区域导航航路和进离场程序设计分析与仿真

交通运输ｍＲ与信息学报第４卷　第３期ｆＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｎｏ．３　Ｖｏ　１．４　Ｓｅｐｔ．２００６　２００６年９月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏ——区域导航航路　和进离场程序设计分析与仿真　刘渡辉　，２　帅　斌　王大海２　苏　彬２　１．西南交通大学，交通运输学院，成都，６１００３１　２．中国民航飞行学院，飞行技术学院，四川，广汉，６１８３０７　摘　要：文章从区域导航的基本特点和设计标准出发，提出利用空地一体化的网络模拟飞行与管制环境进　行仿真的新思路。通过大量统计数据分析区域导航程序在减少飞行误差、缩短飞行时间和距离、提高飞行　安全性和经济性等方面的效果，作者提出了航路区域导航程序设计仿真的方法、思路，同时，设计并分析　成都飞丽江的区域导航航路。　中图分类号：Ｖ３２３　文章编号：Ａ　文章编号：Ｉ６７２－４７４７（２００６）０３－０１　２３－０５　Ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓ　ｉｍｕｌ　ａｔｉｎｇ　ｏｆ　ＲＮＡＶ　Ｒｏｕｔｅ　ａｎｄ　ＳＩＤ　ＳＴＡＲ　Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ＬＩＵ　Ｄｕ．ｈｕｉ　，　ＳＨＵＡＩ　Ｂｉｎ　ＷＡＮＧ　Ｄａ－ｈａｉ　ＳＵ　Ｂｉｎ　１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　ＴｒａｆｆｉＣ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，　Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００３１，Ｃｈｉｎａ　２．Ｃｏｌ１ｅｇｅ　ｏｆ　Ｆ１ｉｇｈｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｉｖｉ１　Ａｖｉａｔｉｏｎ　Ｆ１ｉｇｈｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｇｕａｎｇｈａｎ　６１８３０７，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉＳ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｂａｓｉＣ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉＣＳ　ｏｆ　ＲＮＡＶ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃｒｉｔｅｒｉａ，ｔｈｅｎ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ａ　ｎｅｗ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂｙ　ＵＳｉｎｇ　ＬＡＮ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｂｏｔｈ　ｐｉｌｏｔｓ　ａｎｄ　ＡＴＣｓ．Ｂｙ　Ｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔＳ　ｉｎ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｆｌｉｇｈｔ　ｅｒｒｏｒ，ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　ｆｌｉｇｈｔ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｄｉｓｔａｎｃｅ，ｅｎｈａｎｃｉｎｇ　ｆｌｉｇｈｔ　ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉＳ，　ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ａｎ　ｅｎｒｏｏｔｅｄ　ＲＮＡＶ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ｉｄｅａｓ，　收稿日期：２００６　０３．３１．　作者简介：刘渡辉（１９７５一），男，汉族，重庆合川人，民航飞行学院讲师，西南交通大学交通运输学院研究生　１２３　维普资讯 http://www.cqvip.com

交通运输工程与信息学报　２００６年　第３期　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａ　ＲＮＡＶ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ｆｏｒ　ｆｌｙｉｎｇ　ｆｒｏｍ　Ｃｈｅｎｄｕ　ａｉｒｐｏｒｔ　ｔｏ　Ｌｉｊｉａｎｇ　ａｉｒｐｏｒｔ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ．　０　引　言　区域导航是一种允许飞机在台基导航设备覆盖　范围内或在自主导航设备能力限度内按任何希望的　导航台的距离和方位）进行完整性检查。　机载系统的准确度表现为轨迹保持准确度应在　９５％的飞行时间内等于或小于规定值。航迹保持的准　确度取决于导航系统误差（航迹定义误差、位置估计　误差和显示误差的组合）和飞行技术误差（ＦＴＥ）。　同时要求飞机仪表显示导航系统的准确度是否达到　要求。　路径飞行的导航方法。利用区域导航易于建立临时的　绕飞、偏航飞行和等待航线等。区域导航飞行程序的　应用可以提高空域利用率、提高飞行效率、提高飞行　安全水平，减轻飞行员和管制人员工作负荷。国际民　航组织颁布了有关区域导航的技术指导文件，鼓励各　成员国推动区域导航的应用与实施，它将是新航行　系统中的关键部分。　机载系统的完整性表现为对于机载系统，同时向　两名飞行员显示危险的错误导航或位置信息的可能　性很小，并采用保守的安全裕度，能将风险控制在允　许的限度内。　机载系统的连续性表现为失去所有导航信息的　１　区域导航进近程序设计基本标准　１．１　常规标准　目前，世界各国已制定了区域导航进近程序设计　标准，但也在不断的改进和增加新的标准。国际民航　组织在其８ｌ６８文件《航行服务程序一航空器运行》　中不断更新有关区域导航的规定，是区域导航程序设　计的根本指导文件　。　必备导航性能由一个精度数值表示，如“必备导　航性能ｌ”是指在９５％的飞行时间内，在指定的飞行　航迹上航空器必备的导航性能精度均须在ｌ　ｍｉｌｅ　（１．８５２　ｋｍ）以内。　可能性很小。失去所有导航和通信功能后不能恢复的　可能性极小。当出现导航信息不可靠或低于要求时，　应有较好的警告提示。　２　终端区典型阶段区域导航程序设　计方法分析　国际民航组织和每个国家在区域导航方面都有　或都在逐步制定相关的系列规定。以美国联邦航空局　为例，其进场和离场标准由指令８　２６０．４４民用区域导　航离场程序　和７　ｌ００．９标准终端进场程序规定。　８　２６０．４４标准中又分不同的级别：级别ｌ（ＲＮＰ　１．０）　针对环境条件好或障碍物有保障时使用：级别２　１．２适航标准要求　区域导航适航和运行标准包含系统的功能、准确　度、完整性、连续性以及使用限制在内的一般适航和　运行要求。　（ＲＮＰ　２．０）为当前首选，级别３（ＲＮＰ　Ｏ．３）仅特殊授　权（ＳＡＡＡＲ）时使用。　区域导航进近程序根据制定者分类，一种是用户　确定的专利标准程序，在满足或超出基本安全标准　（如通告８　０００．２８７　ＲＮＰ　ＳＡＡＡＲ）的同时，满足提议　者的运行需要，运行需要支付昂贵的费用和特别的授　权；另一种是公共标准程序。在８２６０号令系列内发　布（如８　２６０．５ｌ为ＲＮＰ仪表进近程序结构【　），作为　参考合并在ｌ４ＣＦＲ第９７部内。　８　２６０．５ｌ规定保护区的主区为２×ＲＮＰ（１．１　ｋｍ），　首先以空管部门为ＲＮＡＶ安全运行提供的保障　为前提条件，ＲＮＡＶ飞行程序应符合ＩＣＡＯ　８ｌ６８文件　《航行服务程序一航空器运行》（ＰＡＮＳ—ＯＰＳ）的有关　设计标准：符合局方有关飞行程序设计的规范和标　准：保证传统的垂直导航方法继续使用；支持飞行机　组通过检查航图中所选航路点的定位数据（例如：到　维普资讯 http://www.cqvip.com

区域导航航路和进离场程序设计分析与仿真　刘渡辉等　副区为ｌ×ＲＮＰ（０．５６　ｋｍ），合计宽度１．６７　ｋｍ。如图　ｌ（Ａ）所示保护区内最高障碍物为副区内一假设障　碍物５００　ｆｔ（１５２　ｍ），使用８２６０．５ｌ标准，最低下降　高为保护区内最高障碍物高度加２５０　ｆｔ（１２６　ｍ），即　为７５０　ｆｔ（２７８　ｍ）。如果使用ＲＮＰ　ＳＡＡＡＲ规定，ＲＮＰ　低于０＿３且没有副区的标准，则如图ｌ（Ｂ）所示保　护区内最高障碍物为３００　ｆｔ（９１．５　ｍ），最低下降高为　５５０　ｆｔ（１６８　ｍ）。如果使用转弯航段作曲线进近，则　如图ｌ（Ｃ）所示保护区内最高障碍物为１００　ｆｔ　（３０．５　ｍ），最低下降高为３５０　ｆｔ（１０６．７　ｍ）。　（Ａ）　（Ｂ）　图１　不同标准程序的最低下降高度　Ｆｉｇ．１　Ｍｉ　ｎｉｍｕｍ　ｄｅｓｃｅｎｔ　ｈｅｉｇｈｔｓ　ｉ　ｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ　３区域导航模拟飞行仿真　我们利用空地一体化的网络模拟飞行与管制环　区域导航航路不能完全按最短距离设计，必须满　足导航、监视和通讯的要求，并且满足备降机场距离　要求和单发飘降最低下降高的要求，在此基础上选择　较短的路径。设计时首先按备降机场距离和导航台有　效距离进行作图，确定航路的可能区域，然后，根据　具体机型的飘降性能确定巡航高度并计算飘降高度，　对比航路最低安全高度确定可能的飞行剖面。在满足　适航要求的前提下，确定较短的路径，初步确定为目　标航路。　境建立了区域导航仿真平台，其基本平台是利用符合　ＦＡＡ（美国联邦航空局）ＡＣ６１．１２６标准，可以适用　于仪表飞行经历训练的ＰＣＡＴＤ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　．ｂａｓｅｄ　ａｖｉａｔｉｏｎ　ｔｒａｉｎｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ），配合模拟飞行软件，　通讯软件和模拟雷达管制软件，通过网络组成一个模　拟真实飞行环境的平台。在这个平台上，设置了飞行　人员和管制人员，他们都尽可能按真实飞行的要求和　方法，根据自己所在终端的显示各司其职，完成飞行　和管制指挥的工作【钔。　最后，利用设计好的仿真平台进行模拟飞行试　验。从真实性来看，该网络模拟飞行环境达到了预期　的要求，且仿真过程具有可重复性，可操作性。　考虑实际飞行中遇到的特殊情况，如天气变化、　设备故障等，然后按实际飞行中手册要求和管制指挥　进行相应的处理。同时，分析座舱释压后在供氧规定　在仿真成都飞丽江的区域导航程序中，飞行计划　为起飞按崇州２号离场，过台后按设计的区域导航航　路飞丽江机场。丽江机场使用传统的仪表进近方法。　ｌ２５　维普资讯 http://www.cqvip.com

交通运输工程与信息学报　２００６年　第３期　时间内下到安全高度的问题和单发后飘降过程最低　下降高度的问题。虽然，航路上有不少海拔较高的山，　对单发飘降有一定影响，但由于在允许范围内，可以　临时选择区域导航航路并有较传统航路更窄的可靠　Ｔａｂ．１　表１　飞机飞行高度的分析　ＡｎａＩ　ｙｓｉ　Ｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆＩ　ｉｇｈｔ　ａＩｔｉｔｕｄｅｓ　的保护区，因此，可以确保飘降过程避开障碍物，并　安全地继续飞行。这一过程已通过模拟飞行仿真实　现。通过选择了最不利的几个单发飘降点进行仿真　（周围一定范围障碍物较多，不利飘降），从仿真结果　可以看出：只要选择合适的飞行高度，选择正确的飘　降路线，就可以按要求安全正确地处置。　同时，利用现有的模拟飞行环境，验证飞行了　表２水平航迹偏离对比结果　Ｔａｂ．２　ＲｅｓｕＩｔ　ｃｏｍｐａｒｉ　ｓｏｎ　ｏｆ　Ｔｈｅ　Ｉ　ａｔｅｒａＩ　ｔｒａｃｋ　ＫＬＡＳ西边进近的传统程序和新的区域导航进近程　ｄ　ｉ　ｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　序，并与国外实际飞行的雷达数据进行了对比，结果　表明国外相关研究分析是比较有说服力的。　＝０．５２　“＝０．２８　仃＝０．４８　＜０．０００　ｌ　＜０．０００　ｌ　０．０３７　Ｏ．００１　＜０．０００　ｌ　＜Ｏ．ＯＯＯ　ｌ　４　区域导航程序效果分析　通过分析实施区域导航前后的飞行轨迹、速度、　高度和陆空通话时间记录等可以比较飞行距离、时间　等的变化以及对飞行安全性和经济性的影响。如果新　程序飞行距离缩短，则由此引起的变化显而易见。下　面以ＫＬＡＳ西边进近为例分析新程序飞行和原程序　一ＴＲＡＣ０Ｎ　Ｗｅｓｔ　口＝１．４６　“＝０．６７　Ｗｅｓｔ　ｌ　口＝１　４１　“＝０．４４　＝０．５０　仃＝１．３３　＝０．２２　Ｗｅｓｔ　２　＝０．９１　“＝０．２６　＝０．５７　“＝０．１７　仃＝０．４ｌ　＜０．０００　ｌ　＜０．０００　ｌ　最终阶段　ｄ＝０．４８　样时的情况。通过数据，可以对比分析区域导航实　可以看到，从２０００年到２００４年，偏离标称航迹的标　准差（ｃｒ）也都是降低的，所有结果在０．０５的水平上　是统计显著的。这些结果都表明使用区域导航后航迹　偏差相对较小，飞机可以以更可预料和可重复的航迹　飞行，最终的好处是减少侧向间隔和使用更少的空　域，也就显示了其显著的安全性。　飞机飞行高度的分析结果如表１所示，可以看出　旋效果，主要包括减少飞行时间和距离、增加航路时　间的可预测性、飞机可以在尽可能长的时间内保持较　高高度（降低油耗，提高经济性）、航路上更好的侧　向一致性以及增加预达时间的可预测性等等。　４．１数据分析结果　飞机在２００４年比２０００年飞的高度更高　其原因可能　是区域导航使用预设的垂直航迹引导从而减少了雷　达引导。因为飞机飞得高，空气阻力小，从而耗油少，　提高了经济性。　侧向航迹偏离的情况对比结果如表２，先过滤掉　那些计划为区域导航，但实际明显为雷达引导的数　据，分析显示从２０００年到２００４年，在每个数据收集　４．２通过仿真模型分析飞行时间与距离　分析飞行时间与距离最好的方法是分析在同一　航迹上运行区域导航和传统导航两种程序。但是，当　区域导航程序与传统程序标称航迹不一致时，无法确　定分析两者对飞行时间与距离的影响，只有通过建立　仿真模型来分析。可在传统程序基础上假设标称航迹　一致的区域导航程序，这样可以利用一部分雷达统计　点偏离标称航迹的平均距离（　）都有所降低，同时　数据，从而提高仿真的可信度。　＿Ｉ１２６　维普资讯 http://www.cqvip.com

区域导航航路和进离场程序设计分析与仿真　刘渡辉等　利用终端区航迹生成评估和交通模拟（ＴＡＲＧＥＴＳ：　ＲＮＡＶ的方向引导较少，而传统导航可能因为接收管　Ｔｅｒｍｉｎａｌ　ａｒｅａ　ｒｏｕｔｅ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｒａｆｆｉｃ　制指令以及复诵的时间导致一个更长的航迹。另一个　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）得到的基准线和仿真航迹。模拟中区域　原因是飞行管理计算机（ＦＭＳ）最优航迹设计允许飞　导航程序是畅通的，即尽可能飞一个有效率的剖面，　机尽可能飞得更高和更快。　只有为达到程序限制要求时才下降和减速，从而保证　飞机尽可能飞得更高和更快。　５结束语　从表３的仿真结果可以看出两组数据中ＲＮＡＶ　区域导航是一个复杂的系统工程，要具体设计一　表３　飞行时间与距离仿真结果　个机场的程序，需要借鉴国外的经验和已有的技术；　Ｔａｂ．３　ＳｉｍｕＩａｔ　ｎｇ　ｒｅｓｕＩｔ　ｏｆ　ｆＩ　ｉｇｈｔ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｄ；ｓｔａｎｃｅ　需要试飞和不断改进。随着我国区域导航相关工作的　逐渐展开，区域导航程序设计必然是首要的工作，迫　切需要掌握关键技术、自主设计程序。要掌握关键技　术，同时根据自身特点创新出更有效的方法。通过建　立空地一体化的网络模拟飞行与管制环境的区域导　在飞行时间与距离上都相对较小，且在９５％的置信　航仿真平台，可促进区域导航程序的设计，降低设计　水平上是统计显著的。究其原因有两方面，一是　成本，优化程序。　参考文献　【ｌ】国际民航组织．ＩＣＡＯ　８１６８文件《航行服务程序一　【５】　Ｋｅｖｉｎ　Ｒ．Ｓｐｒｏｎｇ，Ｂｒｅｎｎａｎ　Ｍ．Ｈａｌｔｌｉ，Ｊａｍｅｓ　Ｓ．　航空器运行》【ｚＪ］．国际民航组织，１９９３．　ＤｅＡｒｍｏｎ，　Ｓｕｚａｎｎｅ　Ｂｒａｄｌｅｙ．　Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｆｌｉｇｈｔ　【２】　ＦＡＡ．ＦＡＡ　ｏｒｄｅｒ　８２６０－４４　ａ　ｃｉｖｉｌ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｒｅａ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ａｒｅａ　ｒｎａｖ［Ｃ］．　６ｔｈ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ（ＲＮＡＶ）ｄｅｐａｒｔｕｒｅ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ［ＪＺ］．ＦＡＡ，　Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ，ＭＤ，ＵＳＡ．Ｊｕｎｅ　２００５一ＡＴＭ　Ｓｅｍｉｎａｒ　２０００．　【６】　Ｋｌｅｉｎ　Ｋａｔｈｒｙｎ　Ａ．，Ｋｅｖｉｎ　Ｒ．Ｓｐｒｏｎｇ，Ｔｈｏｍａｓ　Ａ．　【３】　ＦＡＡ．　ＯＲＤＥＲ　８２６０．５　ｌ　ｒｅｑｕｉｒｅｄ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｂｅｃｈｅｒ，Ｊａｍｅｓ　Ｓ．ＤｅＡｒｍｏｎ．Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（ＲＮＰ）ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ　ｏｆ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ＲＮＡＶ：ＬＡＳ　ｖｅｇａｓ　ｃａｓｅ　ｓｔｕｄｙ［ｃ］．　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ［Ｚ］．ＦＡＡ．２００２．　２３ｒｄ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｖｉｏｎｉｃｓ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｓａｌｔ　Ｌａｋｅ　【４】刘渡辉．我国区域导航航路和进离场程序设计方法　Ｃｉｔｙ，Ｕｔａｈ　２００４．　研究【Ｄ】．西南交通大学，２００６．　１２７