第六章航空导航系统的运行.

NanJingUniversityofAeronautics&Astronautics第六章航空导航系统的运行NanJingUniversityofAeronautics&Astronautics第一节空域结构和导航服务在VFR规则条件下，飞机要飞行必须首先满足最低的气象要求条件。因为在VFR条件下，飞行员一般依赖通过驾驶舱向窗外现察能够发现和判断的情况来控制飞机的飞行姿态并进行导航.所以在VFR条件下，最重要的一条是飞行员必须保持与云底有一定的间距，视线不会受到云层的遮挡(垂直方向、同时水平方向的能见度也能符合该机型在该地区运行时的要求。IFR则允许飞机在不满足VFR最低要求的气象条件下飞行，在这种情况下，飞行员通过监视飞行仪表控制飞机姿态。飞行员必须经过仪表飞行定级并通过IFR的常规训练保持技能。飞机必须装备有得到取证的仪表飞行系统，在有空中交通眼务的空域飞行，飞机还必须制定IFR飞行计划，飞行员应该保持与空中交通管制的无线电语音通信。为保持公共航空运输企业的客机的安全和有效运行，即使本地区当时的气象条件满足VFR气象条件标准（如晴空万里和较好能见度〉时，航空公司的航班一般仍然要求采用IFR飞行规则运行。―、目视飞行规则和仪表飞行规则NanJingUniversityofAeronautics&Astronautics空域的基本构成模块是飞行情报区(FIR)，为了对飞机进行管制，飞行情报区分成用字母A〜G识别的不同空域类型，每个类别的空域要求一个特定级别的空中交通管制服务,并对飞行员资质、飞机设备、气象类型有相应要求。A级是最受限制的，G级是限制最少的。P190—表6-1受管制的空域包括空域类别的A〜E，在受管制的空域内，对所有的在IFR条件运行下的飞机都会提供空中交通管制服务，但是只对一部分VFR条件下运行的飞机提供管制服务，而载客的飞机几乎毫无疑问地是在受管制的空域内飞行。在非管制的空域，由于不提供空中交通服务，飞行员必须自己负责保持与其他飞机之间有足够的间距。飞行员可以不用和管制员交流，也不需要得到空中交通指令，他们以“看见并避免”的规则，按照自己的需要决定航线。当然，在确实需要的时候，在非管制空域内飞行的飞行员也可以要求从负责该区域的区域管制员那里得到一些信息和指令。二、空域结构NanJingUniversityofAeronautics&Astronautics按照国际民航组织的规定，各国民航当局考虑当地的地理特征并决定每个级别空域的位置。因此各国的空域结构中依照的标准有所不同。在北美地区采用的是英制单位，而在中国则采用的是公制单位。中国的空域划分为飞行情报区、管制区、限制区、危险区、禁区、航路和航线七种类型。其中与管制类型相关的是飞行情报区和管制区。P191管制区又分为四种管制方式，高空管制空域（A类空域）、中低空管制空域（B类空域）、进近(终端)管制空域（C类空域）和机场管制地带（塔台管制空域，D类空域）。NanJingUniversityofAeronautics&Astronautics航路是五种管制空域类型中的一种，是用导航助航点连接形成的主要航线的管制空域的走廊。航路是以走廊形式建立的，在航路上装设有无线电导航设施.并可能穿越多个管制区域。空中航路的宽度不是固定不变的。按国际民用航空公约规定，当两个全向信标台之间的航段距离在50海里以内时,航路的基本宽度为航路中心线两侧各4海里；如果距离在50海里以上时，根据导航设施提供飞机航迹引导的准确度进行计箅，可以扩大航路宽度，但一般不超过左右10海里的范围。按照国际民航组织规定，航路的基本代号由一个拉丁字母和1〜999的数字组成。航线则是指飞行的路线。航线一般只标明了飞行的具体方向、起讫和经停地点。航线的开通要借助航路。三、航路与航线NanJingUniversityofAeronautics&Astronautics1.空中交通管制（ATC）（1）区域管制服务（2）进近管制服务（离港管制、间隔控制、进港管制）（3）航空港管制服务2.飞行情报服务（FIS）3.警报服务四、空中交通服务（航空导航服务）NanJingUniversityofAeronautics&Astronautics第二节导航助航设备和通信最早的导航技术是指南针和六分仪，其准确度只能找到一片大陆，却无法准确地找到一个城市、一个村庄。由于早期飞机几乎都在机场附近的一个小范围内飞行,所以为了识别跑道，最早出现的飞机专用导航助航设备是机场辅助灯光和跑道灯光，以帮助飞行员在晚上和天气不好的吋候进行落地。助航灯光系统是1920年后在美国首先开始的，1930年这些灯光发展成为进近灯光系统，现在跑道灯光引导系统是国际民航组织SARPs标准的一部分。无线电技术出现后，通过追寻无方向信标(NDB)的信号源，远航的飞机找到了归航的方向。不过要想更准确地在迷茫的大雾中找到降落的跑道，则需要更精确的无线电设备，比如特高频全方向信标(VOR)和测距机（DME），然后是仪表着陆系统(ILS)或者微波着陆系统（MLS），还包括美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的全球卫星导航系统（GLONASS）、欧盟的伽利略系统(Galileo）以及中国的“北斗”系统。上述导航设备都是被动导航设施，意思是飞机必须依赖其自带设备以外的其他设施的帮助才能找到目标。因此配备有自主导航系统INS―、导航技术分类NanJingUniversityofAeronautics&Astronautics按照导航技术的类别，导航分为：①目视导航技术，包括利用各种地标、灯光系统和地面设施进行导航。②磁导航和光学导航技术,包括指南针、六分仪、磁罗盘等。③无线电导航技术，包括利用各种波长电磁波和通过不同传播途径传播的导航方式，如NDB、VOR/DME、ILS、MLS、GNSS（全球卫星导航系统：)、TACAN（塔康导航系统）和LORAN（远程导航系统，即罗兰导航系统)等。④自主导航技术，即惯性导航技术。⑤综合导航技术，即利用计箅机和各种导航技术结合进行精确导航的方法。按照适用的阶段分为：①航线导航技术，包括指点标、NDB、VOR/DME等②进近和落地引导导航技术，包括指点标、ILS、MLS、NDB、VOR/DME等。③远程导航技术，包LORAN、TACAN和卫星导航系统NanJingUniversityofAeronautics&Astronautics(无线）电磁波传播NanJingUniversityofAeronautics&Astronautics1.无方向无线电信标NDB二、导航技术介绍无方向无线电信标（NDB)是仍然在使用的老式的导航助航设备。采用的是低频或中频无线电电波，所以低频和中频广播电台也可以作为一种进行使用。低频和中频信标的一个优势是,电波波束不受直线传送的限制，它的波束既可以通过地波方式也可以通过天波方式(通过电离层与地表之间的来回反射)进行传播。而其缺点是大气噪声干扰大，波段容量小。在使用该设备进行导航时，飞机上一般对应安装一台自动定向仪(ADF)，通过调定特定的电台频率，自动定向仪会搜寻该频率信号，并给出该频率信号发出的方向(定向），飞行员可以通过使用该信标方向飞向信标台，也可以按照信标指定的反方向背台飞行。NDB台只找目标，不能确定到达目标的途径。于1924年起开始使用并很快得到推广，现在虽然大多数机场和航路上都有更先进的导航设施，但是由于其价格低廉、工作可靠，目前仍然被广泛用作备份导航方式。NanJingUniversityofAeronautics&AstronauticsNDB信标/ADF工作原理和其指示仪表(传统的单针ADF表和带有DME/VOR/ADF混合功能的DDRMI）NanJingUniversityofAeronautics&Astronautics不仅引导飞机飞向目标，而且还能够确定飞机飞向目标的路径采用特高频(微波）无线电信号，信号受到干扰的程度很小，但信号只能直线传递，容易受到地形和障碍物的影响，不适应长距离导航，只能用在航路的分段导航和机场范围内的导航上。如果要使飞行高度在1500米的飞机都能收到VOR信号，两个VOR台之间的距离一般不超过80海里。工作原理是采用两束无线电波，其中一束为固定相位的调幅波，另一束为可变相位的调频波。飞机上的VOR接收机通过探测接收到的两束电波的相位差来决定飞机处在VOR台的哪个方位上。飞机在VOR方位线0度时，两束波相位一致，判断飞机在VOR正北方位；如果相位相差90度，则判断在VOR正东方位线上；同理，相位差为180度和270度时，则分别位于VOR的正南和正西方位线上。依照此，在VOR的每个方位上都会有相对应的相位差值。2特高频全方向信标(VOR）NanJingUniversityofAeronautics&AstronauticsNanJingUniversityofAeronautics&Astronautics用来测量飞机与地面某个参考点(基站）之间的距离的设备，使用超高频，频率在1000兆赫左右。由飞机上的询问机和地面台站上的应答机构成。飞机上的询问机向地面发出一对脉冲信号，脉冲之间的间隔是随机的，因此可以使不同飞机发出的信号不同。地面应答机接收到这对脉冲信号后发回同样的一对脉冲信号。把发出信号和收到返回信号所消耗的时间与无线电波传播的速度相乘，就可以算出飞机与地面站之间的距离上。一般与VOR或者仪表着陆系统(ILS)安装在一起，很少单独安装，二者采用同一频率（960〜1215兆赫)进行运作，可减少飞行员的调谐工作负荷。3测距机(DME）NanJingUniversityofAeronautics&Astronautics用来在低能见度和气象条件较差的情况下引导飞机安全着陆的导航设备。1938年ILS第一次投入使用，在暴风雪天气覆盖的匹兹堡机场为一架定期航引导着陆，开启了精密进近的新时代。1949年ICAO确定在国际范围内使用ILS系统。供给飞行员一个与跑道方向一致、向着跑道接地区倾斜度为3度(左右）的一个想象面。飞行员可以在看不见驾驶舱外部环境的情况下，按照飞机仪表给出的飞机在ILS中指示的位置进近直至引导飞机到达决断高度，俗称“盲降系统”。地面设备包括两组具有方向性的信号发射系统和沿着进近路线的（最多）三个信标台。两个方向性的信号发射器分别称为航道和下滑道发射器。P2064仪表着陆系统(ILS）NanJingUniversityofAeronautics&AstronauticsMLS系统采用5031〜5091兆赫的无线电频率，可以提供方位和下滑道信息以便飞机在更大范围内得到引导以进近落地。与ILS相比，MLS有几重优势：一是最后进近阶段的下滑角可以达到30度，与ILS标准的3度下滑角相比大了很多倍，有利于在机场附近地形比较复杂、障碍物较多的情况下避让下降。二是不需要像ILS一样直线进近，ILS的航道宽度很有限，如果不能跟着航道直线进近，就无法截获航道信号，而MLS的非直线进近特点增加了进近的灵活性和机动性。三是MLS可以截获的高度很高。ILS截获的高度一般在5000英尺以下，而MLS扩展到了两万英尺，以上三个特点一起作用就使得从MLS可以允许多架飞机同时以不同的下滑角和方位进行进近。5微波着陆系统(MLS）NanJingUniversityofAeronautics&AstronauticsMLS系统工作原理背台方位NanJingUniversityofAeronautics&Astronautics完全不依赖地面设备能够自主进行导航的设施是惯性导航系统(INS),依赖陀螺和加速度计进行运算，它的核心是惯性基准系统。惯性基准系统配备有能够感受三维运动能力的传感器，这些传感器感受每个方向的位置改变量、移动类型和加速度，并将带有这些信号的信息传到计算机上对飞机目前位置进行连续计算，其惯性导航系统需要在使用前输人基准的位置信息。安装在飞机上，不需要地面导航助航设备的帮助就能独