導航(PBN)技術與傳統導航的對比分析

孫福君

摘要以性能為基礎的導航技術是目前國際民航領域發展的新穎航行技術之一，這種技術將高技術含量的導航技術和民用航空器性能有機結合，特別是與衛星導航技術的結合，實現了從起飛離場至整個飛行環節的飛行指導。這是一種安全系數較高、較精確的一種航空運行方式。PBN可以為民航運輸的安全、高效率及正點提供充分保障。文章主要對比分析導航技術和傳統導航之間的不同，以期能為導航技術的運用提供一定的指導。

關鍵詞導航技術；PBN；傳統導航；對比

中圖分類號：V32 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0004-02

PBN在運行過程中對導航精度、可用性及連續性有更高的要求，故在導航系統選取、運行的監控方面要比傳統導航高很多。并且PBN的程序設計有一定程度的靈活性，保護區域寬度小，可充分保證高原地帶機場在外部環境較為惡劣的情況下正常運行。PBN導航技術和傳統導航相比，最大不同在于導航系統的選用方面，通常而言，傳統導航設施無ILS、VOR以及DME等，都是陸基導航系統。

1PBN技術和傳統導航原理的不同

1）PBN技術。

PBN運行、導航系統，充分發揮了現代航空器飛機性能以及導航性能，最大限度確保飛行的安全。它出了保留傳統陸基導航設施DME、VOR之外，還運用全球導航衛星系統。而全球導航衛星系統主要包括機載增強系統、GPS定位系統、星基增強系統以及地基增強系統，在未來還可能包括Compass系統等。它有高精度定位，能夠為航空器提供精確度更高的航跡引導，充分約束總系統誤差，控制導航系統誤差，同時，PBN將衛星當作導航源，大大降低了地面設備興建、維護成本，縮減民用航空的運輸成本[1]。此外，因衛星導航的空間信號都來源于空中衛星，其信號受遮擋概率和地面設備相比較小，從而增強了導航信號的連續性、完好性以及可使用性，在確保飛行精度的同時，又大大縮小了飛行保護區域，增加到達率與流量。

隨著DME、VOR越來越多地應用在記載計算裝備、導航上面，產生了RNAV理念且其已經得到初步運用。現今的導航技術設備除了包括以地面電臺為基礎的陸基設備，以衛星導航為基礎的星基導航設備植物，同時還通過LORAN、VOR/DME以及GPS等。且近幾年來衛星導航系統不斷完善，星基系統以高精度、實時性的優點可以確保飛機在整個飛行過程中進行連續、準確定位[2]。在空域允許條件下，憑借星基系統的多功能，飛機極易在任意兩點之間保持直線飛行，或選擇一條捷徑，依據飛行航路、衛星導航，脫離地面建臺的約束，達到真正的航路設計隨意性。

2）傳統導航。

傳統導航必須要求在地面設置很多導航設施，設備的修護成本高，且航路的規劃，飛行流程的構建非常困難，且領空領域受到嚴格限制。如果路基導航設置在高原地帶、遠洋地區，則常常會發生導航信號覆蓋不全的現象，在某種程度上會降低導航精度，如果較復雜的環境，則可能根本無法導航，嚴重影響到航空器運行及飛行安全。采用傳統導航，必須確保飛機順著已經建立起來的航線飛行，在著陸環節，需有引導與著陸導航系統、VOR導航以及無線電導航、地標/羅盤導航、ADF導航等。其中地標導航主要指的是在飛行過程中用航圖和地面進行對照，依據辨認出來的地表判斷飛機的具體位置，然后確定飛行方向，科學預測到達目的地的時間的導航。無線電導航是先測得無線電導航臺發射出的信號相位、頻率參量、具體時間以及幅度，進一步確定導航臺方位、距離差等參數，進一步確定飛機和導航臺之間的相對位置關系以達到導航的目的[3]。而用ADF導航，飛行人員需要認真分析方位信息、航向信息等確定位置。

采用傳統導航這種方式飛行，飛機只可以根據地面導航臺的不同路徑線路進行向背臺飛行。因受到向、背導航臺不同飛行方法的限制，飛機的飛行航跡基本固定，在某種程度上限制了終端區域的飛行容量，以至于不能優化導航布局設施，大大限制了航空運行水平。現階段民航大型的運輸機均配備了IRS、FMS以及GPS等相關導航準備，有一定的區域導航功能，可拍拖導航臺的約束，達到航路點至航路點直飛的目的。但是若一直采用傳統導航方式，則會浪費很多資源。

2PBN技術和傳統導航比較

1）PBN技術主要是由航路點至航路點組成，能逐點飛行，也可越過航路點飛行；而傳統導航航路結構主要是由電臺→電臺形成的逐臺飛行，從一個電臺至下一個電臺。

2）PBN導航航空器的絕對位置確定，并用地理坐標表示出來，而傳統導航確定的是航空器相對導航臺的相對位置。

3）PBN技術所依據的技術系統導航精度要遠遠高于傳統導航。

4）在機載設備配置方面：PBN技術的RNAV新航行系統確保飛行員不用借助地面導航設施，只用順著有精確定義的航班飛行痕跡，進行復雜進港與離港的飛行；而傳統導航用的是單、雙套設備，精度及可靠性均屬于中等[4]。

5）在機載設備方面，PBN技術除了接收機還需憑借飛行管理系統，其能夠接收多種導航源，通過飛行管理進而自動選用合適的導航源。而傳統導航主要是無線電導航接收機，需要借助地面導航臺以及機載接收機就可以完成。PBN技術的導航設施、航路機構以及機載設備與傳統導航相比均較先進，且飛行安全系數高、可取得可觀的經濟效益。

3PBN技術運行要求

1）需要確認航空器設備可滿足RNP或者RNAV運行的一些列性能需求，并提供必要的文件證明。

2）運行PBN的相關導航系統流程、導航數據庫處理流程必須完善齊備，且可提供各種相關證明文件。

3）需要對PBN運行過程中的空管人員、機組人員等等各種相關人員提供相應的PBN培訓，在PBN導航規范中規定RNP、RNAV運行過程中航空器必須具備的各種性能。在PBN的具體運行過程中各種導航規范都牽涉到側向精度，而側向精度主要是用預期航跡中心線兩側的海里數值來表示的，明確要求航空器于95%的時間范圍內能夠達到預期航跡中心線兩側的精度數值[5]。

針對航空器的意外誤差，如：空間信號故障、RANV系統故障等，在運行之前可采取相應的預防措施，并做好必要的應對方案。通常情況下，航空器的意外誤差未列入機載性能監視、告警要求，需采用機組流程、培訓以及監視探測等各種方法處理。在導航規范中明確指出航空器需要在相對應的PBN運行過程中應用導航設備，并具備相應的導航設施，且在PBN技術運行之前達到。

4）RNP的提出及應用。RNP主要是在RNAV的基礎上提出來的，可同時支持RNAV系統與機載性能監控，在運行RNP系統時必須要求可重復、能夠預測順著規劃地面航跡飛行的能力，且穩定可靠。在由垂直剖面嘗試垂直引導時，用仰角高度來判斷所需要的垂直航徑。

5）運行PBN技術之前確保運行流程的完備，并確定導航數據庫的處理流程完備。導航數據庫中的全部數據通常來自設備調整、設計程序等各個方面，數據定義的安全程度主要由數據的完好性、分辨率以及精確性去定。而數據的完好性主要由從生成至使用的完整航空數據鏈而定；數據的分辨率主要由最初數據生成、后續處理數據之間的所選用的程序決定；數據精確性主要是指在數據生成期間所采用的處理方式。航空運行人員在將PBN技術推向市場后，必須保證數據的有效性、處理數據完備性。并且PBN技術得到運行還需要相關操作人員依據RNAV、RNP的規定，對機務人員、飛行人員以及空管人員進行相關知識的培訓。

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4PBN技術和傳統導航效益比較

采用新的導航技術，能夠提升導航的靈活性，確保運行更加經濟，進一步直接提高航空公司經濟效益。

通過實際運行經驗可知：

1）導航技術能夠提升飛行效率，用衛星導航，飛機可在任何給定起降點之間自主選擇航線，進而縮減飛行距離，提升空間利用效率。

2）和傳統導航相比，促使飛行員不需要過分依靠地面導航設施，只需要順著精確定義航跡飛行即可，同時還能做一些較復雜的進出港飛行動作，大大增強了飛行安全系數。并且隨著導航技術的應用，航路之間的距離會縮小，能在給定空域內增加較多容量。

3）導航技術的應用達到了節能減排的目的，其應用還能夠提高與之相關的多方經濟效益。比如：工作人員需求較少、耗油量較少、發動機維護小且保險費較低等[6]。

4）導航技術提供環保飛行，在連續直線短路路徑的條件下下降航路可以降低耗油量，減少肺氣排放量。該技術的設計航路方式較為靈活，在某種程度上能夠規避在噪聲敏感地帶飛行，有一定的環保效果。

當前，我國民航已經嘗試著采用PBN技術，在2007年廣州白云國際機場就成功試飛了導航流程。而在2009年北京終端附近的導航也進入了正式運行階段，運行結果為飛行路徑非常精確，最大偏離航向數值≤1.6千米，達到了相關飛行標準。

5結束語

PBN技術若在未來正確使用，其不但可以縮短、簡化航班路線，同時還能選用對環境造成不良影響程度最小的航班路線。未來全世界民航導航技術的發展方向即從傳統導航向著PBN技術過渡，預計在不遠的將來，導航的完整性、精確度將提升至更高水平，進一步產生間隔較為密實的平行航線。

參考文獻

[1]陳建偉.區域導航技術在烏魯木齊機場的應用[J].空中交通管理，2011，3（02）：113-114.

[2]呂小平.民航空管西部示范工程新技術應用介紹[J].中國民用航空，2009，5（10）：121-122.

[3]周航.北京終端區區域導航程序正式投入試運行[J].空中交通管理，2009，6（07）：235-236.

[4]劉明明.中國民航導航技術現狀與發展[J].科技信息，2010，4（18）：155-156.

[5]姜越.中國民用航空區域導航技術的應用與展望[J].科技風，2012，5（06）：166-168.

[6]何光橋.區域導航（RNAV）與傳統導航對比分析[J].科技創新導報，2010，3（02）：98-99.

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