航线。航线操作误差（PSE）：定位的位置到定义的航线的距离。PSE包括飞行技术误差（FTE）和显示误差。航线定义误差（PDE）：定义的航线与期望的航线之间的垂直距离。导航系统误差（NSE）：真实位置与定位位置之间的距离。总系统误差（TSE）：真实位置与期望位置之间的距离。这个误差等于飞行技术误差（FTE），航线定义误差（PDE）和导航系统误差（NSE）三者的矢量和。误差来源导航台或GPS卫星星座引起的位置误差机载导航传感器引起的位置误差导航系统（FMC）引起的位置误差航路定义误差（导航数据库中编码的航路与发布的航路之间的偏差）飞行技术误差2024年12月28日导航系统30飞行技术误差2024年12月28日导航系统31飞行区间人工模式（NM）飞行指引模式(NM)自动驾驶(NM)洋区2.00.50.25巡航1.00.50.25终端1.00.50.25进近0.500.250.125RNP缩小航路间隔2024年12月28日导航系统32GNSS的ICAO空间信号性能要求2024年12月28日导航系统33航路中RNP2024年12月28日导航系统34Confinementarearadius:XNM从A到B，飞机在至少95%的时间内处于容限范围之内从A到B飞机处于容限范围之外的时间少于5%Routewidth:2XNMABTotalsystemerrorprojectionRNP应用—空域的划分2024年12月28日导航系统35RNP4飞机满足要求的RNP(RNP4or1)飞机不满足要求的RNP(RNP12.6or20)RNP4RNP应用2024年12月28日导航系统36RNP4RNP12.6飞机使用VOR-DME来满足

RNP(RNP4or1)因此飞机可以在此RNP4空域飞行如果飞机没有装INS,OMEGA,LORAN-C，

则飞机不能飞该空域，尽管该RNP值比RNP4的要求更宽松根据所配备的不同机载设备，飞过不同RNP区域的要求RNP应用2024年12月28日导航系统37飞机利用VOR-DME信号可以满足RNP(RNP4or1)的要求，因此可以飞越该空域如果地面台发生问题，飞机不能满足RNP4的要求，因此，飞机不能飞该RNP区域VOR-DME正常工作VOR-DME故障地面台发生问题时，飞机飞过RNP区域的情况RNP机载显示2024年12月28日导航系统38GPS(及GLONASS)局限性2024年12月28日导航系统39可见卫星数456789101112%24H时间百分比<<0.010.042.8023.5527.316.770.41<<0.0139.13GPS有效性GNSS全球导航卫星系统—GNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem）是一种全球性的定位和授时系统，它包括一个或多个导航卫星星座，机载接收机和完好性监测系统。在必要时还可采取增强措施以支持预计飞行阶段的所需导航性能。GNSS将为飞机提供位置和时间数据，其构成包括：提供标准定位服务（SPS）的全球定位系统（GPS），由美国研制；提供标准精度通道（CAS）导航信号的全球轨道导航卫星系统（GLONASS），由俄罗斯研制；机载增强系统（ABAS）陆基增强系统（GBAS）星基增强系统（SBAS）2024年12月28日导航系统40GNSS民航运行性能需求2024年12月28日导航系统41GNSS民航运行性能需求2024年12月28日导航系统42ABASABAS可提供以下处理方法：故障检测与排除（FDE）使用冗余信息（如多个测距信号），对飞机的位置数据进行完好性监测。故障检测是检查出错误位置数据的存在故障排除是通过检测确定出错误源并将其排除，从而能不终端地提供导航服务2024年12月28日导航系统43ABAS2种完好性监测：接收机自主完好性监测（RAIM）利用可见卫星的余度对跟踪的卫星组合解算，进行相对比较，检测或识别出哪颗卫星有故障，并在计算中自动删除故障卫星数据。采用5颗卫星可检测出卫星出现故障采用6颗以上卫星可将故障卫星隔离FAA已将具有RAIM功能的接收机列入适航批准条件之一飞机自主完好性监测（AAIM）应用其他机载传感器（如：惯性导航系统、气压高度表等）的信号使用其他传感器，如惯性导航系统，气压高度表或外部时钟信号，监测位置解算的连续性使用其他传感器，如惯性导航系统，气压高度表或外部时钟信号，监测位置解算的可用性通过估算事先确定出测距中残留的误差，提高定位精度2024年12月28日导航系统44SBAS系统组成地面设施监测处理站，接收导航卫星数据，计算完好性、修正数和测距数据，构成系统空间信号（SIS）SBAS卫星用于把地面设备生成的SIS播发到SBAS机载接收机上，使飞机确定位置和时间信息SBAS机载接收机获得测距和修正数据，确定完好性，提高坐标精度2024年12月28日导航系统45星历误差2024年12月28日导航系统46真实位置广播位置(ErroneousGPSorbitography)接收机1接收机2空间传播误差2024年12月28日导航系统47GPS卫星接收机1接收机2电离层对流层差分时间误差2024年12月28日导航系统48时间误差To计算修正值To+Tlat修正应用时间由于时间滞后导致的误差电离层计算2024年12月28日导航系统49接收机处理：电离层修正2024年12月28日导航系统501.地面部分播报网格点上的电离层值2.接收机利用网格点上的修正数据计算穿过该点的垂直电离层修正值3.接收机利用注入模型确定在卫星、用户接收机连线上的电离层误差修正值

(可能会是垂直修正值的3~4倍)位置计算选星过程选择SBAS提供修正值的卫星如果不够，选择其他卫星伪距平滑修正前利用平滑滤波器进行平滑（载波相位测量方法)伪距修正2024年12月28日导航系统51接收机处理：快慢修正2024年12月28日导航系统52快修正:

标量修正,对所有用户都相同慢修正

:矢量修正,利用GPS所提供的数据确定卫星位置，进行不同的修正接收机处理：不同程度的完整性GPS和GEO卫星的完整性由地面监测站监控，如果有问题，用“DON’TUSEflag”标识。

完整性的播报利用奇偶校验确保(CRC）对于地面站播报的每种类型的修正值，都估算修正值的精度并发送给用户。

UDRE参数用于快修正和长期修正.UIVE参数用于电离层修正.监控设备监控地面站的完整性2024年12月28日导航系统53SBAS--EGNOS2024年12月28日导航系统54SBAS--WAAS2024年12月28日导航系统5512/28/2024electronicengineeringdepartment----ssg56GBASWAAS/LAAS实施情况2024年12月28日导航系统57飞行管理计算机系统飞行管理计算机系统FMCS预备阶段－－20世纪50年代～70年代初期惯导系统的采用第一阶段－－70年代中期（中东石油危机）性能管理计算机第二阶段－－70年代末期～80年代初期性能管理系统第三阶段－－80年代末期～至今飞行管理系统2024年12月28日导航系统58FMS的功能编排飞行计划，实施性能管理导航/制导自动飞行控制快速故障诊断，为飞行员提供告警2024年12月28日导航系统59FMS的组成飞行管理计算机系统：FMC、CDU

协调、处理并控制其他分系统的工作自动飞行控制系统：FCC、MCP

对自动驾驶、飞行指引系统、速度配平、高度等提供综合控制自动油门系统：A/T计算机、A/T伺服机构综合计算，产生油门位置指令传感器系统提供实测的飞行、导航和大气数据2024年12月28日导航系统60FMS的传感器2024年12月28日导航系统61惯性基准系统IRSVOR/DMEGPSILS提供导航实测参数大气数据计算机ADC燃油油量总和器时钟其它：发动机防冰、机翼防冰等FMS的数据库2024年12月28日导航系统62导航数据库内容

性能数据库

导航数据库的制作飞机的空气动力模型发动机数据模型机场、航路、公司航路、导航设备、终端区程序、ILS进近FMS各种功能的实现导航功能的实现性能计算的实现制导功能的实现EFIS功能2024年12月28日导航系统63导航功能的实现FMS将早期的无线电导航、惯性导航、仪表着陆系统以及目前正在发展的全球定位系统GPS组合在一起，实现综合导航。2024年12月28日导航系统64无线电更新2