民航導航技術的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

張輝彬

摘要：航空器在空中運行時都保持著較高的運行速度，而且航空器在空中停留的時間是有限的，并且如果出現(xiàn)差錯可能會引起嚴重的航空事故。航空導航的應用能夠給空中運行的航空器提供連續(xù)的安全可靠的技術服務，引導航空器進行飛行，安全到達目的地。民航導航技術對空中交通的運行安全意義重大。本文就民航導航方面的技術現(xiàn)狀、發(fā)展以及趨勢進行闡述并開展研究。

關鍵詞：民用航空;導航技術;發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢;GPS

引言

無線電技術在航空導航領域的應用，因為其電磁波的特性改變了原來導航精度不高的情況，而且也減少了氣候、季節(jié)變化、能見度問題以及各種環(huán)境因素對導航的影響。上世紀七十年代信息技術應用于航空導航，衛(wèi)星導航及其配套的增強組合系統(tǒng)更加精確的為空中交通提供二十四小時的服務，衛(wèi)星導航的經(jīng)濟性、高效性、全面性等使其成為了未來航空領域導航系統(tǒng)的一股強大勢力。航空器在茫茫的高空之上，隨時掌握自己的動態(tài)信息十分重要，能夠減少空中運行的安全隱患，先進的導航技術是航空器安全有序運行的依賴，也是整個民航系統(tǒng)正常運行的保障。

1民航導航技術的現(xiàn)狀

1.1支持航路的導航技術

1.1.1慣性導航系統(tǒng)

陸基無線電導航技術在上世紀二十年代后期逐漸成為了民航的主要導航技術，但是其缺乏一定的地面設施以及系統(tǒng)的支持，在自助定位導航上存在較大的困難，也限制了航空事業(yè)的發(fā)展進步。六十年代具備自主導航能力的INS（慣性導航系統(tǒng)）應用于航空領域，軍航上能夠滿足其生存能力、干擾力、反利用、反欺騙的要求，所以也被廣泛應用。民航上INS能夠提供很好的連續(xù)性導航服務，并且在一定時間內導航參數(shù)精度很高，且更新速度快。上世紀七十年代末期數(shù)字計算機的出現(xiàn)，再加上寬體飛機的應用發(fā)展，使INS進入了發(fā)展高峰期。許多陸基導航與INS相比較，顯得INS優(yōu)勢更加明顯，特別是其可以進行航空器的三維方面的顯示（位置、速度），還能提供航向姿態(tài)等重要信息。INS成為了民航航空器的基本導航系統(tǒng)被廣泛應用。

1.1.2陸基無線電導航系統(tǒng)

陸基無線電導航系統(tǒng)被廣泛推廣使用的原因，與其經(jīng)濟、安全性高緊密相關，特別是其將復雜性在地面導航臺那里集中，這樣就使機載的部分設備簡單了很多。NDB（不推薦使用）、DME、VOR是現(xiàn)在使用的地面主要設備。VOR/DME&VOR/VOR則無法適用于精度要求較高的區(qū)域導航，DME/DME是目前ICAO應用最多的。

1.1.3星基導航系統(tǒng)

GPS是應用于航空領域的星基導航始祖，而且目前為止一直被廣泛使用，性能也一直被不斷的開發(fā)研究創(chuàng)新。雖然現(xiàn)在有很多的其他星基導航系統(tǒng)被研究使用，但是在這些后繼研究創(chuàng)新出來的星基導航系統(tǒng)里都是以GPS為藍本進行參照的，并且在研發(fā)時盡量讓新的星基導航系統(tǒng)與GPS能在一定的條件下兼容并用。GPS也不僅僅只在航空領域大顯其作用，它已經(jīng)深入到了國家各個方面影響著普通百姓的生活，GPS是一個能將位置、時間、速度準確提供的賦能系統(tǒng)，并且GPS在社會上已經(jīng)形成了一個巨大的產(chǎn)業(yè)鏈，深入各大行業(yè)，GPS是現(xiàn)代星基導航的基礎。現(xiàn)階段GNSS應用工作嘗試著解決民航應用中的一些特別問題（監(jiān)測問題方面的增強技術），但是其工作也是集中于GPS和其技術的研究。

1.2終端區(qū)進近引導技術分析

1.2.1大規(guī)模應用中的ILS系統(tǒng)

ILS現(xiàn)在在民航中被廣泛利用，其作用是為降落的航空器進行著陸引導，比如航向道信息、距離以及下滑道信息等。ILS根據(jù)其性能進行分類為：Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ類。首先是Ⅰ類，從其覆蓋周邊開始，導航道和下滑道高度需高于六十米的范圍提供引導信息的設備;Ⅱ類，能引導航空器到三十米的設備;Ⅲ類引導航空器至跑道的設備。我國現(xiàn)行裝備中大部分為Ⅰ類ILS，有一小部分為Ⅱ類ILS，究其原因不僅僅是因為設備問題，很多是因為場地標準無法達到（障礙物比較多、場地地面不夠平整等），這樣使得航道、下滑道曲折不能達標。另外周邊的電磁干擾過強會使引導信號超標。在老式裝備ILS系統(tǒng)里，對航空器多是進行指點信標提供跑道入口距離信息?，F(xiàn)在采用的是DME距離測試方法。DME/N在基本配置里被采用，根據(jù)國際民航組織規(guī)定，由于DME/N系統(tǒng)精度為370米，某些方面來講誤差會很大，所以采用精密測距儀（DME/P）。精密測距儀路徑跟隨PEE在進近基準點上為±30米或±12米。

1.2.2重要的輔助設施助航燈光系統(tǒng)

助航燈曾經(jīng)是航空器著陸的關鍵性設施，密切關系著航空器降落的安全。但是隨著ILS的廣泛性應用，助航燈系統(tǒng)在航空器著陸引導中是起到輔助引導或者備份的作用。但是助航燈系統(tǒng)一直在發(fā)展優(yōu)化中，除了長時性和高穩(wěn)定性以外，助航燈系統(tǒng)具有更加高級的地面活動引導功能以及單燈引導控制功效，進而實現(xiàn)了航空器單架的個性引導，也實現(xiàn)了空中與地面的無縫銜接，提高了航空器著陸過程中的安全性，提高了機場運行效率以及增大了機場容量，也為航空器機組成員帶來更加貼心、安全、精確的引導服務。

1.2.3發(fā)展中的局域衛(wèi)星增強系統(tǒng)

上世紀九十年代FAA就大力對LAAS進行了發(fā)展，其目的是將GPS很好的應用于精密進近或者航空器著陸中。LAAS由地面的設施以及機載設備兩部分構成，屬于GBAS。地面設施在已知準確的位置有一組高精GPS基準接收機，產(chǎn)生的系列數(shù)據(jù)會被處理從而產(chǎn)生有用的信號信息經(jīng)過VHF數(shù)據(jù)鏈廣播至進近中的航空器，以提高機載設備的性能（高精度、完整性、持續(xù)性、可靠性等），從而滿足Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ類以及精密進近以及著陸的要求。LAAS在地面的一套設施其實不僅只服務一個機場，還可以覆蓋附近一定范圍內的幾個機場，曲線/折線進近都可以。與ILS/MLS（每一條跑道兩端都需要各設一套）對比，優(yōu)勢十分顯著，經(jīng)濟性也很強。對于大型機場或者國際城市特別受用，因為很多大型機場都有很多跑道，并且大型的國際城市周圍都有幾個機場，LAAS很受歡迎。

2GNSS發(fā)展分析

新的星基導航技術越來越受到全球各國的重視，但是GNSS在高可靠性上還是尚有缺乏，不能滿足民航這方面需要。美國也開展了一系列的民航星基導航研究（WAAS、LAAS、ABAS），其中前兩項已經(jīng)準備開始大規(guī)模的應用，ABAS正在進行技術驗證。但是這些完全依賴于美軍控制的GPS實時導航，在國家機密上有一定的安全隱患，所以全球各國也進行著自己的計劃，譬如：歐洲的Galileo計劃、我國的北斗計劃、俄羅斯對GLONNASS也正在完善。目前GPS仍是星基導航技術中唯一能進行全球定位的。過去的幾十年中，軍民航空器依靠地面的著陸系統(tǒng)保證了航空器二十四小時的盲目著陸，大量的航空器在各類著陸系統(tǒng)的引導下安全降落，最近幾年GPS的深入研究應用，其性能受到了極大關注，GPS在民航內開展了大量的實驗性研究工作。

小結

可能未來不久民航的主要導航模式是：INS作為基礎導航源，GNSS則是主導航源。而導航備用系統(tǒng)可能還會在一段時間內使用陸基導航。不過由于陸基導航系統(tǒng)的維護費用比較高以及其性能特點，備用系統(tǒng)未來可能會使用近似于羅蘭-C系統(tǒng)作為冗余配置，終端區(qū)以及進近，等多點位引導技術成熟后，可以作為備用。這樣的搭配使用，能增強經(jīng)濟效益，提高性能，更好的為民航空中交通運行提供安全有序的保障。

參考資料

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