新航行系统复习资料

第 1 页 VOR omni directional ranging DME distance measurement equipment NDB non directional beacon VHF 1 新航行系统 新航行系统 新航行系统是基于卫星技术为基本特征的全球新通信导航监视和空中交通管理系统 导航 是系统的核心 通信是系统的必要条件 监视是安全保障的手段 CNS ATM 系统 2 导航导航 导航是引导航行的意思 也就是引导舰船 飞机等运载体按照预定的要求进行航行的过程 CNS ATM 系统中的导航系统是通过引入星基导航系统来提供全球精确 可靠和无隙的定 位服务 3 RNAV RNP Required navigation performance Area navigation RNP 定义为在一条指定的航线上 飞机在一个给定的概率上保持的最大偏差值 RNP 是对规定空域内导航性能精度的一种表示 综合了导航传感器误差 机载接收机误差 显示误差和飞行技术等误差 航路 RNP 类型可以由单一的精度数值确定 该值被定义为某一特定包容面内所需的最低导 航性能精度 区域导航 RNAV 是一种导航方法 允许飞机在台基导航设备的基准台覆盖范围内或自 主导航设备能力限度内 或两者配合下按任何希望的飞行路径运行 4 ATN Aeronautical telecommunications network 新航行系统将形成的航空电信网 ATN 是适应航空计算机应用的发展和航空管理自动化 的需求而组成的空地一体化的数据信息交换网络 5 ADS 和和 ADS B Automatic dependent surverllance broadcast addressed contract panel report 自动相关监视 ADS 是用飞机机载自主导航设备提供得信息监视飞机运行得一种技术 是一种全新得监视系统 它将改变过去沿用得使用地面设备或地面计算来监视飞机活动的 方法 Automatic 是指飞机上的各种信息是自动发送 自动收集处理 自动显示的 Dependent 是指监视要依据飞机提供的各种飞行信息 ADS 空地系统分为三个部分 即空中系统 传输系统和地面用户系统 广播式自动相关技术 ADS B 是 ADS 技术的一个扩展 包括向多架飞机或多个 ATM 部 门广播位置信息 装备 ADS B 的每架飞机或地面设备都周期性的广播其位置和其他从机载 设备推算的有关数据 任何用户 无论是飞机上的还是地面上的 只要在广播覆盖范围内 都能处理这个信息 6 ACRAS 欧洲航空体系称为 ACAS Airborne Collision Avoidance System 机载防撞系统 美国航空体系称为 TCAS Traffic Alert and Collision Avoidance System 空中交通警告防 撞系统 TCAS 与 ACAS 实际上的含义和功能是一致的 机载防撞系统分为两类 TCAS ACAS 和 TCAS ACAS TCAS ACAS 只有交通咨询信息 TA 而没有分析咨询信息 RA TCAS ACAS 同时具备交通咨询信息 TA 和分析咨询信息 RA 同时在 RA 方 第 2 页 式下具备语音提示 七十年代 美国 ARINC 公司开发了一种 VHF 地空数据链 命名为 ACARS The aircraft communication addressing and reporting system 即飞机通信寻址与报告系统 7 数据链数据链 在一条线路了上传输数据中 出物理线路外 还包括一些必要的的给程来控制这些数据的 传输 吧实现这些规程的硬件和软件加到链路上就构成数据链 如果采用复用技术 一条 链路可等效为多条数据链路 因此数据链又称为逻辑链路 8 仪表进近 仪表进近 根据飞行仪表提供的信息 对障碍物保持固定的超障余度所进行的一系列预定的机动飞行 9 调制 对信号源的信息进行处理加到载波上 使其变为适合于信道传输的形式的过程 10 间隔标准 满足最低安全水平要求的间隔值 我们称之为间隔标准 11 GNSS Global Navigation Satellite System 全球卫星导航系统是新一代星基无线电卫星导航系统 可实现高精度定位 12 卫星通信 卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波 在两个或多个地球站之间进行 的通信 13 空域 根据飞行训练和作战的需要而划定的一定范围的空间 通常以明显地标或导航台为标志 12 INMARSAT 海事卫星通信系统具有广播特性和大面积覆盖 通信质量高等优点 是 适合海事通信用的一种理想的通信手段 P15 13 OSI 模型模型 reference model of open system interconnection 模型是国际标准化组织与 1980 年公布的 非协议文件 提供了将网络功能分层的建议 便于协议标准的开发 物理层 数 据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 14 CPDLC 管制员飞行员数据链通信系统管制员飞行员数据链通信系统 是一种终端系统控制台 直接连接至新航行系 统的网关系统 网关用于空地数据链网络的通信和报文处理 P114 15 WGS 84 坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系 是一种协议地球坐标系 p56 17 ATFM 空中交通流量管理 保障空中交通安全 有序和迅速流动的一种服务 确保最大 限度地利用 ATC 的容量 并使交通量与 ATS 当局宣布的容量相一致 18 RVSM 缩小垂直间隔 19 ATFM 的战略规划的战略规划 在行动生效日一天以前执行的措施 战略规划一般会提前进行 通 常在二到六个月之前 属于新航行系统数据通信媒体的是航空移动卫星数据链 新航行系统的组成部分 新航行系统是一个以星基为主的全球通信 导航 监视加上自动 化的空中交通管理的系统 主要由通信 C 导航 N 监视 S 和空中交通管理 ATM 组成 其中 CNS 是硬件 ATM 是软件 导航系统的主要特征 根据 所需导航性能 RNP 的规定 逐步推行区域导航 RNAV 能力 全球卫星导航系统 GNSS 将提供全球范围的覆盖并用于对飞机的精密进近的引 导 微波着陆系统 MLS 将在精密进近和着陆引导方面代替仪表着陆系统 ILS 无方 向性导航台 NDB 和全向信标及测距仪 VOR DME 将逐步取消 16 增强型近地告警系统增强型近地告警系统 以地理信息系统为平台的系统 可以为飞机在最后进近和着陆阶 段提供安全保障 第 3 页 甚高频全向信标系统 VOR 的功能 利用两个 VOR 台或利用一个 VOR 台和一个 DME 台组合确定飞机的位置 利用航路上的 VOR 台引导飞机沿航线飞行 终端引导飞机进场 和作非精密进近 ILS 的作用 ILS Instrument Landing System 又称为盲降 因为仪表着陆系统能在低天 气标准或飞行员看不到任何目视参考的天气下 引导飞机进近着陆 仪表着陆系统是飞机 进近和着陆引导的国际标准系统 主要为飞机在最后进近阶段提供航向道和下滑道信号 引导飞机沿预定的下滑线进近着陆 ACRAS 组成 机载设备 主要是一个 ACARS 管理单元 MU 地面设备 主要是与机载 ACARS 设备对应的 VHF 远端地面站 RGS 网络管理与数据处理中心 用于保证多个用 户的信息共享 CNS ASM 系统的主要特征系统的主要特征 通信 1 VHF 话音和数据通信将继续在一些陆地区域和机场区域使用 2 在高密度空域 二次雷达 S 模式数据链路将用于空中交通服务 3 至少在世界上大部分地区具有卫星数据和话音通信能力 初期短波通信可能还得保 留在极区使用 直至在该地区可以使用卫星通信为止 4 在终端用户之间通过不同的地空和地面通信链路进行的数字化数据分组交换由航空 电信网 ATN 提供 导航 1 根据 所需导航性能 RNP 的规定 逐步推行区域导航 RNAV 能力 2 全球卫星导航系统 GNSS 将提供全球范围的覆盖并用于对飞机的精密进近的引 导 3 微波着陆系统 MLS 将在精密进近和着陆引导方面代替仪表着陆系统 ILS 4 无方向性导航台 NDB 和全向信标及测距仪 VOR DME 将逐步取消 监视 二次雷达 A C S 模式将用于终端区域和高密度陆地空域 自动相关监视 ADS 将广泛使用并由二次雷达作补充 一次雷达的使用将减少 铱星的轨道高度是铱星的轨道高度是 765km 地球轨道半径是 地球轨道半径是 6378km 开普勒常数是开普勒常数是 计算一颗卫星两 计算一颗卫星两 次飞越南极的时间间隔 次飞越南极的时间间隔 现行航行系统不足之处 精度低 可靠性差 全球难以以统一方式运作 通信采用话音而 缺少空地数字数据交换系统 这就导致传输速度慢 多信宿的限制 易出错 业务种类的 限制等缺陷 现行的 CNS 难以适应飞机架次及流量的增加 星通信系统的工作原理 从一个地面站发出无线电信号 这个微弱的信号被卫星通信天线 接收后 首先在通信转发器中进行放大 变频和功率放大 最后再由卫星的通信天线把放 大后的无线电波重新发向另一个地面站 从而实现两个地面站或多个地面站的远距离通信 区域导航的应用航路 固定航路 在该区域内公布的永久性航路 航路上缺乏导航信号源 进行航迹制导 只能由具有 RNAV 能力的飞机作 RNAV 运行 偶用航路 在该区域内公 布的短期性 RNAV 航路 只在遇到不寻常的事件 临时需要时选用 随机航路 非公布航 路 在指定的 RNAV 区域内 由飞行计划自行确定的航路 终端区航路 包括 RNAV 标 准到达程序 RNAV 进近程序 RNAV 标准离场程序 RNAV 等待程序等 C 第 4 页 二次雷达二次雷达 S 模式数据链询问信号的种类和模式数据链询问信号的种类和 S 模式应答机对各种询问信号的回答信号形式模式应答机对各种询问信号的回答信号形式 卫星通信的组成及卫星通信线路的组成 卫星通信的组成及卫星通信线路的组成 卫星通信系统组成 通信卫星 地球站 跟踪遥测及指令系统和监控管理系统 卫星通信线路 发端地球站 上行传播路径 通信卫星转发器 下行传播路径和接收端地 球站组成 未来 ATM 的目标 为适应用户优选的飞行剖面提供更大的灵活性和有效性 改善现有的 安全水平 适应于各种类型的飞机和机场能力 改善向用户提供的信息 包括气象条件 交通状况和设备可用性 根据 的规定和程序组织空域 增加用户参与 的决断 包括空 地以计算机对话方式协商飞行计划 增加容量满足空中交通的未来需求 二次雷达系统相对于一次雷达的特点 发射功率较小 二次雷达的工作与飞机的反射面积 无关 对同样工作距离 二次雷达地面发射功率比一次雷达小得多 不存在目标闪烁现象 二次雷达回波是由机载应答机主动辐射的信号形成 不是目标反射能量形成 因而与目标 的反射面积无关 干扰杂波较少 提供的信息丰富 可提供距离和方位信息 飞机代码信 息和飞机气压高度信息 卫星通信系统的组成及卫星通信线路的组成 卫星通信系统组成 通信卫星 地球站 跟 踪遥测及指令系统和监控管理系统 卫星通信线路 发端地球站 上行传播路径 通信卫 星转发器 下行传播路径和接收端地球站组成 影响间隔标准制定的因素 位置偏差 估计偏差 操作误差 通信延迟 时钟误差 人为 误差 缓冲区 中国实施 CNS ATM 系统的总体指导原则 履行国际民航公约的义务和权利 中国在其管 辖的空域中行使和强化安全规则的权利不得受到侵犯 在未来高度现代化的星基系统中 中国将要履行的权利不得受到侵犯 遵循 ICAO 按照国际民航公约建立的全球协调的 CNS ATM 过渡计划和实施指导原则 在以卫星为基础的全球 区域和国家系统中 要求 卫星服务提供者保证向国家用户 航空用户和其他用户收取费用的合理性 新航行系统所 提供的设备必须符合中国民航总局颁布的适航标准 新航行系统的发展新航行系统的发展 1983 年底成立了一个未来空中航行系统 FANS 专门委员会 FANS 委员会的任务 是研究 确定和评估包括卫星通信和导航等新技术的应用 为今后 25 年民用航空航行系统 的未来发展提出建议 1988 年 5 月在 FANS 第 4 次会议上提交了一份总结报告 建议国际民航组织采纳主 要基于卫星技术 CNS ATM 系统 同时向 ICAO 理事会建议 应成立一个新的委员会 以便就发展和过渡规划的整体监督和协调提出咨询意见 确保未来 CNS ATM 系统在全 球范围内 以最有效益的方式 以及在各航行系统之间和不同地理区域之间取得平衡的途 径下实现 1989 年 7 月成立了未来航行系统发展与过渡规划监督和协调 简称 FANS 委员 会 负责制订 FANS 系统的实施计划和过渡安排 1991 年 9 月 来自 85 个国家 13 个国际组织的 450 位代表聚集在加拿大蒙特利尔 ICAO 总部 参加第 10 次航行会议 通过 FANS 方案 即 CNS ATM 系统 包含了一系 列复杂的相互关联技术 而且其大部分依赖于卫星技术 达成对 CNS ATM 系统的认可 标志着国际民用航空一个新时代的开始 为在全世界范围与新系统的规划和实施有关的许 多活动铺平道路 第 5 页 1992 年 10 月得到 ICAO 第 29 届大会批准 FANS 的方案 1993 年 10 月 FANS 专门委员会在第 4 次会议上宣布完成了历史使命 从而全球转 入实施未来航行系统的阶段 改称为 国际民航组织的 CNS ATM 系统 简称 新航行系 统 此次会议公布了两个典范性文件 一是 新航行系统 总论 一是带有时间进程的 新 航行系统全球过渡协调计划 1995 年 5 月成立了一个 CNS ATM 系统实施委员会 该委员会是今后指导新航行系统 实施的 ICAO 最高机构 N GPS 定位原理 定位原理 距离测量 以伪码全 1 状态作为时间标记点 比较拗本地码与本地基准伪码的全 1 状态起点 可 以测得电波传播延迟 t 求得卫星到用户的距离 多星定位 Ri r Di 四个卫星四个方程 GNSS 的增强方法和每种方法的内涵的增强方法和每种方法的内涵 机载增强 1 一种机载增强 ABAS 类型被称为接受机自治完好性监控 RAIM 如果视界内有多 于 4 颗卫星构成适合的几何图形 就能使用 RAIM 当视界内有 5 颗卫星时 可以计算出 5 个独立的位置 如果这 5 个位置不匹配 那么就能推断出至少有一颗卫星正在给出错误 的信息 如果视界内 6 颗甚至更多的卫星 就能计算出更多的独立位置 那么接受机就可 以从定位计算中判别失效卫星并排除它 2 还可实现其它类型的机载增强 一般称其为飞机自治完好性监控 AAIM 例如 在飞机做机动飞行 卫星导航天线被遮挡的短时间内或在视界内卫星数量不够时 惯性导 航系统可作为 GNSS 的辅助设备 其它的增强技术 特别是适用于改善导航功能可用性的 技术 还包括高度表辅助 更精确的时间信息源或采用滤波技术与其它传感器进行组合等 陆基增强 GPS 的标准定位服务提供 100 米的定位精度 但如果采取差分 GPS 技术 可得到 5 10 米的定位精度 差分 GPS 是在已知位置的地方 差分台 用 GPS 接收 机接收卫星信号 监测 GPS 系统的误差 并按规定的时间间隔 定时地把误差值 校正量 等数据播发出去 用户利用收到的信息 对观测值进行校正 陆基 也指局域 增强系统 GBAS 的一个监测站是设在希望作精密飞行的 机场或其周围 信号直接发送给机场周围 大约 37 公里 20 海里 的飞机 这些信 号包括提高局域范围内飞机位置精度的修正信息和卫星完好性信息 并需要由地面 和飞机间的数据链完成 星基增强 使用陆基系统提供所有飞行阶段的覆盖是不实际的 一种可以解决大面 积增强覆盖的方法是利用卫星发射增强信息 我们称之为星基增强 SBAS 也指广 域或地区增强 静地卫星提供的星基增强有一定的局限性 这是由于卫星轨道设在赤道 上空 卫星信号在极区不可用 而且信号还可能被飞机或地形所遮盖 因此不能期 望利用星极增强手段就可以支持所有飞行阶段 特别是精密进近和更高等级的着陆 为了减少这些缺陷 建议必须考虑其他轨道的 GNSS 增强卫星和 或 陆基增强手段 简述陆基增强系统和星基增强系统组成 简述陆基增强系统和星基增强系统组成 第 6 页 区域导航的定义和特征区域导航的定义和特征 定义 是一种导航方法 允许飞机在台基导航设备的基准台覆盖范围内或自主导航设 备能力限度内 或两者配合下按任何希望的飞行路径运行 特征 在航路结构上 RNAV 航线的航路点是脱离导航台址自行定义的 可以是任 何地理位置点 在定位方法上 RNAV 必须确定出飞机在地球上的绝对位置 地理坐标的经 纬度 RNAV 也必须将飞行计划转换到航线坐标上 并算出向前方航路点 已飞行的距离或待飞行的距离 和航迹的侧向偏离 这种计算应该在大圆航 线上进行 今天的导航计算机可以结合在机载导航设备内部 也可以在外部 如导航管 理系统 NMS 性能管理系统 PMS 飞行管理系统 FMS 等 其计算 机大都有 RNAV 能力 按照大圆航线制导飞行 即都能和自动驾驶仪 和显 示系统耦合 将航线偏离和驾驶指令送给自动驾驶仪 实现自动制导和监视 传统导航的航路宽度是 50 公里 航线两侧各 25 公里 区域导航分为基本 RNAV 10 海里 航线两侧各 5 海里 和精密 RNAV 4 海里 航线两侧各 2 海里 纵向间隔 传统导航 海洋 20 分钟 陆地 10 分钟 区域导航 海洋 80 海里 陆地 30 海里 区域导航的效益优势区域导航的效益优势 1 城市间可以建立路途更短的径直航线 缩短飞行距离和时间 节约燃油和飞行成本 2 除公布的固定航路和偶用航路外 还可以采用随机航路 增加了航路选择的灵活性 3 允许建立平行或双线航路 提高空域的利用率和交通流量 4 导航精度提高 可减小纵向和侧向 缩小航路宽度 间隔提高空域的利用率和交通 流量 5 利用全球导航设备 可以在洋区和边远地区实施区域导航飞行 因而在这些地区可 以建立更多的航线和随时增辟航线 在全面实行区域导航后 可以逐步撤消导航台 从而节约大量设备投资和维护费用 S TCAS 2 系统的组成和功能系统的组成和功能 TCAS 有两种类型 TCAS 由 TCAS 天线 一个 A C 模式应答机和 TCAS 处理器组成 功率低 距离短 TCAS TCAS 天线 TCAS 收发组 S 模式应答机 L 频段无线 控制盒和显示器 功能 系统通过接受 处理其他飞机应答机的应答信号 是飞机能够保持在一定范围内监视能 力 监视范围以飞机为中心 半径为 14 海里的球体内一个值 表示在监视范围内机组需要 辨别碰撞威胁和采取逃避碰撞操作所需的最小时间 TCAS 系统提供垂直的修正或预防措施的咨询 在监视范围内提供飞机的航向距离和高 度信息 跟踪并显示对 TCAS 询问作响应的飞机 该系统提供两种不同类型的咨询 警告 即修正的交通谘询 TA 和采取紧急措施的分析咨询 RA TA 通知驾驶员对现时飞行 航道给以警告 RA 通知机组立即采取操纵飞机逃避的最短时间 以防止发生碰撞 TA 的 第 7 页 显示是告知机组在监视范围内所出现的飞机 RA 为机组提供回避碰撞的功能 装有装有 TCAS 2 的飞机与装有不同应答设备的飞机发生冲突时可以各自得到什么样的的飞机与装有不同应答设备的飞机发生冲突时可以各自得到什么样的 RA 装有 S 模式 TCAS2 系统的飞机 可获得相互配合和分析咨询 装有 TCAS1 的飞机响应 只能获得分析咨询 不能获得相互配合的功能 对装有 A C 模式 可报告高度的 应答机的飞机响应 也能获得分析咨询 对只装有 A 模式应答机的飞机响应 只能获得交通资讯 T A 对地面 S 模式雷达则可提供分析咨询报文和传输安全高度命令 对地面 S 模式询问机的接收机 则可提供 TCAS2 飞机所发送的分析咨询 RA 广播报 文 实施实施 ADS 需要哪些基础需要哪些基础 a 由机载导航设备提供位置数据 b 1 秒 UTC 以内的报文时间标记 c 空 地数据链路了 d 为 ATC 提供信息的地面基础设施 e 适合的空中交通服务程序 实施实施 ADS 后 将会出现哪些新的变化后 将会出现哪些新的变化 实施 ADS 具有以下优点 1 在飞雷达环境下 如 海洋 沙漠 高山等地区提供进近雷达监视手段 2 飞机自动发送位置报 减少陆空对话次数 减轻管制员的工作负荷 3 减少间隔 提高空域利用率 4 导航能力和位置报告能力的增加 可用最佳飞行剖面和径直飞行 提高航空公司的 经济效益 同时可以灵活指挥飞机的飞行 5 卫星通信传输监视信息 管制中心的设立不受地点 数目的限制 另外 与雷达监视相比 ADS 技术成本低 可节省大量的设备建设投资 详细讲述未来的空域管理将会包括那些内容 详细讲述未来的空域管理将会包括那些内容 主要内容转向空域结构的战略规划功能和灵活使用空域 与现行的空管系统相比 新航行系统有哪些特点 与现行的空管系统相比 新航行系统有哪些特点 1 具有充分的覆盖性 不受山区 沙漠和海洋的限制 能随时准确掌握空情 从而 大大提高飞行安全和空域利用率 飞机可以灵活选择最佳的航线飞行 节约飞行时间和油 料消耗 2 能够充分利用信息资源 实现一定程度上的集中管理 发挥流量管理中心和管制 中心计算机的自动数据处理能力 也有利于航行系统实现全球统一协调运行 提高飞机的 自治飞行能力 3 大大减少地面空管设施的数量 大幅度降低建设和维护费用 空域结构的战略规划 在任何给定那个的空域确定 ATM 所需的通讯 导航和监视要求 基础结构规划 1 所需性能的管理 ATM 对通信的运行要求 所需通信性能 RCP ATM 对导航的运行要求 规定飞机的区域导航能力 RNAV 第 8 页 ATM 对监视的运行要求 确定雷达和 ADS 覆盖标准 所需监视性能 RSP 所需总体性能 RT