基于性能的导航(PBN)与机场建设

基于性能的导航（PBN）与机场建设

摘要：随着民航的快速发展，航班流量的不断上升，空域资源日渐拥挤，航空器的运行环境日趋困难，基于性能导航（PBN）正是在这一社会需求和技术发展背景下产生的。PBN充分利用当代飞机的全部潜能，按照精确定义的航路飞行，无需依靠地基无线电导航信号，在提高飞行安全、增加空域容量、节能减排等方面有显著的经济和社会价值。本文首先简要介绍了基于性能导航（PBN）的基本定义、组成、作用和意义，详细评述了PBN在国内外的发展现状，重点分析了PBN 在美国、欧洲和中国的应用研究现状，并讨论了我国在PBN研究和应用中存在的问题。最后本文还探讨了我国机场建设中的空域规划、管理制度和基础设施建设与基于性能导航（PBN）相结合以共同作用和发展的问题。

关键词：基于性能的导航（PBN），RNAV/RNP，机场建设，航行新技术

1、基于性能导航（PBN）的基本概念

1.1基于性能导航（PBN）的定义

在航空飞行中，传统导航是利用地面导航台信号，通过向台或背台飞行实现对航空器的引导，航路划设和终端区飞行程序受地面导航台布局和设备种类的制约，如图1a所示。为进一步提供空域容量和运行效率，满足航空运输飞行量不断增长的需求，新航行技术正亟待被更加系统深入地研究和应用。此外，从全球范围看，现行导航的技术标准并不统一，如航空发达的欧洲和美国对导航的具体技术要求也存在差异，这为全行业规划和发展带来困难。

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(ICAO)提出了“基于性能的导航PBN (Performance Based Navigation)”概念，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。

基于性能的导航(PBN)是在整合区域导航(RNAV)和所需导航性能(RNP)运行实践和技术标准的基础上所提出的一种新型运行概念，如图1所示。PBN是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，对系统精确性、完好性、可用性、连续性以及功能等方面的性能要求。

图1 PBN概念示意图

1.2基于性能导航（PBN）的组成

PBN是空域概念的有机组成部分。它与监视、通信和空中交通管理系统协同工作，共同构建了空域的概念。在空域的环境中，PBN运行的三个基础要素是导航应用、导航规范和支持系统运行的导航设施（见图2）。

图2 空域的概念

基于性能导航概念的三个基本的因素中，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。导航规范是在确定的空域范围内对航空器和飞行机组提出的一系列要求，它定义了实施PBN所需要的性能及具体功能要求，同时也确定了导航源和设备的选择方式。基础设施是用于支持每种导航规范的导航基础设施(如星基系统或陆基导航台)。

PBN包含两类基本导航规范是：区域导航(RNAV)和所需导航性能(RNP)。基于性能导航（PBN）是从所需导航性能（RNP）演变出来的概念，它明确区分了RNP定义上的差异。ICAO根据是否需要机载导航性能监控与告警，将PBN明确分为RNAV-X与RNP-X两种类型，RNAV-X需要以上两项功能，而RNP-X并不需要。X表明了以海里为单位的在95%（含）以上飞行时间内需要达到的水平导航精度。区域导航(RNAV)和所需导航性能(RNP)的基本内容简介如下：（1）区域导航（RNAV）可以使航空器在导航信号覆盖范围之内，或在机载自备导航设备的工作范围内，或二者的组合，沿任意期望的航迹飞行，即RNAV 系统能够使用多种导航源信号来自动确定航空器位置，建立期望的飞行航迹并为航空器向下一航路点飞行提供航迹引导。RNAV系统可以采用的导航源包括：惯导（INS/IRS）、VOR/DME、DME/DME、LORAN C、GNSS和FMS。

（2）所需导航性能（RNP）是对指定空域内运行所需要的导航性能精度的描述（RNP类型）。RNP数值根据航空器至少有95%的飞行时间能够达到预计导航性能精度的数值来确定，与RNAV概念结合，能够提高导航精度和运行安全水平。RNP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。根据飞行地区的不同和飞行阶段的不同，RNP 主要有以下几种类型：RNP0.1-0.3、RNP1/2、RNP4、RNP10，分别用于进近阶段、终端区飞行、陆地航路飞行和洋区飞行。

1.3基于性能导航（PBN）的作用和意义

随着航空运输的持续发展，传统航路的局限性渐显严重。基于区域导航(RNAV)和所需导航性能(RNP)的两类技术不依赖于地基导航设备，可以使航空器在任意两点之间精确飞行，对改善航空运行安全，提高运行效益，降低运行成本和实现与全球标准的统一等方面有重要作用，如图3所示。

PBN能精确地引导航空器，可以有效促进民航持续安全，增加空域容量，减轻管制员和飞行员工作负荷，减少地面导航设施投入和提高节能减排效果等。显然，PBN极大地提升了空域运行效率，这对减少运行成本和提高运行的整体经济效益有重要意义。此外，PBN的概念体现了导航方式从基于导航源到基于性能导航的转变，导航标准不仅定义了性能要求，同时也定义了导航源和设备的选择方式，能够对国家和运行者提供具体的实施指导。

图3由传统方法转变到基于性能导航(PBN)的优点

2、基于性能导航（PBN）的国内外发展现状

PBN是飞行运行方式的重大变革，其更加精确安全的飞行方法、更加高效的空中交通管理模式和显著的经济效益已经赢得各国民航组织的广泛青睐。ICAO在2007年9月第36届大会上，正式要求各缔约成员国，2009年底前必须制定完成PBN实施规划，2016年完成全部实施工作，以全球协调一致的方式从

传统飞行模式过渡到PBN飞行模式。目前，美国、欧洲、日本、中国、澳大利亚和加拿大等国家和地区的航空公司以及空中管理供应商正一起工作，研究和实施先进的PBN解决方案（如图4），为进行新一代空域现代化努力。

（3）日本情况

航路运行方面，日本1992年开始建立RNAV航路，于1998年在洋区实施了RNP10区域导航航路，目前共实施了60多条RNAV航路。飞行程序方面，1999年开始在东京机场实施区域导航进场程序，并逐步推广到其他5个主要机场。2005年日本制订了《RNAV发展计划》，分为三个阶段，具体为：2007年年底前，完成相关准备工作，引入国际统一技术标准。2008年至2012年，实施RNAV5航路，同时研究实施RNP2航路并逐步推广到非雷达管制空域，实现大部分终端区内实施RNAV1飞行程序。20013年以后，在FL290以上全部实施RNP2航路，并在大中型机场实施RNP1飞行程序。

图4 全球PBN实施计划图示

2.1国外现状

（1）欧洲情况

1998年1月29日，欧洲率先实施了基本区域导航BASIC-RNAV（B-RNAV），被认为是航路飞行阶段实施区域导航运行的第一步过渡。欧洲RNAV导航技术分为B-RNAV和P-RNAV（精密方式），计划在2010年后发展为RNP方式，如图5所示。就侧向导航精度而言，B-RNAV相当于RNP5的精度，P-RNAV相当于RNP1的精度，但对于性能方面的要求，RNAV要比RNP的运行要求低。