支线机场RNP APCH与传统进近程序的设计应用及对比分析

[摘 要]本文针对PBN程序与传统导航方式在进近航段的仪表飞行程序设计和实际应用中的比较，对不同条件状况下选择不同的导航方式提供理论参考。

[关键词]气压式垂直导航；仪表飞行程序；基于性能导航

中图分类号：V351 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0397-02

0 引言

随着我国民航事业的飞速发展，目前中国已成为全球第二大民航主体，预计到2025年末，中国民航的运输周转量将有可能达到现在的4倍以上，而现有的空域资源、机场容量、导航技术手段及传统程序已经很难适应航空运输业的增长需求，“基于性能的导航”（PBN）这种重要的航行新技术应运而生。至2016年，我国将全面推进PBN程序的运行，在应用中与传统飞行程序也有较大的区别，在进近航段的飞行程序设计、空域绪及实际应用中，PBN相较之传统程序既有非常明显的优势，同时也存在一定的劣势，分析PBN程序在应用中与传统导航方式在进场进近航段的优劣势对比问题，更有利于传统导航方式向新技术过渡转型的方法。

1 PBN程序

PBN概念包含三个基本要素：导航设备基础设施、导航规范、导航应用[1]。导航规范是各国制定适航和运行审批材料的基础，导航规范会详细说明RNAV系统在精度、完好性、可用性和连续性方面所要求的性能。在空域概念下将上述两个要素应用于空中交通服务航路和仪表程序，RNP应用由RNP规范来支持，RNAV应用由RNAV规范来支持，便产生导航应用。

PBN的实施已成为优化空域结构、提高空域容量的主要途径之一，将在保证飞行安全、扩大系统容量、提高运行效率、实现资源使用效率最大化等方面获得提升。

2 Baro-VNAV程序

在PBN程序中，RNP APCH进近程序在我国的应用范围最为广泛，其中气压式垂直导航（Baro-VNAV）程序与传统非精密进近程序相较具有显著的优势。气压垂直导航（Baro-VNAV）是一种导航系统，将根据规定的垂直航径角计算出的垂直引导信息提供给驾驶员。计算机求得的垂直引导基于气压高度，用于从基准高（RDH）开始的垂直航径角规定。

Baro-VNAV程序所属的RNP APCH规范属于RNP规范，鉴于我国雷达和DME台覆盖均不完全的情况，现阶段RNP APCH规范的应用最为广泛。

Baro-VNAV程序是具有垂直引导的仪表进近和着陆运行程序（APV）。Baro-VNAV导航系统根据规定的垂直航径角（VPA）计算出的垂直引导信息，并提供给飞行员。垂直引导信息来源于航空器所在的气压高度，以及从基准高（RDH）开始的VPA。

图1 Baro-VNAV导航示意

如图1所示，导航数据库内已录入跑道入口坐标、RDH和VPA，飞行管理系统（FMS）根据航空器所在位置坐标，计算应飞高度，进而指示自动驾驶系统引导航空器沿指定航径进近着陆。

4 RNP APCH程序与传统进近程序的对比

RNP APCH程序分为非精密进近程序（LNAV）与类精密进近程序（Baro-VNAV），Baro-VNAV程序水平导航精度与RNP APCH非精密进近程序（LNAV）一致，除最后进近定位点（FAF）和复飞点（MAPt）外，保护区水平范围与LANV基本一致[2]。Baro-VNAV程序中没有FAF，由APV OAS的起点作为最后进近点（FAP）[3]来替代，不同于标准的非精密进近程序，Baro-VNAV程序公布决断高度/高（DA/H）作为运行标准。

图2 RNP APCH保护区水平范围[2]

图3 APV/Baro-VNAV保护区-APV OAS平面图[3]

而传统程序中，非精密进近程序在最后进近航段的保护区宽度取决于导航台所在的位置[4]，在不同情况下，RNP APCH保护区靠近跑道的位置会比传统非精密进近程序保护区大，因此运行标准也可能大于传统程序的运行标准，但导航精度明显优于传统非精密进近程序。与精密进近程序相比，RNP APCH在导航精度及降低运行标准方面，并没有体现出优势，但由于RNP进近程序使用星基导航方式，在设备投入成本方面优势十分显著，尤其对一些支线机场，往往在次降方向没有安装精密进近导航设施，在地形较为复杂的情况下，传统的导航方式可能导致梯级下降，甚至由于导航精度不高可能多次触发地形警告，在实际验证中，使用RNP APCH就大大提高了导航精度及安全性。

图4 典型的非精密进近航段保护区[4]

应用Baro-VNAV程序时，航空器根据气压高度表数值、卫星导航系统提供的位置坐标和导航数据库内的坐标值，由机载计算机系统（FMS）计算出虚拟的下滑道，自动驾驶（A/P）系统按虚拟下滑道飞行，可实现与设计航迹比较接近的最后进近。与传统非精密进近和LNAV程序相较之下，航迹稳定性和准确性显著提升。

与使用无线电信号引导航空器的仪表着陆系统（ILS）不同，Baro-VNAV导航系统依靠气压式高度表的数值判定和引导航空器。

气压式高度表的工作原理，是根据大气的组成特点，大气静压随着高度增加而减小，基本呈线性下降的趋势，气压式高度表通过测量空气的静压，间接测量高度。假设基准海平面气压、基准海平面温度、温度变化率为常数，已知航空器所在位置气压和大气温度，即可计算出高度。

而在实际情况下，气压不仅随高度而改变，也随着气温的变化而改变，因此，当大气温度较高时，气压高度表得出的高度将高于实际高度，反之，大气温度较低时，气压高度表得出的温度将低于实际高度。因此，实际大气温度高于标准值时，航空器实际下滑将大于设计VPA，低于标准值时，实际下滑角度将小于设计VPA。因此，在使用Baro-VNAV程序时，需要设置最低温度和最高温度限制，保证最后进近下滑角度不小于2.5°。当大气温度低于限值时，不可使用Baro-VNAV程序进近着陆，需选择LNAV程序以代之。

因此，温度限值决定了Baro-VNAV程序的利用率，鉴于LANV程序的运行标准通常大于Baro-VNAV程序，温度限值也同时影响机场利用率。这一情况冬季在气温低的北方地区较为明显，因此我们需要根据相应的情况调整下滑角度。以东北地区某机场为例，次降方向Baro-VNAV程序，当下滑角度为3.2°时，温度限制为-30℃至35℃，根据机场运行时段气温统计值，-30℃以上机场利用效率为99.3%，35℃以下机场利用效率为98.1%，可估算Baro-VNAV程序在该侧跑道的综合利用率约为98.7%。而当下滑角度为标准的3°下滑角时，该程序的综合利用率仅为96.1%。

PBN程序的优势更多的体现在航迹选择灵活；减少飞行距离；便于驾驶员操作；减少陆空通话，减轻管制员、飞行员工作负荷；选择最优等待位置，分离进离场航线方面，而在空域占用方面的优劣势则是相对的。

PBN程序由于规范里要求的转弯最短稳定距离（MSD）的限制，往往导致五边较传统程序更长，需要更长的航段距离来满足转弯需求，整体扩大了空域的占用范围，易造成空域矛盾，加大军民航间空域协调的难度，但同时在起始进近程序中，PBN程序能更灵活的布置航路点，并且能更精确的控制航迹，因此又可以减少一定的空域矛盾。在实际应用中，根据限制空域的位置调整航路点的布置、垂直间隔都是很有效的做法。

5 结束语

对于已经建立了精密进近仪表着陆系统的跑道（通常在支线机场为主降方向跑道），可将RNP APCH程序作为精密进近程序的备份使用，而在没有建立精密进近仪表着陆系统的跑道（通常为支线机场次降方向跑道），RNP APCH则有很重要的意义，它提供了远优于传统非精密进近程序的航迹和下滑角度的稳定性，并一定程度上提高了机场的使用效率。

综上所述，RNP APCH程序是在卫星导航系统下运行的重要仪表飞行程序类型，无需增加地面导航设施，即可提高航迹稳定性、灵活性和准确性并降低运行标准，对于航班量较小、基建资金有限的支线机场，应用PBN程序能够便捷有效地提升安全系数、节省资金、提高运行效率。

需要注意的是，在温度补偿方面，应用Baro-VANV程序时，需要与气象部门紧密合作，实时关注本场气温是否在温度限制范围内，在满足温度限制的情况下，方可使用该程序。

参考文献

[1] ICAO. Doc9613 AN/937. Third Edition-2008. Performance-based Navigation Manual with SL2010/053. ICAO：2008.

[2] ICAO. Doc 8168 OPS/611. Fifth edition-2006. Aircraft Operatons. ICAO：2006.