大型客機(jī)機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)研究①

毛卉佳

摘 要：近數(shù)十年全球航空運輸業(yè)有了井噴式的發(fā)展，航空運輸業(yè)務(wù)的激增也促使全球?qū)︼w機(jī)的需求量持續(xù)增加，使得民航領(lǐng)域呈現(xiàn)一片欣欣向榮之勢，各種新技術(shù)新手段層出不窮。而導(dǎo)航系統(tǒng)作為飛機(jī)的眼睛，無疑是飛機(jī)各大系統(tǒng)中至關(guān)重要的一環(huán)。目前，導(dǎo)航系統(tǒng)正逐漸從功能單一的獨立設(shè)備向著綜合化、模塊化的多功能集成設(shè)備方向發(fā)展。該文主要針對大型客機(jī)機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)及其發(fā)展趨勢進(jìn)行了研究和介紹。

關(guān)鍵詞：大型客機(jī) 導(dǎo)航系統(tǒng) 無線電導(dǎo)航 飛行管理 綜合監(jiān)視 大氣數(shù)據(jù) 慣性基準(zhǔn) 技術(shù) 集成

中圖分類號：TH6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（c）-0021-01

大型客機(jī)通常指的是承載150人次以上的干線客機(jī)，大型客機(jī)與支線客機(jī)、通用航空飛機(jī)由于市場定位的不同，在導(dǎo)航系統(tǒng)的組成和架構(gòu)上也有所不同。由于導(dǎo)航系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著引領(lǐng)飛機(jī)安全、準(zhǔn)確地沿著所選定的路線，按時、準(zhǔn)確地到達(dá)目的地的責(zé)任，保障著飛機(jī)的飛行安全，因此其值得我們進(jìn)行深入研究。該文結(jié)合當(dāng)前航空技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了大型客機(jī)機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)。

1 大型客機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)成

導(dǎo)航系統(tǒng)相當(dāng)于飛機(jī)的眼睛，它將傳感器數(shù)據(jù)處理并綜合，向機(jī)組人員提供飛機(jī)的即時地理位置、姿態(tài)、航向、速度以及飛行環(huán)境數(shù)據(jù)，引導(dǎo)飛機(jī)按規(guī)定的航線，安全、準(zhǔn)確、可靠地從一個機(jī)場飛到另一個機(jī)場。一般民用客機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)通常由六類分系統(tǒng)組成——飛行環(huán)境數(shù)據(jù)系統(tǒng)、姿態(tài)和指引系統(tǒng)、著陸與滑行系統(tǒng)、自主式定位系統(tǒng)、非自主式定位系統(tǒng)以及飛行管理計算系統(tǒng)。飛行環(huán)境數(shù)據(jù)系統(tǒng)主要包括全靜壓和溫度敏感系統(tǒng)以及大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)，該系統(tǒng)為飛機(jī)在飛行過程中提供大氣數(shù)據(jù)信息。著陸和滑行系統(tǒng)則主要為飛機(jī)在進(jìn)近著陸期間提供航向信標(biāo)以及下滑道信息。自主式定位系統(tǒng)指運動體完全依靠所載的設(shè)備，自主地完成導(dǎo)航任務(wù)，和外界不發(fā)生任何光、電聯(lián)系，主要包括氣象雷達(dá)（WXR）、無線電高度表（RA）、地形提示和警告系統(tǒng)（TAWS）以及交通告警和防撞系統(tǒng)（TCAS）。相應(yīng)地，非自主式定位系統(tǒng)主要是以地面的輔助設(shè)施或者衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來進(jìn)行導(dǎo)航，主要包括全球定位系統(tǒng)（GPS）、指點信標(biāo)（MB）、測距器（DME）、空中交通管制應(yīng)答機(jī)（ATC TDR）等。而在大型客機(jī)上，這些系統(tǒng)功能相互交融、相互集成，如綜合監(jiān)視系統(tǒng)將ATC TDR、TCAS、WXR以及TAWS四種功能融為一體，而大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)（ADS）和慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)（IRS）也經(jīng)常合二為一。

2 大型客機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)介紹

2.1 無線電導(dǎo)航系統(tǒng)概述

無線電導(dǎo)航系統(tǒng)主要為大型客機(jī)提供數(shù)據(jù)導(dǎo)航，為飛機(jī)提供本機(jī)位置。無線電導(dǎo)航系統(tǒng)中包括多種分系統(tǒng)，如甚高頻全向信標(biāo)（VOR）、測距器、自動定向儀（ADF）、無線電高度表、儀表著陸系統(tǒng)（ILS）等等。目前，在主流大型客機(jī)上使用的綜合集成化程度最高的兩大系統(tǒng)主要為由Rockwell Collins公司開發(fā)的多模接收機(jī)（MMR）和由Honeywell公司開發(fā)的綜合導(dǎo)航接收機(jī)（INR）。其中，多模接收機(jī)集成了GPS、ILS以及衛(wèi)星著陸系統(tǒng)（GLS）多種功能，被廣泛裝備在空客A320/A330/A380機(jī)型以及波音B737/B777機(jī)型上。而波音787客機(jī)則是采用Honeywell公司生產(chǎn)的綜合導(dǎo)航接收機(jī)，其集成了ILS、GPS、GLS、VOR以及MB這多種功能。

2.2 大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)

在早期的民用客機(jī)上，大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)與慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)屬于兩個獨立的系統(tǒng)。大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)主要為飛機(jī)提供大氣高度以及空速，而慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)則可為飛機(jī)提供飛機(jī)的姿態(tài)、航向、位置以及地速等參數(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這兩種系統(tǒng)被結(jié)合起來，取各自的長處，規(guī)避其短處，然后形成優(yōu)勢缺點互補(bǔ)，逐漸成為了當(dāng)前大型客機(jī)上被廣泛使用的大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)。這種融合之后的系統(tǒng)相較之前的獨立系統(tǒng)來說其系統(tǒng)性能更加優(yōu)秀，測定的數(shù)據(jù)精度更高，提供的數(shù)據(jù)也更為可靠。目前空客客機(jī)和波音客機(jī)一般都采用這種集成的大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)。

2.3 綜合監(jiān)視系統(tǒng)概述

客機(jī)的機(jī)載監(jiān)視系統(tǒng)一般都具備TAWS、WXR、TCAS以及S模式應(yīng)答機(jī)這四種系統(tǒng)功能。TAWS為飛機(jī)提供地形提示和告警、WXR為飛機(jī)提供氣象提示，TCAS和S模式應(yīng)答機(jī)聯(lián)合工作，在本機(jī)與其他飛機(jī)之間存在潛在碰撞沖突時，提供交通提示和告警。隨著機(jī)載系統(tǒng)集成化的程度提高，這幾個分系統(tǒng)被集成為一個系統(tǒng)——綜合監(jiān)視系統(tǒng)。目前，被廣泛使用在空客和波音大型客機(jī)上的綜合監(jiān)視系統(tǒng)主要有Honeywell公司開發(fā)的AESS系統(tǒng)和Rockwell Collins公司開發(fā)的ISS系統(tǒng)。不論是AESS，還是ISS，他們都將TAWS，WXR，TCAS以及S模式應(yīng)答機(jī)這四個子系統(tǒng)集成于一體，大大減少了四個子系統(tǒng)獨立時其彼此之間線路的交聯(lián)、縮小了系統(tǒng)的體積、減輕了系統(tǒng)的重量。

2.4 飛行管理系統(tǒng)概述

飛行管理系統(tǒng)（FMS）是大型客機(jī)數(shù)字化電子系統(tǒng)的核心，它為巡航、終端、非精密進(jìn)場空域?qū)Ш教峁M向和垂直導(dǎo)航能力，為自動轉(zhuǎn)換到精密進(jìn)場提供耦合橫向?qū)Ш揭约榜詈虾头邱詈洗怪睂?dǎo)航能力。FMS的核心是飛行管理計算機(jī)（FMC），飛行管理計算機(jī)一般包含兩個數(shù)據(jù)庫：導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫和性能數(shù)據(jù)庫。導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫可以在飛機(jī)正常飛行區(qū)域內(nèi)，為飛機(jī)提供從起飛到降落的閉環(huán)橫線制導(dǎo)的功能；而性能數(shù)據(jù)庫能提供節(jié)約燃油、降低直接運行成本的垂直制導(dǎo)能力。目前大型客機(jī)上采用的新一代的飛行管理系統(tǒng)，可集導(dǎo)航、制導(dǎo)、控制、顯示、性能優(yōu)化與管理功能為一體，實現(xiàn)飛機(jī)在整個飛行過程中的自動管理與控制，不僅可以大量節(jié)省燃油，保證飛機(jī)的飛行安全和飛行品質(zhì)，而且可以大大提高駕駛艙的綜合化、自動化程度，減輕駕駛員的工作負(fù)擔(dān)，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展，大型客機(jī)機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)也取得了長足的進(jìn)步，從過去功能單一相互獨立的多個子系統(tǒng)走向功能高度綜合化模塊化的集成系統(tǒng)，不僅減小了體積、減輕了重量，而且提高了性能以及客戶化靈活度，進(jìn)一步保障了飛機(jī)的飛行安全，同時提高了飛行的舒適性與經(jīng)濟(jì)性。

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