Навигация на основе производительности

ИКАО Навигация, основанная на характеристиках ( PBN ), определяет, что требования к характеристикам навигационных характеристик (RNP) и зональной навигации (RNAV) воздушных судов должны определяться с точки зрения точности, целостности, доступности, непрерывности и функциональности, необходимых для предлагаемых операций в контексте конкретном воздушном пространстве при наличии соответствующей навигационной инфраструктуры. ^{[ 1 ]}

Описание

Исторически навигационные характеристики самолета определялись непосредственно с точки зрения датчиков (навигационных маяков и/или путевых точек ). Навигационная спецификация, включающая дополнительные требования к бортовому контролю навигационных характеристик и оповещению, называется спецификацией требуемых навигационных характеристик (RNP). Спецификация, не имеющая таких требований, называется спецификацией зональной навигации (RNAV).

Требования к характеристикам указаны в навигационных спецификациях, которые также определяют выбор навигационных датчиков и оборудования, которые могут использоваться для удовлетворения требований к характеристикам. Навигационные спецификации содержат конкретные рекомендации по реализации, способствующие глобальной гармонизации.

В рамках PBN общие навигационные требования сначала определяются на основе эксплуатационных требований. Затем органы гражданской авиации оценивают варианты в отношении имеющихся технологий и навигационных услуг. Выбранное решение будет наиболее экономически эффективным для ведомства гражданской авиации, в отличие от решения, устанавливаемого как часть эксплуатационных требований. Технология может развиваться с течением времени, не требуя пересмотра самой операции, если необходимые характеристики обеспечиваются системами RNAV или RNP.

PBN предлагает ряд преимуществ по сравнению с методом определения воздушного пространства и критериев пролета препятствий, основанным на использовании датчиков:

снижает необходимость поддержания маршрутов и процедур для конкретных датчиков, а также их затраты. Например, перемещение одного VOR может повлиять на десятки схем, поскольку VOR может использоваться на маршрутах, заходах на посадку по VOR , уходе на второй круг и т. д. Добавление новых процедур, ориентированных на конкретные датчики, усугубит эти затраты, а быстрый рост доступных навигационных систем приведет к увеличению затрат. вскоре сделают маршруты и процедуры, предназначенные для конкретных датчиков, недоступными;
позволяет избежать необходимости разработки операций с конкретными датчиками при каждой новой эволюции навигационных систем, что было бы непомерно дорого. Ожидается, что расширение услуг спутниковой навигации будет способствовать сохранению разнообразия систем RNP и RNAV на различных воздушных судах. Исходное базовое оборудование глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) развивается благодаря развитию дополнительных систем, таких как спутниковые системы функционального дополнения (SBAS), наземные системы функционального дополнения (GBAS) и наземные региональные системы функционального дополнения (GBAS), в то время как внедрение системы Galileo (GPS) США и модернизация системы глобального позиционирования и российской глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС) еще больше улучшат характеристики GNSS. использование ГНСС/ инерциальной интеграции; Также расширяется
позволяет более эффективно использовать воздушное пространство (размещение маршрутов, топливная экономичность и снижение шума );
поясняет, как используются системы RNAV; и
облегчает процесс эксплуатационного одобрения для властей гражданской авиации , предоставляя ограниченный набор навигационных спецификаций, предназначенных для глобального использования.

В воздушном пространстве на требования PBN будут влиять условия связи, наблюдения и управления воздушным движением (УВД), инфраструктура навигационных средств , а также функциональные и эксплуатационные возможности, необходимые для удовлетворения требований ОрВД. Требования к характеристикам PBN также зависят от того, какие средства навигации без использования RNAV имеются в наличии и какая степень резервирования требуется для обеспечения адекватной непрерывности полетов.

Для достижения повышения эффективности и пропускной способности, частично обеспечиваемого RNAV и RNP, ФАУ будет продолжать использовать средства передачи данных и расширенные функции наблюдения . ^{[ 2 ]}

Фон

Методы и спецификации зональной навигации начали развиваться на региональном уровне без общего руководства ИКАО. Следовательно, это означало, что такие термины и определения, как «RNAV» и «RNP», имели несколько разные значения в разных регионах мира, и даже другие термины могли использоваться на местном уровне. Примером этого является термин «P-RNAV» (Precision RNAV), который до сих пор используется в Европе (2019 г.), который в других местах называется «RNAV 1».

Термины RNAV и RNP использовались ранее с небольшими функциональными различиями. RNP требовал определенного уровня характеристик, но не пытался определить, как его гарантировать.

Навигация, основанная на характеристиках (PBN), представляет собой инициативу ИКАО по стандартизации терминологии, спецификаций и значений. Одним из примеров является стандартизация терминологии, используемой в отношении APV (подходы с вертикальным наведением). Все APV до недавнего времени обозначались как заходы на посадку по RNAV, хотя на самом деле это заходы на посадку по RNP с точки зрения реализации PBN. Все APV требуют бортового мониторинга производительности и оповещения, поэтому система не только способна обеспечивать навигацию с необходимой степенью точности, но также должна постоянно контролировать производительность и быть способна предупреждать пилота, если ее производительность падает ниже требуемой. требуется.

Эти подходы имели некоторые запутанные названия и обозначения на схемах, и в настоящее время переход проводится во всех государствах-членах. Два типа заходов на посадку с использованием RNAV традиционно называются RNAV (GNSS) и RNAV (RNP) соответственно, причем первый представляет собой традиционный заход на посадку с прямым заходом на посадку от контрольной точки захода на посадку, а второй представляет собой более сложный заход на посадку с поворотами в направлении в горизонтальной плоскости после конечной точки захода на посадку, для начала которой требуется разрешение ( AR = Требуется авторизация ). Правильным названием и обозначением этих заходов на посадку при реализации PBN являются RNP и RNP AR соответственно. Изображения справа показывают названия используемых в настоящее время карт и то, как они будут выглядеть в PBN. ^{[ 3 ]}

Влияние на планирование воздушного пространства

Когда минимумы эшелонирования и расстояние между маршрутами определяются с использованием традиционного подхода на основе датчиков, данные навигационных характеристик, используемые для определения минимумов эшелонирования или расстояния между маршрутами, зависят от точности необработанных данных от конкретных навигационных средств, таких как VOR, DME или NDB . Напротив, для PBN требуется система RNAV, которая объединяет необработанные навигационные данные для обеспечения решения по определению местоположения и навигации. При определении минимумов эшелонирования и расстояния между маршрутами используются «выходные данные» интегрированных навигационных характеристик.

Навигационные характеристики, требуемые от системы RNAV, являются частью навигационной спецификации. Для определения минимумов эшелонирования и интервала маршрутов специалисты по планированию воздушного пространства полностью используют ту часть навигационной спецификации, которая описывает характеристики, требуемые от системы RNAV. Планировщики воздушного пространства также используют необходимые характеристики (точность, целостность, доступность и непрерывность) для определения интервала между маршрутами и минимумов эшелонирования.

в процедурно контролируемом воздушном пространстве Ожидается, что минимумы эшелонирования и интервалы между маршрутами, указанные в спецификациях RNP, дадут большую выгоду, чем те, которые основаны на спецификациях RNAV. Это связано с тем, что бортовая функция мониторинга производительности и оповещения может смягчить отсутствие службы наблюдения ОВД, предоставив альтернативные средства снижения риска.

Переход на PBN

Ожидается, что все будущие применения RNAV и RNP будут определять навигационные требования посредством использования технических характеристик, а не определения конкретных навигационных датчиков.

Долина Мексики станет первой в Мексике, где будет использоваться навигационная система, основанная на характеристиках, что позволит новому международному аэропорту Фелипе Анхелес , международному аэропорту Мехико и международному аэропорту Толука работать одновременно, без каких-либо помех. те из других. ^{[ 4 ]}

Объем

По причинам, связанным с предыдущей концепцией RNP, PBN в настоящее время ограничивается полетами с требованиями к линейным поперечным характеристикам и временными ограничениями. По этой причине полеты с требованиями к угловым боковым характеристикам (т. е. операции захода на посадку и посадки с вертикальным наведением GNSS — процедура захода на посадку с вертикальным наведением APV-I и APV-II), а также система посадки по приборам (ILS) и микроволновая система посадки (MLS) ) не рассматриваются. В отличие от бокового мониторинга и пролета препятствий, для барометрических систем VNAV не выдается оповещение о вертикальной ошибке, а также не существует двукратной зависимости между требуемой общей точностью системы 95% и пределом производительности. Следовательно, барометрический VNAV не считается вертикальным RNP.

Встроенный мониторинг производительности и оповещение

Бортовой мониторинг характеристик и оповещение являются основным элементом, определяющим, соответствует ли навигационная система требуемому уровню безопасности, связанному с применением RNP. Это касается характеристик как боковой, так и продольной навигации; и это позволяет экипажу обнаружить, что навигационная система не достигает или не может гарантировать 10 ⁻⁵ целостность, навигационные характеристики, необходимые для работы.

Системы RNP обеспечивают улучшение целостности операций. Это может позволить сократить расстояние между маршрутами и обеспечить достаточную целостность, позволяющую использовать только системы RNAV для навигации в конкретном воздушном пространстве. Таким образом, использование систем RNP может обеспечить значительные преимущества в области безопасности, эксплуатации и эффективности.

Бортовые возможности мониторинга характеристик и оповещения удовлетворяют две потребности: одну на борту самолета и одну в рамках конструкции воздушного пространства. Обеспечение работоспособности бортовых систем подразумевается при выполнении полетов по RNAV. В соответствии с существующими критериями летной годности системы RNAV должны демонстрировать только запланированные функции и характеристики с использованием четких требований, которые интерпретируются широко. В результате, хотя номинальные характеристики системы RNAV могут быть очень хорошими, они характеризуются изменчивостью функциональных возможностей системы и связанных с ними летных характеристик. Системы RNP предоставляют средства для минимизации изменчивости и обеспечения надежных, повторяемых и предсказуемых полетов.

Бортовой контроль характеристик и оповещение позволяют летному экипажу определить, удовлетворяет ли система RNP навигационным характеристикам, требуемым в навигационной спецификации. Бортовой мониторинг характеристик и оповещения касаются характеристик как боковой, так и продольной навигации.

Бортовой мониторинг производительности и оповещение касаются работы системы зональной навигации.

«на борту» явно означает, что мониторинг характеристик и оповещение осуществляются на борту воздушного судна, а не где-либо еще, например, с использованием наземного монитора соблюдения маршрута или наблюдения УВД. Элемент мониторинга бортовых характеристик и оповещения относится к пилотно-техническим ошибкам (FTE) и ошибкам навигационной системы (NSE). Ошибка определения пути (PDE) ограничивается целостностью базы данных и функциональными требованиями на определенном пути и считается незначительной.
«мониторинг» относится к мониторингу характеристик летательного аппарата в отношении его способности определять ошибку позиционирования и/или следовать по желаемому маршруту.
«Оповещение» относится к мониторингу: если навигационная система самолета работает недостаточно хорошо, об этом будет сообщено летному экипажу.

Специальные функции RNAV и RNP

Производство полетов, основанное на характеристиках, основано на способности обеспечивать надежные, повторяемые и предсказуемые траектории полета для повышения пропускной способности и эффективности запланированных операций. Для осуществления полетов, основанных на характеристиках, требуются не только функции, традиционно обеспечиваемые системой RNAV, но также могут потребоваться специальные функции для совершенствования процедур, воздушного пространства и операций воздушного движения. В эту категорию попадают возможности системы для установленных траекторий с фиксированным радиусом, ожидания по RNAV или RNP и бокового смещения.

Пути фиксированного радиуса

Траектории фиксированного радиуса (FRP) имеют две формы:

Тип участка радиуса фиксации (RF) является одним из типов участка, который следует использовать, когда существует требование определенного радиуса криволинейной траектории в аэродроме или схеме захода на посадку. Нога RF определяется радиусом, длиной дуги и фиксацией. Системы RNP, поддерживающие этот тип участка, обеспечивают такую же возможность обеспечения точности выдерживания пути во время разворота, как и на участках прямой линии. При разработке схемы учитываются пределы угла крена для различных типов воздушных судов и ветра на высоте.
переход с фиксированным радиусом (FRT) предназначен для использования в процедурах на маршруте. Эти развороты имеют два возможных радиуса: 22,5 морских миль для на большой высоте маршрутов (выше эшелона полета 195) и 15 морских миль для маршрутов на малой высоте. Использование таких элементов траектории в маршруте RNAV позволяет улучшить использование воздушного пространства за счет близко расположенных параллельных маршрутов.

Пролетные повороты

Развороты при пролете являются ключевой характеристикой траектории полета RNAV. Система RNAV использует информацию о скорости самолета, угле крена, ветре и изменении угла пути для расчета разворота траектории полета, который плавно переходит от одного участка траектории к другому. Однако поскольку параметры, влияющие на радиус разворота, могут различаться от одной плоскости к другой, а также из-за изменения условий скорости и ветра, точка начала разворота и площадь разворота могут различаться.

Схема удержания

Система RNAV облегчает определение схемы ожидания , позволяя определять курс приближения к точке маршрута ожидания , направление разворота и время или расстояние на прямых участках, а также возможность планировать выход из зоны ожидания. Для систем RNP возможно дальнейшее улучшение режима ожидания. Эти улучшения RNP включают вход в зону ожидания при пролете, что сводит к минимуму необходимое защищенное воздушное пространство на стороне схемы ожидания, где нет ожидания, в соответствии с предусмотренными ограничениями RNP. В случае применения режима ожидания RNP рекомендуется использовать максимум RNP 1, поскольку менее строгие значения отрицательно влияют на использование и конструкцию воздушного пространства.

Смещенная траектория полета

Системы RNAV могут предоставить летному экипажу возможность указать боковое смещение от заданного маршрута. Как правило, боковые смещения могут указываться с шагом от 1 до 20 морских миль. Когда в системе RNAV активировано боковое смещение, воздушное судно с RNAV покидает заданный маршрут и обычно пересекает смещение под углом 45° или меньше. При отмене смещения воздушное судно возвращается на заданный маршрут аналогичным образом. Такие смещения можно использовать как стратегически, т. е. с фиксированным смещением по длине маршрута, так и тактически, т. е. временно. Большинство систем RNAV прекращают смещение в зоне аэродрома или в начале схемы захода на посадку, в режиме ожидания RNAV или во время изменения курса на 90° или более.

Минимальные характеристики навигационных характеристик

Воздушные суда, работающие в воздушном пространстве Северной Атлантики, должны соответствовать минимальным требованиям к навигационным характеристикам (MNPS). Спецификация MNPS была намеренно исключена из PBN из-за ее обязательного характера и того, что будущие реализации MNPS не предусмотрены. ^{[ 5 ]}

Будущие разработки

Вполне вероятно, что навигационные приложения перейдут от двухмерных к трехмерным/четырехмерным приложениям, хотя временные рамки и эксплуатационные требования в настоящее время определить трудно. Следовательно, бортовой контроль характеристик и оповещение еще предстоит разработать в вертикальной плоскости (вертикальный RNP), и текущая работа направлена на гармонизацию требований к продольным и линейным характеристикам. Требования к угловым характеристикам, связанные с заходом на посадку и посадкой, будут включены в сферу применения PBN в будущем. Аналогично, также могут быть включены спецификации для поддержки функциональных требований к навигации и ожиданию, специфичным для вертолета.

См. также

Указатель авиационных статей

Ссылки

^ ИКАО. Doc 9613, Руководство по навигации, основанной на характеристиках (PBN) , 2008 г. ISBN 978-92-9231-198-8
^ ФАУ. Дорожная карта навигации, основанной на характеристиках: эволюция зональной навигации (RNAV) и требуемые возможности навигационных характеристик (RNP) на 2006–2025 годы . 2006.
^ «Что такое PBN» . О домене. 23 июня 2023 г. Проверено 19 мая 2023 г.
^ Эдуардо Мурильо (29 января 2020 г.). «Аэропорт Санта-Люсии будет оснащен новейшими технологиями » . Ла Хорнада (на испанском языке) . Проверено 30 января 2020 г.
^ Требования к MNPS изложены в Сводном инструктивном и информационном материале по аэронавигации в Североатлантическом регионе (NAT Doc 001) (доступно по адресу [1] ).

Внешние ссылки

Боинг. Эксплуатационные преимущества навигации, основанной на характеристиках, 2008.

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

[1] ИКАО. Doc 9613, Руководство по навигации, основанной на характеристиках (PBN) , 2008 г. ISBN 978-92-9231-198-8

[2] ФАУ. Дорожная карта навигации, основанной на характеристиках: эволюция зональной навигации (RNAV) и требуемые возможности навигационных характеристик (RNP) на 2006–2025 годы . 2006.

[3] «Что такое PBN» . О домене. 23 июня 2023 г. Проверено 19 мая 2023 г.

[4] Эдуардо Мурильо (29 января 2020 г.). «Аэропорт Санта-Люсии будет оснащен новейшими технологиями » . Ла Хорнада (на испанском языке) . Проверено 30 января 2020 г.

[5] Требования к MNPS изложены в Сводном инструктивном и информационном материале по аэронавигации в Североатлантическом регионе (NAT Doc 001) (доступно по адресу [1] ).

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]