大型客机机载导航系统技术研究①

毛卉佳

摘 要：近数十年全球航空运输业有了井喷式的发展，航空运输业务的激增也促使全球对飞机的需求量持续增加，使得民航领域呈现一片欣欣向荣之势，各种新技术新手段层出不穷。而导航系统作为飞机的眼睛，无疑是飞机各大系统中至关重要的一环。目前，导航系统正逐渐从功能单一的独立设备向着综合化、模块化的多功能集成设备方向发展。该文主要针对大型客机机载导航系统相关技术及其发展趋势进行了研究和介绍。

关键词：大型客机 导航系统 无线电导航 飞行管理 综合监视 大气数据 惯性基准 技术 集成

中图分类号：TH6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（c）-0021-01

大型客机通常指的是承载150人次以上的干线客机，大型客机与支线客机、通用航空飞机由于市场定位的不同，在导航系统的组成和架构上也有所不同。由于导航系统担负着引领飞机安全、准确地沿着所选定的路线，按时、准确地到达目的地的责任，保障着飞机的飞行安全，因此其值得我们进行深入研究。该文结合当前航空技术的发展现状，分析了大型客机机载导航系统的相关技术。

1 大型客机导航系统构成

导航系统相当于飞机的眼睛，它将传感器数据处理并综合，向机组人员提供飞机的即时地理位置、姿态、航向、速度以及飞行环境数据，引导飞机按规定的航线，安全、准确、可靠地从一个机场飞到另一个机场。一般民用客机的导航系统通常由六类分系统组成——飞行环境数据系统、姿态和指引系统、着陆与滑行系统、自主式定位系统、非自主式定位系统以及飞行管理计算系统。飞行环境数据系统主要包括全静压和温度敏感系统以及大气数据计算机，该系统为飞机在飞行过程中提供大气数据信息。着陆和滑行系统则主要为飞机在进近着陆期间提供航向信标以及下滑道信息。自主式定位系统指运动体完全依靠所载的设备，自主地完成导航任务，和外界不发生任何光、电联系，主要包括气象雷达（WXR）、无线电高度表（RA）、地形提示和警告系统（TAWS）以及交通告警和防撞系统（TCAS）。相应地，非自主式定位系统主要是以地面的辅助设施或者卫星导航系统来进行导航，主要包括全球定位系统（GPS）、指点信标（MB）、测距器（DME）、空中交通管制应答机（ATC TDR）等。而在大型客机上，这些系统功能相互交融、相互集成，如综合监视系统将ATC TDR、TCAS、WXR以及TAWS四种功能融为一体，而大气数据系统（ADS）和惯性基准系统（IRS）也经常合二为一。

2 大型客机导航系统介绍

2.1 无线电导航系统概述

无线电导航系统主要为大型客机提供数据导航，为飞机提供本机位置。无线电导航系统中包括多种分系统，如甚高频全向信标（VOR）、测距器、自动定向仪（ADF）、无线电高度表、仪表着陆系统（ILS）等等。目前，在主流大型客机上使用的综合集成化程度最高的两大系统主要为由Rockwell Collins公司开发的多模接收机（MMR）和由Honeywell公司开发的综合导航接收机（INR）。其中，多模接收机集成了GPS、ILS以及卫星着陆系统（GLS）多种功能，被广泛装备在空客A320/A330/A380机型以及波音B737/B777机型上。而波音787客机则是采用Honeywell公司生产的综合导航接收机，其集成了ILS、GPS、GLS、VOR以及MB这多种功能。

2.2 大气数据惯性基准系统

在早期的民用客机上，大气数据系统与惯性基准系统属于两个独立的系统。大气数据系统主要为飞机提供大气高度以及空速，而惯性基准系统则可为飞机提供飞机的姿态、航向、位置以及地速等参数。随着科学技术的发展，这两种系统被结合起来，取各自的长处，规避其短处，然后形成优势缺点互补，逐渐成为了当前大型客机上被广泛使用的大气数据惯性基准系统。这种融合之后的系统相较之前的独立系统来说其系统性能更加优秀，测定的数据精度更高，提供的数据也更为可靠。目前空客客机和波音客机一般都采用这种集成的大气数据惯性基准系统。

2.3 综合监视系统概述

客机的机载监视系统一般都具备TAWS、WXR、TCAS以及S模式应答机这四种系统功能。TAWS为飞机提供地形提示和告警、WXR为飞机提供气象提示，TCAS和S模式应答机联合工作，在本机与其他飞机之间存在潜在碰撞冲突时，提供交通提示和告警。随着机载系统集成化的程度提高，这几个分系统被集成为一个系统——综合监视系统。目前，被广泛使用在空客和波音大型客机上的综合监视系统主要有Honeywell公司开发的AESS系统和Rockwell Collins公司开发的ISS系统。不论是AESS，还是ISS，他们都将TAWS，WXR，TCAS以及S模式应答机这四个子系统集成于一体，大大减少了四个子系统独立时其彼此之间线路的交联、缩小了系统的体积、减轻了系统的重量。

2.4 飞行管理系统概述

飞行管理系统（FMS）是大型客机数字化电子系统的核心，它为巡航、终端、非精密进场空域导航提供横向和垂直导航能力，为自动转换到精密进场提供耦合横向导航以及耦合和非耦合垂直导航能力。FMS的核心是飞行管理计算机（FMC），飞行管理计算机一般包含两个数据库：导航数据库和性能数据库。导航数据库可以在飞机正常飞行区域内，为飞机提供从起飞到降落的闭环横线制导的功能；而性能数据库能提供节约燃油、降低直接运行成本的垂直制导能力。目前大型客机上采用的新一代的飞行管理系统，可集导航、制导、控制、显示、性能优化与管理功能为一体，实现飞机在整个飞行过程中的自动管理与控制，不仅可以大量节省燃油，保证飞机的飞行安全和飞行品质，而且可以大大提高驾驶舱的综合化、自动化程度，减轻驾驶员的工作负担，带来巨大的经济效益。

3 结语

随着航空技术的不断发展，大型客机机载导航系统也取得了长足的进步，从过去功能单一相互独立的多个子系统走向功能高度综合化模块化的集成系统，不仅减小了体积、减轻了重量，而且提高了性能以及客户化灵活度，进一步保障了飞机的飞行安全，同时提高了飞行的舒适性与经济性。

参考文献

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