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PBN知识总结(四):知识点补充

 Airbus330 2018-07-09
  1. GNSS定位基本原理
    GNSS系统定位原理主要是靠卫星测距,其方法有两种:伪距测距和载波相位测距。飞机定位属于单点定位,只能使用伪距测距。伪距测距是利用卫星信号发出和接收的时间差来计算距离。由于卫星是在高速运动的,所以这里所测得的距离实际上是飞机与卫星后方某个位置之间的距离,而不是实际与卫星的距离。

  2. RAIM的预测与监控
    RAIM是机载接收机的一种功能,它的作用是监控GNSS卫星的可靠性。只有接收机接收到5颗卫星时,RAIM才能够工作。RAIM功能的输出是对GPS位置误差的估值,并且会将此值输送给FMC。ANP是FMC根据RAIM,更新方法以及其他因素所计算出来的供机组监控的一个值,如果ANP值超过RNP值,则此次PBN运行不能执行。
    签派关注的是RAIM功能是否可用,而不是其输出的值。但是不同RNP精度所对应的RAIM可用情况是不同的。例如RNP 0.3的RAIM可用时,RNP 0.15的RAIM可能不可用。
    对机组来说,在实施飞行时,RAIM功能会提供GPS位置误差的信息并经过FMC处理后得到ANP值,机组要监控ANP值与RNP值的偏差。
    对签派来说,签派需要保证RAIM功能在机组预计使用PBN运行实施进近时可用,因此签派更关注RAIM功能预计的可用时间段。
    以下为GE网站上发布的A319机型在九寨机场RAIM功能可用时段:

  3. RAIM空洞

    在同一时间内,在某一区域,机载接收机无法同时接收到五颗卫星发送的信号时,此时RAIM功能是不可用的,此时该区域被称之为RAIM空洞。
    造成RAIM空洞的原因有三:
    a.星历
    以GPS为例,GPS有21颗正常工作的卫星,3颗备用卫星。理论上来说,随着卫星的运行,在某一时间在地球上的某个区域是存在无法同时收到5颗卫星的信号。
    b.MASK ANGLE
    在接收机定位时,位置过低,距天地线过近的卫星容易受到电离层和地形的干烧,造成定位误差。所以系统会自动设置一个角度,低于这个角度,卫星则被视为不可靠。遮蔽高度角越大,视作不可靠的卫星就越多,出现RAIM空洞的概率也就越大。
    c.卫星故障通告
    如果卫星主控站发现某颗GNSS卫星出现故障,会对外发出卫星故障通报。可用卫星数量减少也会增大RAIM空洞出现的概率。
  4. 高度支助方式 Baro-Aiding
    GNSS系统在正常使用时,GNSS会存储ADIRS(大气数据惯性基准系统)所测得高度与GPS所测高度的差值。当导航所用卫星有一颗不可用的时候,GNSS系统可以将地球模拟成一颗卫星,而地球这颗卫星应该提供的距离数据由飞机的气压高度经过之前存储的与GPS差值的修正后加上地球半径而得到。也就是说地球这颗卫星的高度测量工作由飞机来做,计算和修正工作由真正的卫星来做,这样综合起来,使地球也可以成为一颗卫星。这时我有一个猜想:之前介绍过的AAIM与RAIM相比,其完成各项工作比RAIM需要的卫星数量少一颗,我推测就是利用了Baro-Aiding这个原理。从Baro-Aiding字面上来看,也是通过气压测量高度来为GNSS定位提供帮助。

  5. Critical DME

    在FAA中,Critical DME的定义:

    地址:http://www./air_traffic/flight_info/aeronav/criticaldme/
    A critical Distance Measuring Equipment (DME) is a DME facility that, when notavailable, results in navigation service which is not sufficient forDME/DME/IRU operations along all or portions of a specific route or procedure.The required performance assumes an aircraft's RNAV system meets the minimumstandard (baseline) for DME/DME RNAV systems found in AC 90-100A, appendix 1,or the minimum standard for DME/DME/IRU systems found in AC90-100A, appendix 2.For example, terminal RNAV DPs and STARs may be published with only two (2)DMEs, in which case, both are critical.
    If any critical DME facilities exist on an RNAV DP or STAR, they are identifiedon the relevant chart. NOTAMs should be checked to verify the operation ofcritical DMEs for navigation relying on DME. Pilots should assess theircapability to navigate (potentially to an alternate destination) in case offailure of critical DME while airborne. The critical DME list is updated ascharts are published. This list is searchable to determine which facilities arecritical for portions or all of a procedure and/or route.
    在google里关于DME GAP的说法:
    DME Gap is the distance where you wonthave any signal coverage from the navaids the procedure is based upon. If youhave any other equipment onboard, i.e. GPS/GPS you can still fly the procedureaccurate.
    Critical DME has to do with your RNAV Capabilities and availability for theSTAR/SID. Japan has not quite embraced pure GPS navagation so for RNAV aircraftyou must also have ground based navaids for backup position recognition. So. Toanswer your question Lets go though the chart. Lets take the Celes Rnav Arrivalto RWY 34.
    In this case the box on the lower left hand corner (if using Jepps) shows theCritical DME. Let's take the Kajiki VOR for example. it has a DME Gap of 12.5NM, so basically if the KGE VOR is inop, somewhere in this arrival there wouldbe a 12.5nm gap in coverage of the ground based navaids to calculate DME/DMEfor your RNAV equipment. Obviously this is probably not a problem because mosttransport catagory aircraft use a FMS that has GPS/GPS or GPS/DME calculationsso you're navigation performance is not degraded significantly. Most operatorsin Japan have a DME Gap limit for each type of aircraft flown. My aircraft forexample has a max DME Gap of 14.0 nm, so if the KGE VOR (which is mostrestrictive) is INOP I am still ok to fly this arrival. 

    RNAV运行不是一定需要借助GNSS系统,它完全可以利用地基导航系统进行定位并完成RNAV运行。

    所以在PBN运行中,如果GNSS数据不可用,则飞机还可以依赖其他传感器或导航设备进行定位,从而完成PBN运行。在RNAV1和RNAV2中,飞机可以依赖DME/DME/IRU定位。此时机组必须确认关键DME台工作正常。RNAV1经常用于进离场程序,在杰普逊航图中的进离场图中,会经常用一个表格列出Critical DME和DME GAP。如下图:(以下表格识读方法为笔者推测,准确与否还有待考证)


    ROUTE SEGMENT表示该Critical DME所处的位置和DME GAP影响的航段,而DME GAP表示该Critical DME信号无法覆盖到的范围。但还有下列一种表格:

    这里的DME GAP所表示的意义仅为在该范围内没有除了GNSS以外的任何导航设施的信号覆盖。但是这并不代表在该范围内无法继续执行RNAV程序实施进近,因为有GNSS可以继续进行定位导航。

    关于DME GAP的产生原理:根据《在航路和终端区实施RNAV1和RNAV2的运行指南》里的“附件1 DME/DME RNAV系统的最低(基准)性能标准”里的规定:


    由此可知,只有满足以上规定范围的DME才被作为有效的DME。这也很好理解,因为DME所测距离为斜距,因此越靠近DME上方,由于航空器和DME的高度差的影响,其所测距离越不准确。但要说明另外一种情况,在进近着陆的时候DME不可用的范围要比上述规定的范围要小很多,因为即将着陆的航空器与DME的高度差变得很小,所以其所提供的斜距仍具有较高的精确度。


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