区域导航RNAV
有效推进繁忙机场终端区区域导航（RNAV-1）实施
——民航中南地区管理局航务处处长 赵国庆
2012年7月26日 北京
基于性能的导航（PBN）航行新技术 是全球飞行运行方式的发展趋势
根据中国民航PBN实施规划，将逐步 在国际繁忙机场终端区进离场实施区 域导航运行
中南局高度重视，积极面对，有效组织 协调空管、航空公司、机场等单位全力 推进中南地区区域导航的应用推广
各方共同努力下，中 南地区广州白云机场和 深圳宝安机场分别于 2010年4月8日和2010年 11月9日起全面实施区域 导航（RNAV-1）运行
中国民航第一个和第 三个全面实施区域导航 的国际机场
中南地区广州、深圳、 长沙、武汉、郑州5大机 场全面实施RNAV-1
广州白云机场和深圳宝安机场区域导航运行 ——安全与效益两方面效果日益凸现
中南地区区域导航实施背景
区域导航对中南地区的重要性和迫切性
可用空域等基础性资源的有效供给不足是中国民航始终面对的一个突 出矛盾。这一点在中南地区，尤其是珠三角地区更为突出。
1. 区内年旅客吞吐量超千万人次机场——广州白云和深圳宝安机场均位 于珠三角地区，
2. 排名前五位的运输航空公司，中南地区占其三——南航、海航和深航 3. 世界航空货运巨头FEDEX、UPS已将其亚太区转运中心落户广州和深圳 4. 空域环境最为复杂
飞行路径83.3万公里 节省燃油4412.2吨 减少二氧化碳排放14152.5吨
区域导航飞行程序的可用性与实效性得到了印证 基本实现了从传统程序向区域导航飞行程序的稳步过渡
内容
中南地区区域导航实施背景 广州白云、深圳宝安机场区域导航实施过程介绍 有效推进繁忙机场终端区区域导航(RNAV-1)实施经验与体会
基于进化算法的区域导航(RNAV)航路规划研究
（ Ａ ｉ ｒ Ｔ ｒ ａ ｆ ｉ ｆ ｃ Ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｂ ａ ｓ ｅ ， Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ａ ｖ ｉ ｍ ｉ ｏ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ， ３ ０ ０ ３ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
飞机 再 按 照 事 先 计 划 好 的航 路 飞行 ，而 是可 以根
区 域 导航 （ Ｒ ＮＡ Ｖ） 备 的基 准 台覆 盖 范 围 内或 在 自主 导
据 天气 情 况 或 是 空 域 使 用 情 况 由飞行 员 自己决定
飞行 路线 ，使得 航 线 的安排 以及 使用 更加合理 化 、高效化 。图 １表示传统导航方式与区域导航
ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ．Ｉ ｔ ｉ ｓ ｍａ ｉ ｎ ｌ ｙ ａ ｂ ｏ ｔ： ｕ ｂ ｙ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ａ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｆ ｒ ａ ｍｅ ｗｏ ｒ ｋ ｏ ｆ ｅ ｖ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｙ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｒ ｏ ｕ ｔ ｅ ｐ ｌ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ， ｔ ｏ ｓ ｅ ｔ ｒ ｏ ｕ ｔ ｅ ｃ ｏ ｄ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｔ ｓ ｌ ｉ ｍｉ ｔ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗｏ ｒ ｋ ； ｔ ｈ ｅ ｎ ｂ ｓｅ ａ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ， ｔ ｏ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ａ ｎ ｅ ｗ ｒ ｏ ｕ ｔ ｅ ｃ ｈ ａ ｉ ｎ ．
(完整版)RNAV中如何控制飞机沿4D轨迹飞行
RNA V中如何控制飞机沿4D轨迹飞行引言随着经济的发展，航空运输的快速增长，航路变得拥挤、机场的飞行量越来越大，传统的导航方法在处理繁忙机场、航路拥挤方面已经有些力不从心。
传统的导航是利用NDB,VOR和DME等一些无线电设备引导飞机飞向或飞越导航台，使得航线的结构和导航方法束缚于导航台，限制了飞行流量的增加同时也使得航线过长延长了飞行时间增加了航空公司成本的消耗加大了环境的负担。
RANV能够很好的解决这一问题。
RNA V是一种导航方式，是世界民航导航方式发展的趋势，而基于4D轨迹的4D-RNA V是区域导航发展的最终形式。
在无线电没应用前，早期的导航方式是利用有颜色的烽火线来引导飞机达到目的地。
无线电的发明与其在航空领域的应用使得空中交通管制人员可以确定飞机的高度和到达时间，进而也诞生了管制这一行业。
二战中雷达的出现为空中交通管制的发展提供了强大的技术支持。
六十年代末自动控制技术被引入到航空界，从此实现4D轨迹将不再仅仅是一个概念和设想。
1 什么是RNA V国际民航组织在国际民航公约附件11中对区域导航的定义是：在以台站为基准的导航设备的覆盖范围内，或在自备导航设备性能的限度内，或在两者结合的条件下，允许航空器在任何欲飞航径上运行的一种导航方法[1]。
区域导航的实施在航路上可以使飞机实现两地的直线飞行，不再飞向或飞越导航台，终端进近时可以达到准确、安全、快速的进近，减少了飞机起降的时间，提高了机场的流量。
实施区域导航可以灵活的设置飞行路线，更加有效的利用空域解决复杂地形的飞行程序设计；可以增强飞行员的情景意识，减轻管制员的工作负荷；可以增加航空公司的经济效益；还可以减少对环境的污染。
2什么是4D-RNAV4D-RNAV是在平面RNAV的基础上加入了高度参数和时间参数，在已经实现了RNA V的RNA V航路上通过控制飞机达到各个设定航路点的时间来实现对飞机飞行的控制。
4D-RNAV是导航方式的革命，只要确定了起飞时刻，飞机起飞到着陆过程中的飞行状态是完全可以预见的，它彻底的实现了让飞机完全按照预想航线飞行的目标。
RNAVE运行区域导航飞行程序
导航数据库
• RNAV程序需编码后存放在机载导航数据库 中，由飞行管理计算机自动完成飞行。
机载导航数据库
•机场数据 –空域限制 –可用的导航台 –定义的航路点（经纬度） –飞行航径 (航图中的飞行程序)
所有的航迹要编码输入到导航数据库中
机载设备显示
191NM ACT RTE D21 D23 D24
SEA
- - - -/ - - - - - -
RNP/ACTUAL - - - - - - - - - - - - 0.80/ 0.06NM RTE DATA >
导航数据库
• 导航数据库采用ARINC 424编码规则； • 内容包括：机场、导航台、航路点的定义 和坐标，航路、进离场、进近的定义，速 度和高度限制等数据。
Applicable Codes AF CA CD CF CI CR DF
2 Character A C D F I
nd
Definition Altitude Distance Dme distance Fix Next leg
Applicable Codes CAFA HA VA FC CD FD VD AF CF DF HF IF TF RF PI CF VI
坐标问题
• 天津、北京机场地理坐标数据都重新经过 了WGS-84的精确测量。 • ARP 机场基准点 • THR 跑道入口 • Navaids 导航台
坐标问题
• 目前的区域导航程序只用于进/离场和起始 进近 • 最后进近和复飞仍然使用传统方法 • 使用雷达来确保航迹保持
坐标问题
• 试飞结果证明当地坐标系统能满足RNAV运 行 • 当地坐标系统被认为是与WGS-84等价的
RNAV飞行程序设计
RNAV概念
RNAVArea Navigation (RNAV) provides the potential for increasing airspace capacity both en-route and in the terminal area in two ways:区域导航（RNAV）在以下两个方面为在航路以及终端区提高空域能力提供了可能：•By implementing routes which do not have to overfly point source navaids such as VORs.•可以按照希望的航迹飞行而不必飞越助航设施（包括VOR）•By reducing the lateral separation between aircraft tracks.•可以减少飞机航迹间的水平间隔This means that the route structures can be modified quickly and easily to meet the changing requirements of the user community. The routes can be shorter, simpler and, where necessary, can be designed to minimise the environmental impact. In the future, higher levels of navigation accuracy and integrity are anticipated and this should lead to the introduction of closely spaced parallel routes. RNAV can be used in all phases of flight and, when implemented correctly, can result in:这样意外着根据用户的需要可以快速、简单的修改航路结构。
RNAV的定义(ICAO附件11)(精)
RNAV的精度要求
两种精度等级：基本RNAV和精密RNAV
RNAV的特点和效益
特点：航路结构、导航设备、计算方法等
• 效益－－经济、空域、流量、管理等
RNAV基本原理
区域导航简单原理图4－1
输入数据→计算→输出数据且制导
导航数据库
ICAO规定：28天更新
区域导航的优点
§3.1 RNAV----现代导航的核心
RNAV的定义(ICAO附件11) 区域导航是一种导航方法，允许飞机在 台基导航设备的基准台覆盖范围内或自 主导航设备的能力限度内或两者配合下 按任何希望的路径运行。
RNAV可用的导航系统
VOR/DME DME/DME INS/IRS GNSS
目前最成熟的系统
RNAV区域导航的功能
RNAV区域导航所谓区域导航，简单说，就是使飞机能按所希望的任意飞行路线飞行的导航。
通常简称为“RNAV”（Area navigation）。
一、RNAV区域导航的组成（吕衠，王巍）区域导航包括导航源，航路结构和机载设备。
导航源是由VOR/DME、DME/DME、INS(IRS)、GNSS提供。
航路结构包括航路点，以实现飞机的逐点飞行。
机载设备则是由导航传感器和RNAV计算机（包括导航数据库）组成，飞机装备有两套或三套机载设备以提高精度和准确性。
二、RNAV区域导航的功能（李思迪，龚海龙）（1）可以设定回避混杂空域的航线。
（2）可以设定节能的最短航路。
（3）可使驾驶员独立进行雷达航向导航。
（4）能设定保持在最佳位置的方式。
（5）对同一任务可设定多个航路。
（6）尽量提高进入机场的仪表进场能力。
（7）可设定减少噪声影响的回避航路。
（8）根据速度和其他运输特性，尽量分散流量。
（9）可设定适用短距起降机（STOL）、直升机等航运特点的方法。
三、RNAV区域导航的应用模式（胡志鹏，何明星）（一）VOR模式在VOR模式中，RNAV单元的功能只是一个有DME能力的VOR接收机。
VOR指示器上单元的显示在各方面都是按惯例的。
对于在确立的航路或任何其他常规VOR导航上的运行，就使用了VOR模式。
（二）航路模式一旦航路点被输入到单元，就选择了RNAV的航路模式，航向偏差指示器就会显示到航路点的航向指引，而不是原有的VORTAC。
【在航路模式中，航向偏差指示器指示到航路的方向指示，不是航路所属的范围的VORTAC。
】DME也会显示到航路点的距离。
很多单元都有存储几个航路点的能力，允许在飞行前对它们进行计划，如果想要的话，就可以在飞行中调出。
（三）进近模式RNAV进近模式用于仪表进近。
它的精密的刻度宽度(四分之一航路模式)可以非常精确的向背跟踪一个选择的航路点。
在目视飞行规则越野导航中，以进近模式跟踪一个航向是不值得的，因为它需要很多注意力，很快就变得让人厌烦。
8RNAV概述
三、RNAV的特点和效益
主要特点：飞机可以脱离导航台台址的束缚， 便于编排短捷的希望的飞行路径。 反映在三个方面： 航路结构、导航设备、定位计算方法
区域导航的效益
建立直接航线，降低运行成本； 可以采用非公布的随机航路，增大选择航路的灵 活性； 允许建立平行航路； 提高导航精度，可以缩小纵向和侧向间隔； 采用GNSS，可以在海洋及边远地区实施区域导 航飞行，实现全球覆盖； 增加优化后的飞行高度层，缩小保护空域尺寸； 卫星导航和惯性导航可作为单一导航手段，逐步 拆除地面导航设施，降低空管设施成本。
四、RNAV对机载设备的要求
对两个方面有要求： 可靠源的考虑 系统故障的传播 频率控制和指示 警告和提醒的显示 数据库
（二）功能要求
侧向导航功能 导航精度
（RNP: Required Navigation Performance）
导航完好性
（1）错误输入的保护 （2）传感器选台根据 （3）合理性检查 （4）驾驶员指令输出
8 RNAV概述
RNAV的定义 区域导航是一种导航方式，允许飞机在 台基导航设备的基准台覆盖范围内或在 自主导航设备的能力限度内或两者配合 下按任何希望的路径运行。
一、RNAV可用的导航系统
VOR/DME DME/DME INS/IRS GNSS
二、RNAV的精度要求
两种精度等级：基本RNAV和精密RNAV
（三）对导航计算机的要求
飞行前可编排飞行计划，飞行中可以修 改飞行计划； 能计算大圆航线航线角； 能实现地理座标上的定位； 连续实时的计算各导航参数
五、RNAV基本原理
区域导航简单原理
输入数据（硬数据、软数据和实时数据） 计算 输出数据且制导
导航数据库
RNP与RNAV的发展及应用
RNP与RNAV的发展及应用RNP（Required Navigation Performance）和RNAV（Area Navigation）是现代导航技术的关键概念，在航空领域有着广泛的应用。
它们的发展和应用对于提高航空交通效率、减少航空器间距离、提高机场容量和减少环境影响十分重要。
以下是对RNP和RNAV的发展和应用的详细讨论。
RNP和RNAV的发展可以追溯到20世纪50年代，在当时的航空领域中，导航主要依靠地面发射的无线电信号进行。
然而，这种方法受到天气条件和地形等因素的限制，导致飞行员的决策受到限制。
为了克服这些限制，航空业开始研发使用惯性导航系统（INS）和全球定位系统（GPS）等技术进行导航，这就是RNP和RNAV的基础。
RNP指的是飞行器飞行路径上所要求的导航性能。
RNP要求通过在导航过程中保持在一个预定的路径上，从而实现飞行器的精确导航。
具体来说，RNP要求导航误差在一定的水平内，并具有一定的可靠性。
根据误差水平的不同，RNP分为几个等级，例如RNP0.1表示误差小于0.1海里。
与RNP不同，RNAV是一个更广泛的术语，它指的是以航路点为基础的区域导航。
在RNAV中，无论飞机在何处，飞行员都可以选择任何想要的航路点。
这使得飞行员能够根据动态的需求调整飞行计划，提高航空交通的效率和安全性。
RNP和RNAV的应用在航空领域有着多种形式。
首先，RNP和RNAV可以帮助飞行员在复杂的天气条件下降低对地面导航设施的依赖。
通过使用现代导航系统，飞行员可以更加准确地飞行，并在必要时进行更灵活的航路规划。
这不仅提高了飞行员的工作效率，还减少了航班的延误和取消。
其次，RNP和RNAV的应用有助于减少航空器间距离，提高机场容量。
传统的导航方法对于航空器之间的间隔提出了一定的要求，这限制了机场的容量。
然而，通过在航空器上安装RNP和RNAV系统，飞行员可以更准确地掌握相对位置，从而减少间隔要求，提高机场容量。
飞行员之RNAV概念
RNAVArea Navigation (RNAV) provides the potential for increasing airspace capacity both en-route and in the terminal area in two ways:区域导航（RNAV）在以下两个方面为在航路以及终端区提高空域能力提供了可能：∙By implementing routes which do not have to overfly point source navaids such as VORs.∙可以按照希望的航迹飞行而不必飞越助航设施（包括VOR）∙By reducing the lateral separation between aircraft tracks.∙可以减少飞机航迹间的水平间隔This means that the route structures can be modified quickly and easily to meet the changing requirements of the user community. The routes can be shorter, simpler and, where necessary, can be designed to minimise the environmental impact. In the future, higher levels of navigation accuracy and integrity are anticipated and this should lead to the introduction of closely spaced parallel routes. RNAV can be used in all phases of flight and, when implemented correctly, can result in:这样意外着根据用户的需要可以快速、简单的修改航路结构。
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区域导航The R ules for Implementation of Area Nav igation RNAV
一．概念：
它是一种导航方式，飞机在陆基导航设备的基准台覆盖范围内，或在自主导航设备能力限度内，或两者配合下，按所希望的飞行路径运行。
二．分类和定位方法：
1．定位方法：飞机以以下一种或几种的组合进行定位，VOR/DME、DME/DME、GPS、IR、FMS。
VOR/DME、DME/DME、GPS对IR进行位置更新，IR位置传输给FMS，由FMS管理和引导飞机飞行。
2．依据定位方法不同，RNAV分为两种：
基于陆基系统的RNAV：在地面导航台的信号覆盖范围内使用。
缺点是飞行航路仍受地面导航台的限制。
基于星基系统的RNAV：也就是GPS定位的RNAV。
其优点在于能以实时、高精度等特性使飞机在飞行过程中连续准确地定位；飞行航路不再受地面建台与否的限制，实现真正意义上的航路设计的任意性。
这也是发展的方向。
三．特点和发展前景：
区域导航不同于传统导航之处在于，它可以确定出飞机的绝对位置(地理坐标)，不需要飞机向/背导航台飞行或飞越导航台，因而航线可以由不设导航台的航路点之间的线段连接而成，即允许在航路上定义航路点组成航线，实施逐点飞行；它还可以跳过某些航路点直飞，甚至实施起点到终点的直飞，进而大大缩短了航程。
点到点的飞行。
传统导航是指以往的地标罗盘导航和无线电导航，目前的航线和航路基本都是按上述两种导航方式的要求设计的。
而这些航线和航路已经越来越显得落后。
随着VOR、DME的成功运用于导航和机载计算设备，导航精度越来越高，才引入RNAV的概念，GPS、IR和FMS用于导航，越来越多的飞机具备了RNAV能力。
RNAV通过精确的导航定位，能够提高飞行航迹的准确性，缩小航线间隔，扩充空域容量，便于飞行和管制指挥。
根据中国民航总局2006年空管工作要点，定于今年在北京、上海、广州等9个大型机场推广应用RNAV技术。
此项工作是中国民航加快应用新航行技术的重要部分，也是民航总局基于性能导航（RNP/RNAV）空域过渡实施计划的重要组成部分。
四．区域导航有四种潜在的应用航路。
固定航路：在该区域内分布的永久性的区域导航航路，包括某些航路上由于没有陆基导航台做航迹导引，只能由具备区域导航能力的飞机做区域导航运行，包括某些高空航路。
偶然航路：在该区域内公布的短期性区域导航航路。
随机航路：在指定的随机导航区域内由飞行计划自行确定的航路，属于非公布航路。
终端(航站)区航路：包括区域导航的标准进场航线、进近程序、标准离场航线和等待程序等。
五．RNP概念的引入
所需导航性能（RNP）是指在一个指定的空域内运行的飞机，在水平方向上（经纬度位置点）所必备的导航精度。
1. 所需导航性能（RNP）水平或类型（RNP-X）：航空器至少有95%的飞行时间在期望的水平位置中的
数值，以海里（NM）表示。
RNP1（±1NM），允许用于灵活航路
RNP4（±4NM），实现两台间建立航路
RNP12。
6（±12。
6NM），允许用于在地面缺少导航台的空域
RNP20（±20NM），允许用于提供最低空域容量空中交通空域（如海洋航路）2．所需导航性能（RNP）空域：制定了最低所需导航性能的空域、航路、航段。
3．实际导航性能（ANP）：当前估计导航性能的一种衡量方法，也称为估计位置误差（EPE）。
4．水平导航（LNAV）：区域导航设备的一种功能，可计算、显示并提供横向引导至一个剖面或航径。
5．垂直导航（VNAV）：区域导航设备的一种功能，可计算、显示并提供垂直引导至一个剖面或航径。
六．基于RNP的区域导航：
1．区域导航通常意味着指定的导航精确性能力。
基本区域导航（B-RNAV）空域：保持航迹准确性等于或优于±5海里。
精密区域导航（P-RNAV）空域：保持航迹准确性等于或优于±1海里。
在海洋或遥远地区的RNP-10空域：在这种空域，飞机预计将在无线电覆盖范围之外长时间飞行。
2．为何使用RNP：
RNP RNAV限制航空器导航性能，能够减小间隔标准；
确保可重复、可预计的飞行航迹；
系统容量和效率最大化
3．基于RNP的区域导航：
航空器在区域导航航路上运行必须满足该航路RNP值，否则不得在该航路上运行。
若无特殊要求，默认离场航路RNP.3；爬升阶段RNP1；巡航阶段RNP5；下降阶段RNP1；进近阶段RNP.5；
最后进近阶段RNP.3。
七．基于RNP的区域导航有很大的优越性为：
1.航迹选择灵活，减少延误；
2.能减少飞行距离和飞行时间，节约运行成本；
3.便于驾驶员操作；
4.减少陆空通话，增加情景意识，减轻管制员、飞行员的工作负荷；
5.选择最优化的等待位置；
6.促进航路和终端区容量的增加；
7.优化导航设施布局，减少导航台数量；
8.使用数值小的RNP，能极大地提高飞行轨迹的准确性，降低天气标准，保证飞行安全和运行正常，改进飞行时间，提高终端可预计性；
9.允许用户针对特定飞行阶段决定机载设备装备的要求，支持国家减少陆基助航设备数量的计划，减少对用户强制性安装某种设备的指令；
10.促进利用现有机载设备能力的优势，促进技术进步，以提供新的服务。