基于新型导航系统的航路设计

凌云

摘 要： 民航飞机的航路经常受限于地形，尤其在某些山区，地形复杂导致民航飞机无法进入。在新型机载导航系统的基础上，航路设计的灵活性、经济节能性以及安全性都将被极大的提升。

关键词： 导航系统;航路设计

【中图分类号】TP393 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.34.148

前言：飞机在空中飞行，依赖机载及地面设施进行引导，达到按预设航路航行的目的。传统导航程序是点对点的飞行，无误差监控，精度较低。现代飞机导航系统都已具备很强的计算能力，新的航路设计带来启发。

传统导航程序：点对点的飞行，无误差监控，精度较低

飞机在空中飞行，依赖机载及地面设施进行引导，达到按预设航路航行的目的。目前民航大量使用的地面导航台有NDB（无方向性信标）、DME（距离测量仪）、VOR（甚高频全向无线电信标）等，导航方式为机载接收机接收地面台站的信息，经机载导航系统的技算与处理，得出飞机相对地面台站的位置，地面导航台站连接即为飞行大致航迹。典型的导航台如图1所示，航图中的导航台如图2所示。传统导航方式精度低，导航台站布置和飞行航路设计受地理因素影响大，部分山区由于空域通道狭窄，受导航精度所限，民航飞机无法航行。

新导航程序设计：基于机载导航计算机，有精度监控，精度较高飞机实际位置与航路预定位置的总体误差由如下几个因素组成：

系统总误差（TSE）定义为：

TSE=NSE 2+FTE 2+FDE 2

其中，PDE为航路定义误差，与机载设备无关，是在航路规划与设定中，由于测量或设备所产生的误差，由于测绘水平的不断提高，该部分误差将越来越小。FTE为飞行技术误差，是导航系统按预定航路引导飞机与飞机实际位置之间的偏差，主要与飞机操纵性能有关。NSE为导航系统误差，主要与导航系统位置估计精度有关。NSE及FTE是总体误差的决定性因素。

目前，主流大型客机机载导航系统均具备很强的计算能力。以空客A320飞机为例，导航系统大体构架为：由飞行引导与管理计算机（FMGC）存储预设的航迹及导航点，并对舵面操纵计算机及定位系统的数据进行监控和计算，执行总体自动飞行引导;FMGC的自动驾驶功能根据预设航路或临时设置，操控飞机的舵面控制计算机对飞机的转弯或升降进行控制;机载位置估算系统为卫星导航（GPS）加惯性导航综合定位飞机当前位置。监控系统（GPS、惯导及FMGC自身具备监控能力）对定位有效性进行监控并给出警告。

近年来，机载导航系统及机载监控系统性能不断上升，NSE及FTE不断减小，仍以空客A320系列为例，已得到验证并写入飞行手册的导航系统精度可达到0.1海里。这为新的航路设计带来启发。以成都机场为例，由于传统导航方式的飞行航迹仅能大致预计，而成都國际机场附近存在军航活动空域和训练机场，为保障进港飞机与双流机场西南侧的训练机场离港飞机之间的间隔，对民航进港飞机的飞行航迹及飞行高度都有限制，因此航路设计受限制多，优化空间小。同时进港时需要大量的空管与机组间的通话，确保飞机安全着陆。传统航路设计如图4：

但是，如果充分考虑上文中飞机自身的导航系统技算能力，则可以在航路设计时在上述实际导台站之间，增设虚拟台站，例如，如图4，在导航点1与点2之间，由于地理或其它因素无法布置导航台站，但是点1与点2之间的实际地理位置是精确可知的，因此，在航路设计的时候，可在点1与点2之间规划多个虚拟位置站点，将该2点直接相连，按此思路进行新的航路规划，将极大的提升航迹设计的灵活性，缩短航程，优化后的航路如图5。

更为重要的是，目前机载导航系统已具备精度监控能力，一旦定位精度下降或导航能力降低，导致系统总误差上升，系统有能力给出警告，这对于在多障碍物的山区飞行，使用优化航路将有很大帮助。总之，在新型机载导航系统的基础上，航路设计的灵活性、经济节能性以及安全性都将被极大的提升。