點融合進近程序運行探討

王 哲 翟文鵬

（1.民航中南機場設計研究院（廣州）有限公司，廣東廣州 510422；2.中國民航大學空中交通管理學院，天津 300300）

1 傳統(tǒng)進近與區(qū)域導航進近技術

針對進近的航班流，管制員需要指揮和調節(jié)航班安全間隔并排序。飛機進近程序及排序主要采用雷達引導，部分地區(qū)開始應用區(qū)域導航技術。雷達引導與區(qū)域導航技術相對成熟，但也存在固有缺陷。

1.1 雷達管制進近程序

在傳統(tǒng)進近排序模式中，進近管制員向飛行員發(fā)送速度、航向、高度等指令，保持進場航空器之間的安全間隔，將航空器按照進場順序等因素排序，引導航空器按照提前計劃的順序切入著陸跑道五邊[1]。

傳統(tǒng)模式中，進近管制員具有相當大的主動權，航空器切入五邊前，管制員都可以改變航空器的排序。航空器在進場過程中的運行軌跡有很大的靈活性，管制員可以引導航空器偏離預定進場航線以保證航空器之間的間隔。但靈活性帶來的缺陷是航跡的可預測性比較低，在交通情況比較密集的機場終端區(qū)，頻繁的雷達引導導致管制員需要頻繁地與飛行員進行通話，工作負荷比較大，過多的雷達引導可能出現(xiàn)不可預測的飛行沖突，對管制員的工作經驗要求較高。根據(jù)五邊排序的要求，進場航空器進入終端區(qū)不久后就會被要求降到較低的高度，會有很大的速度限制，運行效率較低。

1.2 區(qū)域導航進近模式

區(qū)域導航使航空器在導航信號覆蓋范圍或機載導航設備的工作能力范圍內，或二者的組合，沿任意期望的路徑飛行[2]?，F(xiàn)階段，很多機場終端區(qū)已經設計進場的區(qū)域導航程序，為航空器的進場航跡進行預先定義，可以減輕管制員和飛行員的工作負荷，但航線的靈活性很低，不適用于交通流量較大的機場終端區(qū)。

區(qū)域導航技術為融合點進近程序的運行提供了很大的便利。融合點進近程序需要大量的定位點進行預定的閉環(huán)引導，定位點全部選用機場設立的導航臺是不現(xiàn)實的操作，融合區(qū)域導航技術的融合點進近程序，為沿區(qū)域導航定位點運行的進場航空器在終端區(qū)內提供了極大的運行空間，增加了交通容量，可以改善單純的區(qū)域導航進場程序缺陷。

2 點融合系統(tǒng)的概念

點融合系統(tǒng)是對進場航空器水平方向運行進行引導排序的輔助程序，將不同方向的進場交通流進行匯聚。通過全新的閉環(huán)引導手段，使區(qū)域導航程序在高密度機場終端區(qū)的使用局限性得到徹底改善，為連續(xù)下降進近技術的實施提供完美的實施條件[3]。點融合進近程序的產生是連續(xù)下降進近技術的延伸，在實施連續(xù)下降運行的垂直剖面基礎上，使用區(qū)域導航技術對航空器的水平運行軌跡加以限制，保證航空器在行進過程中能夠保持較大的下降率進行連續(xù)下降運行，取代傳統(tǒng)的階梯下降剖面。

融合點進近程序結構如圖1所示。

圖1 融合點進近程序結構

融合點進近程序的航路結構主要包括融合點、排序邊、距離標記、旁切定位點、飛越點等。

（1）融合點。

不同方向的進場交通流在通過該點之后被融合成同一方向，保持規(guī)定間隔的有序交通流。進場交通流在通過該點以后可以沿著統(tǒng)一的航路飛行直到切入ILS精密進近航向道。

（2）排序邊。

以融合點為圓心的等半徑圓?。ń茍A?。?，用于航空器飛行路徑的延伸或縮短，增大前后兩架航空器之間的間隔。排序邊上任意點距離融合點的距離相等，航空器被管制員引導直飛向融合點飛行距離相同，時間相同。排序邊分內外雙層，用于融合不同方向的到港航班。

（3）旁切定位點以及飛越點。

旁切定位點位于內外排序邊上的幾個區(qū)域導航定位點，可以保證飛機一直保持在排序邊上運行同時不需要轉過大的角度；飛越點為排序邊的最后一點，飛機飛到飛越點上空時，如果沒有收到管制員的指令或通訊失效，應該馬上轉彎直飛融合點，執(zhí)行應急程序。

3 點融合系統(tǒng)的運行方式

運行方式包括正常模式和非正常模式。正常模式指航空器及系統(tǒng)運行正常，交通流量在有限范圍之內的核心的運行方式及其關問題。非正常模式對應例外處置或服務失效的情況，如失去區(qū)域導航能力時的運行方式。

3.1 正常模式下點融合系統(tǒng)的運行方式

（1）前提假設條件。

只考慮進場航班流；每個航空器均能夠執(zhí)行區(qū)域導航程序并且設備完好；裝有相關設備的航空器已經將程序輸入飛行管理系統(tǒng)，機組能夠參照按照該程序，保證側向引導，按照ATC航路許可以進行飛行；點融合系統(tǒng)的航班進入率設置恰當，考慮縱向間隔、尾流間隔、氣象條件，融合點系統(tǒng)自身性能和出口的限制等因素；交通流量的交付應該按照一個合適的比率進行；每個加入的航空器均應保持足夠的縱向間隔；排序邊的航空器優(yōu)先于在進入邊的航空器；為了整合加入序列之外的航班，排序邊有時需要進行延伸。

（2）運行方法。

管制員應在航空器加入排序邊前，檢查確認排序指令，檢查加入航空器的高度、速度、間隔及其他條件。為符合程序設定的飛機間隔、速度等要求，航空器在加入排序邊之前應減速至220節(jié)，形成同質航班流，優(yōu)化排序邊的間隔調節(jié)能力，防止出現(xiàn)太高的交通負荷。

機組依照側向引導程序進入排序邊飛行。在序列中，靠前的航空器提前接收管制員發(fā)布的“直飛融合點”指令，機組轉彎直飛融合點。

管制員可以借助簡單的圖形工具監(jiān)視序列中前后航空器之間的間隔，圖形工具是以融合點為中心的同心等間隔圓弧，圓弧間距為兩架航空器之間的安全間隔，考慮尾渦、天氣等因素的影響。

直飛融合點的航空器飛過第一個等距同心圓弧后，該航空器距排序邊大于安全間隔，管制員可以給下一個在排序邊飛行的航空器發(fā)布“直飛融合點”的指令，與前機保持適當?shù)拈g隔。

航空器滿足平行排序邊上航空器的安全間隔時，管制員可以根據(jù)高度適當發(fā)出下降許可。機組根據(jù)許可進行下降，距離可知時，應盡量優(yōu)化下降，增加下降的舒適度。

航空器轉彎直飛融合點過程中，管制員一般只能通過調配航空器的速度調配間隔。點融合系統(tǒng)中間隔的保證仍然是管制員的任務。

3.2 非正常模式下點融合系統(tǒng)的運行方式

非正常模式指超出利用點融合系統(tǒng)正常運行程序，需要特殊雷達引導或附加其他飛行程序處理運行方式。

（1）常見非正常運行模式及其解決辦法。

進入系統(tǒng)的航班比率偏大，導致交通流不合理。管制員可以使用雷達引導或開放等待程序緩解交通壓力。

航空器的P-RNAV性能無法使用。機組被放行使用點融合程序時，應告知管制員能否飛行該程序。管制員收到不能飛行點融合系統(tǒng)告知，啟用為未安裝設備的航空器準備的程序。

機場導航準確度下降或機場失去對單個航空器的PRNAV性能。機組通知管制員，由管制員監(jiān)視飛行，需要時使用雷達引導，將之視為未安裝設備的航空器看待。

機場導航準確度下降或機場失去對全部航空器的PRNAV性能。轉為傳統(tǒng)引導程序。

通信失效（安裝了相關設備的航空器）。機組依照公布的安裝設備的航空器通信失效程序進行飛行。

通信失效（未安裝相關設備的航空器）。機組依照公布的未安裝設備的航空器通信失效程序進行飛行。

航空器安裝了合適的設備，但沒有按照許可的程序飛行。管制員監(jiān)視并檢測發(fā)現(xiàn)不一致后，如有需要，對該航空器采用雷達引導并將之視為未安裝設備的航空器處理。

航空器沒有在正確的高度加入排序邊。管制員重新發(fā)布高度指令者使用高度，引導航空器離開排序邊，建立間隔。

航空器沒有減速（或沒有收到減速指令）或減速太遲（或收到減速指令太晚）。管制員重新發(fā)送，需要時，改變序列順序防止空間過于緊迫，管制員可以對該航空器使用垂直間隔（并排排序邊上用備用高度）或雷達引導。

需要后續(xù)排序調整。序列順序在發(fā)送直飛融合點指令前已經確定。在一些例外情況（如緊急情況，航空器未聽從下降指令）下，需要再調整序列?？梢詰冒ɡ走_引導在內的引導來改變某個航空器的位置狀態(tài)。

航空器沒有轉向融合點（或沒有收到相關指令）或轉向融合點太晚（或收到指令太晚）。管制員重新發(fā)送指令，有需要時，改變序列順序或使用雷達引導重新調整飛行順序。

航空器過早轉向融合點（或者收到轉向指令過早）。管制員重新發(fā)送指令，根據(jù)需要改變序列順序防止間隔入侵或空間太緊迫的風險，必要時使用雷達引導。

錯誤的航空器轉向融合點（或錯誤的航空器收到轉向指令）。評估交通負荷條件和與序列中前機的間隔，使用雷達引導指揮飛機。

航空器沒有如期下降，沒有得到指令時下降或下降太遲，或沒有在適當?shù)臅r候收到下降指令。下降開始過早，需要雷達引導保證與其其他排序邊的間隔，可能引起序列的改變。下降地太晚時，需要雷達引導確保航空器可以下降并引起排序的變化。

航空器沒有減速（或沒有被要求減速）或減速太遲。為防止空間太緊迫，管制員可以對該航空器進行雷達引導。

不可能通過速度控制保持間隔（前機收到直飛指令建立起始間隔時，沒有注意到需要預留足夠的速度變化余量來保持間隔）。對航空器使用雷達引導，將之重新插入序列中，盡量在到達融合點之前插入。

（2）需要使用雷達引導的運行方式。

對未安裝相關設備的航空器或為了恢復到期望的運行狀態(tài)，需要使用到雷達引導。

將航空器拉出序列，引導其在與排序邊平行的路徑上飛行，使用虛擬的內排序邊，同時保持一個恰當?shù)母叨取?/p>

滿足序列中前機所需間隔時，執(zhí)行直飛融合點的指令將該航空器重新加入序列中。

雷達引導可以使交通性能恢復正常運行狀態(tài)，管制員通過目測分辨發(fā)生問題的航空器的位置，外排序邊航空器過早轉向融合點導致與內排序邊航空器間隔不足。

提前轉彎如圖2所示。引導調間距如圖3所示。直飛融合點如圖4所示。

圖2 提前轉彎

圖3 引導調間距

圖4 直飛融合點

未安裝相關設備的航空器如果能夠通過排序邊上的雷達引導，收到轉向融合點的指令達到正常點融合系統(tǒng)的設計要求，該航空器可以加入排序。

（3）等待程序。

航班量超過點融合系統(tǒng)負荷時，可以在排序邊進入點前設計一個等待程序暫時緩解系統(tǒng)壓力。等待程序設立在排序邊之前，可以應對程序的交通高峰和復飛情況。平行排序邊反向運行時，管制員可以引導航空器直接加入反向邊結尾的等待程序進行等待。

等待程序設計如圖5所示。

圖5 等待程序設計

（4）低性能航空器的運行方式。

交通流量中包含沒有P-RNAV能力的速度慢的航空器或通航飛機等低性能航空器時，通過特殊程序將這樣的航空器整合到序列中。

有相關設備且具有標準性能的航空器時，可以飛標準點融合程序；沒有相關設備但具有標準性能的航空器時，可以沿著標準點融合程序進行雷達引導飛行；有相關設備但航空器性能較低時，需要飛為低性能航空器設計的特殊程序；沒有相關設備且航空器性能較低時，可以沿著為低性能航空器設計的特殊程序進行雷達引導飛行。

（5）通信失效時的運行方式。

安裝了相關設備的航空器通信失效時，應該飛通信失效狀態(tài)的特殊程序；程序中有高度限制時，通信失效程序應該為航空器的下降增加引導。排序邊中最后飛越點，能夠給管制員提供明確的轉彎點，確保有足夠的時間管理交通流。

未安裝相關設備的航空器的通信失效程序確定依賴于常規(guī)導航點的回執(zhí)信息，需要考慮當時當?shù)氐木唧w限制，盡可能最小化P-RNAV程序中航空器對其的干擾，需要根據(jù)具體情況分析。

（6）飛機飛出排序邊時的運行方式。

點融合程序中航空器一般不會用完排序邊的全部長度。出現(xiàn)例外情況時，此程序中，在排序邊末端往外轉彎，方向仍對著融合點，高度和點融合程序保持一致，在點融合程序之外形成了一個新的閉合程序。管制員可以給飛機下達下降和調速指令，也可以延緩下降并指導航空器保持當前高度，指導航空器進行等待，直至其可以重新整合進入序列，類似于使用雷達引導從非正常情況中恢復，程序管制員通過目視從序列中辨別出問題航空器。

4 結語

傳統(tǒng)的航班等待排序程序中，達到安全間隔后，航班至少飛完一個盤旋才可以加入排序隊列中，點融合系統(tǒng)中，航班在排序邊任何一點都可以直飛融合點，節(jié)約航班排序等待時間和燃油消耗。點融合系統(tǒng)是連續(xù)下降技術，減少了航班“下降-改平-下降-再改平”的飛行模式，可以節(jié)約大量燃油，為航空公司帶來很大經濟效益。與傳統(tǒng)線型程序結構相比，立體結構大大增大終端區(qū)容量，雷達管制對每架航班的方向引導轉為監(jiān)控和每個航班只發(fā)“直飛融合點”一個指令就完成排序和等待，增大了工作效率，降低了管制工作負荷。點融合系統(tǒng)占用的空域比較大，在空域受到限制的情況下可能需要結構的重新設計和改造。