区域导航航路和进离场程序设计分析与仿真

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：1672-4747（2006）03-0123-05
Analyzing and Simulating
of RNAV Route and SID STAR Procedure Design
LIU Du-hui1,2 SHUAI Bin1 WANG Da-hai2 SU Bin2 1．College of Traffic and Transportation，
同时，利用现有的模拟飞行环境，验证飞行了 KLAS 西边进近的传统程序和新的区域导航进近程 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。
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 一样时的情况。通过数据，可以对比分析区域导航实 施效果，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。
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
表 1 飞机飞行高度的分析[5]
Tab.1 Analysis of the flight altitudes
数据收集点
TRACON West West 1 West 2
最终阶段
平均高度/m
2000 年
2004 年
4 791
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4 839
3 307
3 543
3 132
3 338
2 568
2 668
P值
<0.000 1 < 0.000 1 < 0.000 1 < 0.000 1
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[2]和 7 100.9 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 1（RNP 1.0） 针对环境条件好或障碍物有保障时使用：级别 2 （RNP 2.0）为当前首选，级别 3（RNP 0.3）仅特殊授 权（SAAAR）时使用。
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 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。
5NM 五边 5NM 五边 5NM 五边
副区-1XRNP
300
主区 2X RNP
主区 2X RNP
（A）
副区-1XRNP
300 100
80 400
300 主区 2X RNP
100
主区 2X RNP
80
（B） 100
（C）
主区 2X RNP
100
主区 2X RNP 80
跑道 跑道 跑道
图 1 不同标准程序的最低下降高度 Fig.1 Minimum descent heights in different standard procedures
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。
Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China 2．College of Flight Technology，Civil Aviation Flight
University of China，Guanghan 618307，Sichuan，China
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 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。
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 8 260.51 为 RNP 仪表进近程序结构[3]），作为 参考合并在 14CFR 第 97 部内。
8 260.51 规定保护区的主区为 2 × RNP（1.1 km），
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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 1 × RNP（0.56 km），合计宽度 1.67 km。如图 1（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 8260.51 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 f（ t 278 m）。如果使用 RNP SAAAR 规定，RNP
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。
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。
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,
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。
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 8168 文件 《航行服务程序－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
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 8168 文件《航行服务程序－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 。 [1]
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 1 mile （1.852 km）以内。
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
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交通运输工程与信息学报
低于 0.3 且没有副区的标准，则如图 1（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 1 （ 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）。
交通运输工程与信息学报 第 4 卷 第 3 期 2006 年 9 月 Journal of Transportation Engineering and Information No.3 Vo1.4 Sept.2006
区域导航航路 和进离场程序设计分析与仿真
刘渡辉 1,2 帅 斌 1 王大海 2 苏 彬 2
收稿日期：2006-03-31. 作者简介：刘渡辉（1975-），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。
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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.
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 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。
4.1 数据分析结果 飞机飞行高度的分析结果如表 1 所示，可以看出
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 点偏离标称航迹的平均距离（µ）都有所降低，同时
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 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[4]。