Требуемые навигационные характеристики

Маршруты захода на посадку RNP-AR 3D в Кахамарку , Перу (вверху) и Ла-Серену, Чили (внизу), демонстрирующие преимущества точной боковой и вертикальной навигации в аэропортах, расположенных в горных регионах.

Требуемые навигационные характеристики ( RNP ) — это тип навигации, основанной на характеристиках (PBN), который позволяет воздушному судну летать по определенному маршруту между двумя точками в пространстве, определенными в 3D.

Точность навигации

Системы зональной навигации (RNAV) и RNP принципиально схожи. Ключевое различие между ними заключается в необходимости бортового мониторинга производительности и оповещения. Навигационная спецификация, включающая требования к бортовому контролю навигационных характеристик и оповещению, называется спецификацией RNP. Спецификация, не имеющая такого требования, называется спецификацией RNAV. Поэтому, если радиолокационный контроль УВД не предусмотрен, безопасная навигация относительно местности контролируется пилотом самостоятельно, и вместо RNAV используется RNP.

RNP также относится к уровню характеристик, необходимому для конкретной схемы или конкретного блока воздушного пространства. RNP, равный 10, означает, что навигационная система должна быть способна рассчитать свое положение с точностью до круга радиусом 10 морских миль. RNP, равный 0,3, означает, что навигационная система самолета должна иметь возможность рассчитывать свое положение с точностью до круга радиусом 3/10 морской мили. бортовых навигационных систем Различия в этих системах обычно являются функцией дублирования .

Родственный термин — ANP, что означает «фактические навигационные характеристики». ANP относится к текущим характеристикам навигационной системы, а «RNP» относится к точности, необходимой для данного блока воздушного пространства или конкретной процедуры по приборам.

В некоторых океанских воздушных пространствах значение возможности RNP равно 4 или 10. Уровень RNP, на который способно воздушное судно, определяет необходимое эшелонирование между воздушными судами по расстоянию. Повышенная точность бортовых систем RNP представляет собой значительное преимущество по сравнению с традиционными нерадиолокационными средами, поскольку количество самолетов, которые могут поместиться в определенный объем воздушного пространства на любой заданной высоте, является квадратом количества требуемых эшелонирований; иными словами, чем ниже значение RNP, тем ниже требуемые стандарты эшелонирования и, в целом, тем больше самолетов могут поместиться в объем воздушного пространства без потери требуемого эшелонирования. Это не только большое преимущество для операций воздушного движения, но и предоставляет значительную возможность экономии средств для авиакомпаний, выполняющих полеты над океанами, благодаря менее строгим маршрутам и лучшим доступным высотам.

Заходы на посадку по RNP со значениями RNP, которые в настоящее время снижены до 0,1, позволяют воздушному судну следовать точным трехмерным кривым траекториям полета через перегруженное воздушное пространство, вокруг чувствительных к шуму зон или через труднопроходимую местность.

История

Процедуры RNP были введены в PANS-OPS (документ ИКАО Doc 8168), который стал применяться в 1998 году. Эти процедуры RNP были предшественниками нынешней концепции PBN, согласно которой определяются характеристики полетов на маршруте (вместо элементов полета, таких как такие как процедуры пролета, изменчивость траекторий полета и добавленный буфер воздушного пространства), но они не привели к существенным конструктивным преимуществам. В результате не было никакой пользы для сообщества пользователей и практически не было внедрения.

В 1996 году Alaska Airlines стала первой авиакомпанией в мире, которая использовала заход на посадку по RNP при заходе на посадку по проливу Гастино в Джуно, Аляска. Капитан Alaska Airlines Стив Фултон и капитан Хэл Андерсон разработали более 30 заходов на посадку по RNP для полетов авиакомпании на Аляске. В 2005 году Alaska Airlines стала первой авиакомпанией, которая использовала заходы на посадку по RNP в национальный аэропорт Рейгана, чтобы избежать заторов. В апреле 2009 года Alaska Airlines стала первой авиакомпанией, получившей одобрение ФАУ на валидацию собственных заходов на посадку по RNP. 6 апреля 2010 года Southwest Airlines перешла на RNP.

С 2009 года регулирующие органы Перу , Чили и Эквадора внедрили более 25 схем захода на посадку по RNP AR, разработанных совместно с LAN Airlines . Преимущества включали сокращение выбросов парниковых газов и улучшение доступности аэропортов, расположенных в гористой местности. Использование заходов на посадку RNP AR в Куско , недалеко от Мачу-Пикчу , позволило сократить количество отмен рейсов из-за ненастной погоды на 60 процентов на рейсах, выполняемых LAN.

В октябре 2011 года компании Boeing, Lion Air и Генеральный директорат гражданской авиации Индонезии выполнили проверочные полеты для проверки специально разработанных процедур Required Navigation Performance Authorization Required (RNP AR) в двух аэропортах с труднопроходимой местностью, Амбон и Манадо , Индонезия, став пионером в использование технологии точной навигации RNP в Южной Азии.

Установлено на заходах на посадку по RNP

Вдохновленная официальным документом 2011 года, ИКАО опубликовала в ноябре 2018 года стандарт «Установлено требование авторизации RNP» (EoR) для уменьшения эшелонирования параллельных взлетно-посадочных полос , улучшения транспортного потока при одновременном снижении шума, выбросов и пролетаемого расстояния. Как и в случае с Denver International , он был реализован более чем за три года в Calgary International , снизив требования к конечному заходу на посадку с 20 до 4 миль (от 32,2 до 6,4 км), прежде чем перейти к операциям на основе траектории . Поскольку 40% прибывающих самолетов оборудованы для полетов по RNP-AR, 3000 заходов на посадку по RNP-AR в месяц позволят сэкономить 33 000 миль (53 000 км), а в сочетании с непрерывным снижением сократятся выбросы парниковых газов на 2500 метрических тонн в первый год.

Описание

Qantas Боинг 737-800 вылетает по RNP из Квинстауна, Новая Зеландия

Текущие конкретные требования к системе RNP включают:

• Возможность следовать желаемой траектории с надежностью, повторяемостью и предсказуемостью, включая кривые траектории; и
• включены вертикальные профили Если для вертикального наведения , используйте вертикальные углы или конкретные ограничения по высоте для определения желаемой вертикальной траектории.

RNP APCH поддерживает все типы участков и терминаторы маршрутов, используемые в стандартной RNAV, включая TF и ​​RF. Схемы RNP AR поддерживают только два типа участков:

• Этап TF: Путь до исправления: геодезический путь между двумя исправлениями.
• RF-нога: радиус для фиксации. Это изогнутый путь, поддерживаемый позитивным руководством по курсу. Отвод RF определяется радиусом, длиной дуги и фиксацией. Не все системы FMS с поддержкой RNP поддерживают участки RF. Использование участков RF разрешено до контрольной точки финального захода на посадку. Информацию о работе RNP AR APCH см. в разделе «Требуется разрешение специального самолета и экипажа» ниже.

Возможности мониторинга производительности и оповещения могут предоставляться в различных формах в зависимости от установки, архитектуры и конфигурации системы, включая:

• отображение и индикация как требуемой, так и расчетной работоспособности навигационной системы;
• контроль работы системы и оповещение экипажа о невыполнении требований RNP; и
• Отображение поперечного отклонения от курса, масштабированное до RNP, в сочетании с отдельным контролем и оповещением о целостности навигации.

Система RNP использует свои навигационные датчики, архитектуру системы и режимы работы для удовлетворения требований навигационной спецификации RNP. Он должен выполнять проверки целостности и достоверности датчиков и данных, а также может предоставлять средства для отмены выбора определенных типов навигационных средств , чтобы предотвратить возврат к неадекватному датчику. Требования RNP могут ограничивать режимы эксплуатации воздушного судна, например, при низком RNP, где существенным фактором является летно-техническая ошибка (FTE), и выполнение экипажем ручного управления может быть не разрешено. В зависимости от предполагаемой операции или необходимости также может потребоваться установка двойной системы/датчика.

Система RNAV, способная удовлетворить требования к характеристикам спецификации RNP, называется системой RNP. Поскольку для каждой навигационной спецификации определяются конкретные требования к характеристикам, воздушное судно, одобренное для спецификации RNP, не утверждается автоматически для всех спецификаций RNAV. Аналогичным образом, воздушное судно, одобренное для использования в соответствии со спецификацией RNP или RNAV, к которому предъявляются строгие требования к точности, не автоматически допускаются для использования в соответствии с навигационной спецификацией, к которой предъявляются менее строгие требования к точности.

Обозначение

Для океанических, удаленных, маршрутных и аэродромных полетов спецификация RNP обозначается как RNP X, например RNP 4.

Спецификации навигации по заходу на посадку охватывают все сегменты захода на посадку по приборам . Спецификации RNP обозначаются с использованием RNP в качестве префикса и сокращенного текстового суффикса, например RNP APCH (для захода на посадку по RNP) или RNP AR APCH (для захода на посадку, требующего разрешения RNP).

Требования к мониторингу производительности и оповещениям

Требования к контролю за характеристиками и выдаче предупреждений для RNP 4, Basic-RNP 1 и RNP APCH имеют общую терминологию и применение. Каждая из этих спецификаций включает требования к следующим характеристикам:

• Точность : Требование к точности определяет 95% общей системной ошибки (TSE) для тех размеров, для которых указано требование точности. Требование к точности согласуется со спецификациями навигации RNAV и всегда равно значению точности. Уникальным аспектом навигационных спецификаций RNP является то, что точность является одной из контролируемых характеристик.
• Мониторинг характеристик : воздушное судно или комбинация воздушного судна и пилота должны контролировать TSE и подавать предупреждение, если требования к точности не соблюдаются или если вероятность того, что TSE в два раза превысит значение точности, превышает 10. ⁻⁵ . В той степени, в которой для удовлетворения этого требования используются эксплуатационные процедуры, порядок действий экипажа, характеристики оборудования и установка оцениваются на предмет их эффективности и эквивалентности.
• Отказы самолетов : отказы оборудования самолета рассматриваются в рамках правил летной годности. Отказы классифицируются по серьезности воздействия на уровень воздушного судна, и система должна быть спроектирована так, чтобы снизить вероятность отказа или смягчить его последствия. Рассматриваются как неисправности (оборудование работает, но не обеспечивает соответствующую мощность), так и потеря функциональности (оборудование перестает функционировать). Требования к двойной системе определяются на основе непрерывности работы (например, океанские и удаленные операции). Требования к характеристикам отказов воздушных судов не являются уникальными для навигационных спецификаций RNP.
• Неисправности сигнала в пространстве : Ответственность за характеристики навигационных сигналов в пространстве несет ПАНО.

Конечным результатом навигационных спецификаций RNP является обеспечение ограничения распределения TSE. Поскольку предполагается, что ошибка определения траектории незначительна, требования к контролю сводятся к двум другим компонентам TSE, а именно к полетно-технической ошибке (FTE) и ошибке навигационной системы (NSE). Предполагается, что FTE является эргодическим стохастический процесс в рамках заданного режима управления полетом. В результате распределение FTE является постоянным во времени в пределах данного режима управления полетом. Однако, напротив, распределение NSE меняется со временем из-за ряда меняющихся характеристик, в первую очередь:

• Выбранные навигационные датчики: навигационные датчики, используемые для оценки местоположения, такие как глобальная навигационная спутниковая система (GNSS) или DME/DME .
• Относительная геометрия положения самолета относительно вспомогательных навигационных средств. Все радионавигационные средства имеют эту базовую изменчивость, хотя конкретные характеристики изменяются. На производительность GNSS влияет относительная геометрия спутников по сравнению с самолетом. На навигационные решения DME/DME влияет угол включения между двумя DME на воздушном судне (оптимальным является 90°) и расстояние до DME, поскольку транспондер DME воздушного судна может иметь возрастающие ошибки дальности с увеличением расстояния.
• Инерциальные эталонные единицы : ошибки увеличиваются со временем с момента последнего обновления.

Применение мониторинга характеристик и оповещения самолетов

Хотя TSE может существенно меняться с течением времени по ряду причин, включая указанные выше, навигационные спецификации RNP гарантируют, что распределение TSE остается подходящим для эксплуатации. Это вытекает из двух требований, связанных с распространением TSE, а именно:

• Требование, чтобы TSE оставался равным или превышающим требуемую точность в течение 95% времени полета.
• Вероятность того, что TSE каждого самолета превысит заданный предел TSE (равный двукратному значению точности) без оповещения, составляет менее 10. ⁻⁵ .

Как правило, 10 ⁻⁵ Требование TSE накладывает более серьезные ограничения на производительность. Например, в любой системе, имеющей TSE с нормальным распределением поперечной ошибки, 10 ⁻⁵ Требование мониторинга ограничивает стандартное отклонение величиной 2 × (значение точности)/4,45 = значение точности/2,23, в то время как требование 95% позволило бы стандартному отклонению быть таким же большим, как значение точности/1,96.

Эти характеристики определяют минимальные требования, которые должны быть выполнены, но не определяют фактическое распределение TSE. Можно ожидать, что фактическое распределение TSE обычно будет лучше, чем требуется, но должны быть доказательства фактической производительности, если будет использоваться более низкое значение TSE.

При применении требований по мониторингу характеристик к воздушным судам могут наблюдаться значительные различия в способах управления отдельными ошибками:

• Некоторые системы отслеживают фактические ошибки поперек и вдоль пути по отдельности, тогда как другие отслеживают радиальную NSE, чтобы упростить мониторинг и устранить зависимость от траектории самолета, например, на основе типичных эллиптических двумерных распределений ошибок.
• Некоторые системы включают ЭПЗ в монитор, принимая текущее значение ЭПЗ в качестве смещения распределения TSE.
• Для базовых систем ГНСС точность и 10 ⁻⁵ Требования выполняются как побочный продукт требований ABAS, которые были определены в стандартах на оборудование и распределении FTE для дисплеев стандартизированного индикатора отклонения от курса (CDI).

Важно, чтобы мониторинг производительности не рассматривался как мониторинг ошибок. Предупреждение о мониторинге производительности будет выдано, если система не сможет гарантировать с достаточной достоверностью, что положение соответствует требованиям точности. Вероятной причиной выдачи такого предупреждения является потеря возможности проверки данных о местоположении (потенциальной причиной является недостаточное количество спутников). В такой ситуации наиболее вероятным положением самолета в этот момент будет именно то положение, которое указано на дисплее пилота. Если предположить, что желаемый маршрут пройден правильно, FTE будет находиться в требуемых пределах, и, следовательно, вероятность того, что TSE превысит вдвое значение точности непосредственно перед сигналом тревоги, составляет примерно 10. ⁻⁵ . Однако нельзя предполагать, что просто потому, что нет оповещения, TSE будет менее чем в два раза превышать значение точности: TSE может быть больше. Примером могут служить те самолеты, которые учитывают полную занятость на основе фиксированного распределения ошибок. Для таких систем, если FTE становится большим, система не выдает никаких предупреждений, даже если TSE во много раз превышает значение точности. По этой причине важны оперативные процедуры мониторинга ЭПЗ.

Области деятельности

Океанический и отдаленный континентальный

Океаническое и удаленное континентальное воздушное пространство в настоящее время обслуживается двумя навигационными приложениями: RNAV 10 и RNP 4. Оба в основном полагаются на GNSS для поддержки навигационного элемента воздушного пространства. В случае RNAV 10 никакой формы наблюдения ОВД не требуется. В случае RNP 4 контракт ADS используется (ADS-C).

Континентальный в пути

Континентальное воздушное пространство на маршруте в настоящее время поддерживается приложениями RNAV. RNAV 5 используется в регионах Ближнего Востока (MID) и Европы (EUR), но с 2008 года он обозначается как B-RNAV (Basic RNAV в Европе и RNP 5 на Ближнем Востоке). В Соединенных Штатах RNAV 2 поддерживает континентальное воздушное пространство на маршруте. В настоящее время континентальные приложения RNAV поддерживают спецификации воздушного пространства, которые включают радиолокационное связь между диспетчером и пилотом наблюдение и прямую голосовую .

Воздушное пространство терминала: прибытие и вылет

Существующие концепции аэродромного воздушного пространства , включающие прибытие и вылет, поддерживаются приложениями RNAV. В настоящее время они используются в Европейском регионе (EUR) и США. Применение RNAV в европейском аэродромном пространстве известно как P-RNAV (Precision RNAV). Хотя спецификация RNAV 1 имеет ту же точность навигации, что и P-RNAV, эта региональная навигационная спецификация не удовлетворяет всем требованиям спецификации RNAV 1. С 2008 года применение аэродромного воздушного пространства США, ранее известное как US RNAV Type B, было приведено в соответствие с концепцией PBN и теперь называется RNAV 1. Базовый RNP 1 был разработан в первую очередь для применения в нерадиолокационном аэродромном воздушном пространстве с низкой плотностью населения. Ожидается, что в будущем будет разработано больше применений RNP как для маршрутного, так и для аэродромного воздушного пространства.

Подход

Концепции подхода охватывают все сегменты инструментального подхода, т.е. начальный , промежуточный, окончательный и уход на второй круг . Спецификации RNP APCH требуют стандартной навигационной точности 1,0 морских миль на начальном, промежуточном и пропущенном участках и 0,3 морских миль на конечном участке. Обычно для этого этапа полета характерны три вида применения RNP: новые схемы для взлетно-посадочных полос, которые никогда не обслуживались схемами по приборам, схемы, заменяющие или служащие резервными для существующих схем по приборам, основанных на различных технологиях, и схемы, разработанные для улучшения доступа к аэропорту в требовательные среды (RNP APCH и RNP AR APCH).

Заходы на посадку по RNP до 0,3 м. миль и 0,1 м. мили в аэропорту Квинстауна в Новой Зеландии являются основными заходами на посадку, используемыми Qantas и Air New Zealand как для международных, так и для внутренних рейсов. Из-за ограничений рельефа заходы на посадку по ILS невозможны, а обычные заходы на посадку по VOR/DME имеют ограничения на снижение на высоте более 2000 футов над уровнем аэропорта. Подходы и вылеты RNP следуют по кривым траекториям ниже уровня местности.

Подход, требующий специального разрешения для воздушных судов и экипажей

Процедуры захода на посадку по приборам с использованием RNP с обязательным разрешением или RNP AR (ранее известное как «Требуется разрешение для специальных самолетов и экипажей» или SAAAR) Процедуры захода на посадку основаны на концепции NAS, основанной на характеристиках. Определены требования к характеристикам для выполнения захода на посадку, и воздушное судно аттестовано на соответствие этим требованиям. Обычные зоны оценки препятствий для наземных навигационных средств основаны на заранее определенных возможностях воздушного судна и навигационной системе. Критерии RNP AR для оценки препятствий являются гибкими и предназначены для адаптации к уникальным эксплуатационным условиям. Это позволяет выполнить заход на посадку с учетом конкретных требований к характеристикам, необходимых для процедуры захода на посадку. Эксплуатационные требования могут включать в себя обход местности и препятствий, устранение конфликтов в воздушном пространстве или устранение экологических ограничений.

RNP AR APCH определяется как схема захода на посадку по RNP, для которой требуется боковое TSE ниже стандартных значений RNP на любом участке схемы захода на посадку. Заходы на посадку по RNP включают в себя возможности, требующие разрешения специального воздушного судна и экипажа, аналогично полетам по ILS категории II/III. Все заходы на посадку по RNP AR имеют уменьшенные площади оценки боковых препятствий и вертикальные поверхности пролета препятствий в зависимости от требований к характеристикам воздушного судна и экипажа. Следующие характеристики отличаются от RNP APCH:

• Сегменты RF-ноги можно использовать после PFAF (точное определение конечного захода на посадку).
• боковые значения TSE всего 0,10 морских миль на любом участке схемы захода на посадку (начальном, промежуточном, конечном или пропущенном).

При выполнении захода на посадку по RNP AR с использованием линии минимумов менее RNP 0,3 ни одна точка отказа не может привести к потере наведения, соответствующего значению RNP, связанному с данным заходом на посадку. Как правило, самолет должен иметь как минимум два датчика GNSS, две системы управления полетом, две системы воздушных данных, два автопилота и один инерциальный опорный блок.

При выполнении захода на посадку по RNP AR с уходом на второй круг менее RNP 1,0 ни одна точка отказа не может привести к потере наведения, соответствующего значению RNP, связанному с схемой ухода на второй круг. Как правило, самолет должен иметь как минимум два датчика GNSS, две системы управления полетом, две системы воздушных данных, два автопилота и один инерциальный опорный блок.

Планирование полета

Ручное или автоматическое уведомление о квалификации воздушного судна для выполнения полетов по маршруту обслуживания воздушного движения (ОВД), по схеме или в воздушном пространстве предоставляется УВД через план полета.

См. также

• Акронимы и сокращения в авионике
• Указатель авиационных статей

Ссылки

Эта статья включает общедоступные материалы с веб-сайтов или документов Федерального авиационного управления .

Дальнейшее чтение

• «Требуемые программы повышения производительности навигации по всему миру» . GE: шаг вперед . 23 октября 2013 г.