基于性能导航_PBN_技术介绍
《现代导航技术与方法》6 基于性能的导航(PBN)

直线航线缩短飞行距离 定义随机航线,增加飞行的灵
活性 缩小间隔,提高空域利用率 增加平行航路,提高流量 减少陆基导航台站建设 采用卫星导航,运行覆盖全球
6.3.6.3 PBN作用及运行优势
01)(2011年4月19日)
第6章 基于性能的导航
6.3 基于性能的导航概念
6.3.1 PBN概念
RNAV概念
区域导航(RNAV)是一种导航方式,允许航空器在陆基导 航设施信号覆盖范围之内,或者在机载自主导航设备的工 作能力范围之内,或利用GNSS或二者组合,沿任意期望 的路径飞行。
RNAV运行特点
PBN运行中,卫星导航系统作为主用导航设施 陆基导航设施在PBN运行中,可能有离台距离使用限
制等要求,并且一般无法满足RNP APCH等运行要求 NDB台不能用于PBN运行
第6章 基于性能的导航
6.4 机载性能监视与告警
6.4 机载性能监视与告警
PBN运行的主要目的是严格控制和充分发挥航空器 的导航性能,以符合不同导航规范下航路、终端区、进 近等各飞行阶段飞行运行的要求,进一步提高飞行运行 安全性和效率。
导航规范是一组对航空器和机组人员的要求,以满足在 规定空域概念下,沿指定航路、仪表飞行程序飞行运行 时导航应用的需要。
导航规范内容
区域导航系统在精度、完好性、连续性和可用性方面必备的性能; 为达到所需性能,区域导航系统需要具备的功能; 整合到区域导航系统中,能满足所需性能的可用导航传感器; 为达到区域导航系统运行性能,必备的飞行机组程序和其他程序。
——
不低于75m (250ft)
不小于800m 不小于800m
设施 仅有航向台(ILS下滑台GP不工作)
PBN概述 (2)

LOC 1150 1150
NOZ NTZ NOZ
2000
1000 1000 1150 1150
4300
LOC
10 nm max without vertical separation
13
PBN优点
RNP程序双跑道运行
Future Approach Path Separation Using RNP
25
PBN概念组成部分
导航应用
RNAV X
GNSS VOR/DME
RNP X DME/DME
导航规范
导航设施
……
26
导航应用范围
27
RNAV10
最早用于北太平洋、Tasman海 间隔50NM 不需要任何地面导航设施
两套远程导航系统(IRS/FMS、INS、GPS)
三亚责任区
58
精密进近PA
沿最后进近下降轨迹,提供水平和垂直引导 传统程序
ILS MLS
RNAV:GBAS(GLS)
59
RNAV的精密进近PA
在最后进近段同时有水平引导和垂直引导
采用GNSS传感器。 仅使用地基增强系统GBAS增强 程序标题为GLS(GNSS Landing System)
例如:GLS RWY 13
包容区
包容区
46
FMC提供的RNP
FMC从可用的导航数据库中提供现行航路飞行或终端 区程序的RNP值 如果在导航数据库中没有可使用的RNP值,FMC将根 据现行的导航阶段,提供如下默认值: –Approach 0.5 or 0.3NM –Terminal(below 15,000’) 1.0NM –Enroute(domestic) 2.0NM –Oceanic 4.0 or higher 飞行机组可以选择不同的RNP默认值 如果航路飞行或终端区程序没有指定的RNP值, FMC提供的默认值通常是可以接受的。
pbn

多数机场的进近程序都是在传统导航方法下运行的,包括只提供水平引导的VOR/DME、NDB/DME等非精密进近,以及提供水平和垂直引导的ILS精密进近。
传统导航方法受导航台的束缚和限制,定位方法主要是θ-θ和ρ-θ定位,其定位误差较大。
PBN(Performance-based Navigation,基于性能的导航):指在相应的导航基础设施条件下,航空器在指定的空域内或者沿航路、仪表飞行程序飞行时,对系统精度、完好性、可用性、连续性以及功能等方面的性能要求。
PBN运行的导航设施主要是提供全球覆盖、全天候、连续不间断、高精度导航的GNSS(全球导航卫星系统)。
PBN中最重要的两个性能是精度和完好性。
最后进近阶段的PBN运行程序就是RNP(Required Navigation Performance,所需导航性能)进近。
RNP进近主要分为RNP APCH和RNP AR APCH两类。
RNP APCH是基本RNP进近,精度可达0.3nm。
RNP AR APCH程序只能用于RNP APCH程序不能满足的一些特殊需求的情况,需要特殊授权,包括航空器需满足特定要求、机组需进行专门训练等,精度可达0.3~0.1nm。
为了改善GNSS接收机定位精度问题,可利用GNSS增强系统作为RNP进近的主用导航设备,以提高精度、完好性、可用性、连续性等导航性能,满足RNP进近要求。
GNSS增强系统包括ABAS(机载增强系统)、GBAS(地基增强系统)和SBAS(星基增强系统)及混合系统。
导航应用是将导航规范和导航设施结合起来,在航路、终端区、进近或运行区域的实际应用,包括RNAV/RNP航路、标准仪表进离场程序、进近程序等。
RNP导航规范具有机载性能监控和告警功能,RNAV 则不具备。
RVAV和RNP后面所跟的数字代表导航精度值,例如RNP-1导航规范,要求在95%的飞行时间内,航空器位置必须满足标称航迹位置左右前后1海里以内的精度值要求。
PBN介绍

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PBN实施依据
ICAO第36界大会决议中指出:“各缔约国应在2009年完成PBN 实施计划,确保2016年之前,以全球一致和协调的方式过渡到 PBN运行。”具体要求如下: 各缔约国应制定实施规划,按照规定的进度在航路和终端区实 施RNAV和RNP运行; 各缔约国应把具有垂直引导的进近程序(APV)作为进近的主 要方式或者精密进近的备份程序,到2016年在所有跑道实施APV。
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RNP和RNAV的区别
RNP增加了机载监视和告警功能:RNP运行时,航空器的 飞行管理系统具有自主监视当前导航系统性 能的能力,并 能向飞行员显示是否达到了 预定运行要求(监视和告警)。
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RNP(所需导航性能)的概念
RNP是RNAV对在规定空域内运行所需要的导航性能的描述,但具 有机载监视和告警功能。如果航空器偏离了预计飞行航迹,则自 动发出告警。或者说,RNP 是一种航空器能自主确定导航包容度 的 RNAV 运行。 RNP的类型根据航空器至少有95% 的时间能够达 到预计导航性 能精度的数值来确定。 RNP的使用能使精度更高的导航能力得到应用,因此,在进近阶 段和复杂地形地区一般使用RNP进近或进离场。 RNP需要结合GNSS使用,以便其获得自主监视能力。
浅谈基于性能导航_PBN_

通信导航监视 /CNS
系统不仅对航空器机载导航设备有 要求,对支持相应 RNP 类型空域的 导航设施的精度也有一定要求。
RNP 类型是用相应的精度值来 表示的。航空器方面,精度值是受 到导航源误差、机载接收误差、显 示误差和侧向的飞行技术误差 (FTE)等影响,在其 95%的飞行时 间内侧向和纵向总的系统误差 (TSE)必须小于 规 定 的 RNP 精 度 值。空域方面,指定空域为达到导 航性能精度值就必须提供相应的导 航设施。航空器导航精度不符合某 空域 RNP 精度值要求时,通常不允 许在空域内飞行。航空器和空域方 面的要求具有相互独立性。导航性 能精度比某一空域 RNP 值高的航空 器不一定就能在该空域内运行。例 如,航空器的导航性能精度是基于 某些导航设施而言的,那么该航空 器可能并不符合精度值相对较差的 空域的要求,因为该空域可能不提 供同样的导航设施。
换为 RNP 运行。
RNP-2 航路,进一步降低 T 航路最
RNAV 标准和 RNP 标准都包含 低高度,完成从陆基导航到基于性
了对导航功能要求,这些功能要求 能导航系统的过渡,开始使用国家
包括:提供与航迹相关的飞机位置 基准系统 (NRS),以实现自由航路
的连续指示、显示各航路点的距离 的理念。该阶段,FAA 将逐步取消
和 RNP 航 路 的 区 别
见图 1 所示。
从发展的角度
来看,导航应用将
由 2D 向 3D/4D 过
渡,这就要求机载
监视与告警性能必
须在垂直导航方面
加以完善。这两项
Байду номын сангаас
功能可以保证机组
图 1 传统航路、RNAV 航路和 RNP 航路比较
人员随时确定导航系统是否达到 准,并逐步将 Q 航路转变为 RNP-2
基于性能导航_PBN_技术介绍_蔡清毅

表 4 R N P 导航性能精度分析
性能精度要求 GPS可提供的定位精度
4NM
0.1km
1NM
0.1km
0.3NM
0.1km
0.1NM
0.1km
结论 满足运行要求 满足运行要求 满足运行要求 满足运行要求
4. 环境 避开噪音敏感区域,比如 RNP (AR) APCH 能提供带有转弯 的复飞程序,避开噪音敏感地区。 5. 可进入性 改进机场或空域在恶劣天气下 的可进入性,或者高原复杂机场(如 林 芝) 的 可 进 入 性 。 比 如 RNP APCH 能实现更低的落地标准。如 延安。 6. 经济性 节约用于维护基于导航台的航 路和程序的费用。比如,移动或者 增加一个导航台,就要修改所有与 此导航台相关的航路和程序。 每当导航设施有新的技术进 展,就要发展新的运行方式,但 是,在 PBN 中,系统的性能要求 不再是是否安装了某种设备,而是 设备或设备的组合能否满足特定 PBN 运行的系统性能要求。所以, 每当导航设施有新的技术发展,只 需要看它是否满足现在 PBN 系统 性能要求即可,不需要为它设定特 定的运行方式。 四、PBN实施计划 目前,美国许多机场都提供基 于 GPS 的 RNAV 飞行程序,例如 华盛顿杜勒斯机场、亚特兰大哈兹 菲尔德-杰克逊机场,FAA 出台了
源容差、机载接收机容差、显示器 容差和飞行技术容差。以 RNAV1 为例,其标称值即为 1NM;
(2) 完整性要求,在适航条例 中,航空器导航设备故障被归类为 严重故障 (即,每小时 10-5);
(3) 持续性,如果航空器操作 者可以转换到不同的导航系统,并 且继续飞行至某一合适的机场,失 去功能就被归类为较小故障;
基于性能导航_PBN_技术研究_王党卫

2013年2月第1期现代导航・5・基于性能导航(PBN)技术研究王党卫(中国电子科技集团公司第二十研究所,西安 710068)摘要:本文首先介绍了RNA V、RNP和PBN的概念,以及相互关系,并分析了PBN在国内外的发展概况。
最后,探讨了我国民航在PBN方面的发展需求和技术趋势。
关键词:基于性能导航;区域导航;所需导航性能中图分类号:P228.4 文献标识码:A 文章编号:1674-7976-(2013)01-005-06 Research of Performance-Based Navigation TechnologyWANG DangweiAbstract:This paper introduces the concept of RNA V, RNP and PBN and their relationship between them, analyzes its development at home and abroad, and discusses the development needs and the technology trend of the PBN of Chinese civil aviation.Key words: Performance-Based Navigation (PBN); Regional Navigation; Required Navigation Performance (RNP)随着民用航空产业的发展和航班架次的剧增,空中交通流量日益饱和,航路和终端区空域资源趋于紧张。
空域资源的改善无法满足航班流量的增加,现已成为导致航班延误的主要原因之一。
为了进一步提高空域容量利用率和运行效率,满足民用航空运输飞行量不断增加的需求,一种新的航行技术应运而生——基于性能导航技术(Performance Based Navigation,PBN)。
随着航空器机载设备能力的提高以及卫星导航等先进技术的不断发展,国际民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)提出了PBN的概念,发布了基于性能导航手册(Performance Based Navigation Manual,PBN手册),用以规范区域导航的命名、技术标准,指导各国实施该新技术,并已经与各缔约国和有关国际组织达成共识,将PBN作为未来全球导航技术的主要发展方向。
简析PBN(基于性能的导航)运行

简析PBN(基于性能的导航)运行一、PBN的概念中国民航业发展速度快,空中交通流量与日俱增,传统的路基导航方式对地面导航台过度依赖,对于空域流量的增加产生瓶颈。
区域导航技术应运而生,并体现出了自身强大的优势。
但各个国家对新的导航方式的应用程度及水平参差不齐,各国的的导航规范和标准各不相同。
为了全面统一规范,阻止概念不断扩张,国际民航组织提出了PBN的概念。
PBN——基于性能的导航(performance based navigation)是RNA V和RNP 的总称。
基于性能的导航是国际民航组织(ICAO)在整合各国区域导航(RNA V)和所需导航性能(RNP)运行实践和技术标准的基础上,提出的一种新型运行概念。
它将飞机先进的机载设备与卫星导航及其他先进技术结合起来,涵盖了从航路、终端区到进近着陆的所有飞行阶段,提供了更加精确,安全的飞行方法和更加高效的空中交通管理模式.PBN概念明确了特定空域概念下拟实施的运行,对航空器RNA V系统的精度、完好性、可用性、连续性和功能性等方面的性能要求。
PBN概念标志着由基于传感器导航向PBN的转变。
导航规范中明确了性能要求,以及可选用于满足性能要求的导航传感器和设备。
二、PBN的组成部分及其区别PBN概念包涵两类基本导航规范,即:区域导航(RNA V)和所需导航性能(RNP)。
PBN概念的提出体现了目前导航方式从基于传感器导航向基于性能的导航的过渡的一个趋势。
RNA V(regional area navigation)区域导航:能使航空器在导航设施的有效范围内,或在自备领航设备的领航能力限制内,或二者结合,在任何预定航径上运行的领航方法。
这样就脱离了传统向台与背台飞行飞行方法,可以实现导航区域的自由飞行。
RNA V程序可以采用的导航源包括:INS/IRS、VOR/DME、DME/DME、GNSS。
目前RNA V程序主要用于基础终端区的仪表进场程序与仪表离场程序。
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是 以 美 国 设 计 制 造 的 GPS 为 主 , 其定位精度高,受地域环境及天气 变化影响较小,导航应用的有效区 域不受限制。
由于卫星运行轨道、卫星时钟 存在误差、大气对流层、电离层对 信号的影响,以及人为的 SA 保护 政策,使得民用 GPS 的定位精度 只有 100 米,即使用 GPS 定位的 航空器,其偏航容差及沿航迹容差 将小于等于 100 米。
监视
GNSS、DME/DME、 VOR/DME
10NM
洋区及边远地区 不需要雷达
GNSS、DME/DME、 VOR/DME
5NM
大陆航路
不需要雷达
GNSS、DME/DME、 DME/DME/IRU
2NM 大陆航路、进场、离场 需要雷达
GNSS、DME/DME、 DME/DME/IRU
1NM
进场、起始进近、中间 进近、复飞、离场
2. 基于 DME/DME 的 PBN 导 航应用有效区域
目前,ICAO8168 文件只是给 出了基于 DME/DME 区域导航的有 效 区 域 , 而 具 体 到 诸 如 RNAV1、 RNAV2 等具体导航应用的有效区 域,则无明确推算方案,这也是当
Air Traffic Management/2011(4)
导航应用类型 RNAV10 RNAV5 RNAV2 RNAV1
表 3 R N A V 导航性能精度分析
性能精度要求 10NM 5NM 2NM 1NM
GPS可提供的定位精度 0.1km 0.1km 0.1km 0.1km
结论 满足运行要求 满足运行要求 满足运行要求 满足运行要求
导航应用类型 RNP4
专业探索 专稿 /S P E C IA L A R TIC LE
基于性能导航(PBN)技术介绍
Introduction to Performance Based Navigation (PBN) technologies
华东空管局 蔡清毅
引言 随着经济的发展,我国民用航 空业已进入高速发展时期,空中交 通流量的持续增长,导致进离场航 空器冲突、空域拥挤、飞行延误情 况日益严重,这极大地增加了管制 员的工作负荷。 汲取美国、欧洲等民用航空发 达国家采用区域导航技术,成功实 现进离场航路、航线分离,飞行剖 面优化的经验,我国也在逐步推行 区域导航技术,并计划在北京、上 海、广州等 10 个机场的终端区实 施区域导航。 传统导航方式要求航空器飞越 或切入导航设备,区域导航则是可 以在导航信号覆盖范围之内,或在 机载导航设施的能力限制之内,或 二者的组合,沿任意期望的航径飞 行,这就使飞行程序设计不再受制 于导航台的位置,可以更加科学、 灵活地利用空域。 针对区域导航(RNAV)与所需 性能导航(RNP), 各国、各地区制 定了各自的审定标准及批准流程, 这就使得航空器在执行跨国、跨地 区飞行时,需要重复审定其区域导 航或所需性能导航资格,这带来了 诸多不便。有鉴于此,ICAO 于 2006 年颁布了一套全球统一的运行规 范,即 PBN 手册,正式提出 PBN(基
区域导航是一种导航方式,它 可以使航空器在导航信号覆盖范围 之内,或在机载导航设施的能力限 制之内,或二者的组合,沿任意期 望的航径飞行。
所需性能导航是在区域导航上 基础上衍生的,它还要求航空器必 须具备机载导航性能监测及告警功 能。
依据导航规范中所需性能精度 水平的差异,区域导航分为 RNAV10、 RNAV5、RNAV2、RNAV1,所需性能 导航分为 RNP4、Basic—RNP1、RNP APCH、RNP AR APCH,具体内容 详见表 1、表 2。
于性能的导航)这一概念。 基于 PBN 的飞行程序是飞行
程序的发展方向,是解决进离场航 空器冲突、空域拥挤、飞行延误, 减轻管制员工作负荷的有效途径。 ICAO、 欧 洲 航 行 安 全 组 织 均 制 定 了相应的 PBN 实施计划。我国的 相关研究起步较晚,但是,中国民 航局空中交通管理局也制定了我国 的 PBN 发展战略,明确指出我国 民航未来的飞行程序和航路飞行将 以 PBN 为方向,逐步取代现有的 传统飞行程序和 ATS 航路。
BASIC-RNP1 RNP APCH RNP AR APCH
表 4 R N P 导航性能精度分析
性能精度要求 GPS可提供的定位精度
4NM
0.1km
1NM
0.1km
0.3NM
0.1km
0.1NM
0.1km
结论 满足运行要求 满足运行要求 满足运行要求 满足运行要求
4. 环境 避开噪音敏感区域,比如 RNP (AR) APCH 能提供带有转弯 的复飞程序,避开噪音敏感地区。 5. 可进入性 改进机场或空域在恶劣天气下 的可进入性,或者高原复杂机场(如 林 芝) 的 可 进 入 性 。 比 如 RNP APCH 能实现更低的落地标准。如 延安。 6. 经济性 节约用于维护基于导航台的航 路和程序的费用。比如,移动或者 增加一个导航台,就要修改所有与 此导航台相关的航路和程序。 每当导航设施有新的技术进 展,就要发展新的运行方式,但 是,在 PBN 中,系统的性能要求 不再是是否安装了某种设备,而是 设备或设备的组合能否满足特定 PBN 运行的系统性能要求。所以, 每当导航设施有新的技术发展,只 需要看它是否满足现在 PBN 系统 性能要求即可,不需要为它设定特 定的运行方式。 四、PBN实施计划 目前,美国许多机场都提供基 于 GPS 的 RNAV 飞行程序,例如 华盛顿杜勒斯机场、亚特兰大哈兹 菲尔德-杰克逊机场,FAA 出台了
源容差、机载接收机容差、显示器 容差和飞行技术容差。以 RNAV1 为例,其标称值即为 1NM;
(2) 完整性要求,在适航条例 中,航空器导航设备故障被归类为 严重故障 (即,每小时 10-5);
(3) 持续性,如果航空器操作 者可以转换到不同的导航系统,并 且继续飞行至某一合适的机场,失 去功能就被归类为较小故障;
需要雷达
表 2 R N P 导航应用介绍
导航应 用方式 RNP4
Basic-RNP1
RNP APCH RNP AR APCH
可用导航 设施 GNSS
GNSS、DME/DME
GNSS GNSS、DME/DME
性能精度 要求
适用飞行 阶段
监视
4NM
洋区及边远地区 不需要雷达
1NM
进场、起始进近、中间 进近、复飞、离场
(4) 空间信号可达性,如果使 用全球卫星导航系统,在空间信号 导致侧向定位误差大于 20 海里的 可能性超过每小时 10-7。
2. 为达到所需性能,区域导 航系统需要具备的功能。
3. 融入区域导航系统,可以 用来达到所需性能的导航传感器。
4.飞行机组人员及为达到区域 导航系统所需性能的其他规定。
要求机载性能监测和告警的导 航规范被称之为所需性能导航 (RNP) 规范。不要求机载性能监 测和告警的规范被称之为去与区域 导航 (RNAV) 规范。用机载性能 监测和告警区别所需导航性能和区 域导航较为方便,简化了两种规范 对于航空器系统运行要求的少数差 异性和诸多共同性功能的表述。
以 RNAV1、 BASIC -RNP1 为 例,RNAV1、BASIC-RNP1 要求的 偏航容差及沿航迹容差均为 1NM 即 1852 米,GPS 的定位精度绝对 பைடு நூலகம்够满足此项要求,即便是对性能 精度要求更加严格的 RNP APCH、 RNP AR APCH, GPS 也依然符合 要求,具体内容详见表 3、表 4。
一、PBN基本概念 PBN基本概念包含三个组成部 分,即导航规范(navigation specifi- cation),导航应用(navigation appli- cation),导航设施(navigation infras- tructure)。 (一) 导航规范 导航规范详细说明了按特定航 路、程序或符合该导航规范要求空 域内运行的区域导航系统要求,具 体包括: 1. 区 域 导 航 系 统 的 准 确 性 、 完整性、连续性和可用性诸方面性 能的要求: (1)精度要求,PBN 要求航空 器在 95%飞行时间内,偏航容差 (XTT)及沿航迹容差 (ATT) 不超 过其标称值,此容差包括导航信号
(二) 导航应用 导航应用是指按照空域概念,
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《空中交通管理》2011 年 第 4 期
专稿 /S P E C IA L A R T IC LE
对导航规范和相关空中交通服务航 路 导 航 设 施 、 仪 表 进 近 程 序 和/或 指定空域的使用。
PBN 导 航 应 用 包 括 区 域 导 航 (RNAV)和所需性能导航 (RNP), RNAV 导航应用由 RNAV 导航规范 来支持,RNP 导航应用由 RNP 导 航规范来支持。
(二) 我国研究现状 我国基于 PBN 的飞行程序设 计相关研究工作起步较晚,目前, 主要是借鉴美国、欧洲等民用航空 发达国家、地区实施 PBN 的相关 技术和经验,如东航设计完成的丽 江机场 RNP AR APCH 进离场程 序即是使用 GPS 作为导航定位信 号来源,航空器的适航审定工作也 是依据美国联邦航空局的 SAAAR (要求授权的特殊航空器和机组实 施所需性能导航) 完成。 三、实施PBN的收益 1. 安全 提供侧向和纵向航迹引导,减少 近地过程中的危险近地飞行。比如用 RNP 进近代替传统的盘旋进近。 2. 容量 增加航路数目,减少空中交通 拥挤,满足空中交通的增长需要。 在城市间设计平行的 RNAV2 编组 航路 (如北京-上海)。 3. 效率 减少由于过多的阶梯上升或者 阶梯下降导致的延误。比如 RNAV-1 允 许 连 续 爬 升 到 航 路 高 度,而不是阶梯爬升。
不需要雷达
0.3NM
进近、复飞
不需要雷达
0.1NM
进近、复飞
不需要雷达
种模式,不同的导航应用方式可使 用的导航设施是不同的,具体内容 见表 1、表 2。