全球定位系统(GPS)

中国民用航空总局飞行标准司编号：AC－91FS－01下发日期：2005年07月11日编制部门：航务管理处批准人：使用全球定位系统(GPS)进行航路和终端区IFR飞行以及非精密进近的运行指南1.目的。本通告是批准航空营运人使用GPS机载导航设备作为主要导航方式的指导性规范；为航空营运人在航路、终端区、GPS非精密仪表进近阶段按仪表飞行规则（IFR）飞行时使用全球定位系统（GPS）设备提供指南。2.参考材料。FAA咨询通告90-94A（AC90－94A）《全球定位系统(GPS)在IFR航路和终端区以及非精密进近的使用指南》3.定义。本通告有关GPS的技术术语在附件1中列出。4.GPS概述。GPS最初是美国国防部为军方提供的一个星基定位、测速和时间系统。GPS系统使用地心坐标，提供基于1984年的世界大地坐标系（WGS-84）的航空器的位置。其导航数据，如到航路点的距离、方位和地速，是根据航空器当前位置（经度和纬度）和下一航路点的位置计算出来的。美国国防部在1993年12月8日宣布GPS具有初始运行能力。美国联邦航空局（FAA）在1994年2月17日发布了航行通告（NOTAM），宣布GPS可用于某些民用IFR飞行。4.1GPS系统组成。GPS包含三大组成部分：空间部分、地面控制部分以及机载用户部分。4.1.1空间部分是由24颗导航卫星组成。这些卫星距离地面约20000公里，分布在6个轨道平面上（每个平面上有4颗卫星）。这样任何时候在视界内都有5颗卫星。GPS卫星发送伪随机码调制的时咨询通告间信号，并经机载接收机处理后得到卫星的位置和状态数据。通过得到卫星的精确位置，并与卫星上的原子钟时间精确同步，机载接收机可以精确地测量出每颗卫星信号到达接收机的时间，从而确定航空器位置。4.1.2地面控制部分由监测站和控制站组成，用于保证卫星位置和时钟的精确性。地面控制系统由5个监测站，3个注入站和1个主控站组成。4.1.3机载用户部分包括天线和机载卫星接收处理器（带有数据库），为飞行员提供航空器位置、速度和精确的时间信息。4.1.4要进行水平导航（2维定位）在视界内至少要有3颗卫星。要进行水平和垂直导航（3维定位）则在视界内至少要有4颗卫星。4.2GPS系统描述。GPS是星基无线电导航、定位和授时系统。该系统在全球范围内向具有合适装备的用户（不限数量）提供高精度的位置和速度信息以及精确的时间。4.2.1GPS提供两级服务：标准定位服务（SPS）及精密定位服务（PPS）。SPS为所有用户提供95%概率的100米或以下的水平定位精度，和99.99%概率的300米精度。PPS比SPS更精确，但民用航空用户一般只能使用SPS。4.2.2GPS运行的概念是利用空间一组作为精确参考点的卫星进行测距和三角计算。GPS接收机利用无线电信号的传播时间测量到卫星的距离。每颗卫星发送一个特定的编码，被称作粗捕获（CA）码，它包括有关卫星位置、GPS系统时间和卫星传输数据的健康和准确性等信息。已知信号传输的速度大约300000公里/秒和确切的传播时间，则信号的传输距离能够根据到达的时间推算出来。4.2.3GPS接收机将每颗卫星的CA码与接收机中数据库内所包含的同样的编码进行匹配。通过在匹配过程中移动卫星的编码和移动与其内部时钟的比较，接收机能计算出信号从卫星到接收机的传播距离，从这种计算距离的方法得出的距离被称为伪距，因为它不是直接计算距离，而是通过时间来计算。伪距测量会包含几种误差，如，电离层、对流层延迟和多路径误差。4.2.4除了知道到卫星的距离外，接收机还需知道卫星在空间的确切位置，也就是“星历”。每个卫星发送其确切轨道位置的信息。GPS接收机利用该信息精确确定卫星的位置。4.2.5利用计算的伪距和卫星提供的位置信息，GPS接收机通过三角方法计算出它的位置。GPS接收机需要至少四颗卫星进行三维定位（经度、纬度和高度）和时间解算。GPS接收机通过利用航空器已知的经、纬度和接收机数据库内已有的数据进行比较来计算出导航数值，例如，到达一个航路点的距离和航向或者确定地速。4.2.624颗卫星组成GPS星座的设计是为了地球上任何地方的用户在视界内都可以看到至少5颗卫星。接收机使用遮蔽角(在水平面之上能够使用卫星的最低角度)以上的最少4颗卫星的数据。GPS接收机通过接收机自主完好性监视（RAIM）来核实GPS信号的完好性（可用性），以确定是否有卫星提供了错误的信息。除了导航所需的卫星外，在视界内必需有另外1颗卫星以使接收机执行RAIM功能；这样实施RAIM功能要求在视界内至少有5颗卫星，或者4颗卫星加上气压高度表（气压辅助）来检测完好性的异常。气压辅助是利用非卫星输入源增强GPS完好性的方法。为确保气压辅助可用，当前的高度表设定必须按照使用手册的要求输入到接收机中。4.2.7不同接收机的RAIM信息会有一些差异。一般来说有两种类型的指示。一种是指示没有足够数量的卫星提供RAIM，另一种是指示RAIM检测出超过当前飞行阶段限制的潜在误差。没有RAIM能力，飞行员就不能确定GPS定位的准确性。4.2.8一些卫星接收机能够隔离不良的卫星信号并在导航解算时剔除该信号，该过程称为“失效探测和排除（FDE）”。为隔离不良的卫星信号和继续提供有效的导航信号，FDE要求在视界内有6颗卫星或者在有气压辅助时有5颗卫星。5.GPS设备的分类。GPS设备分为三个类别：A类、B类和C类。每个设备类别根据运行能力的不同又分成几个子类（如，A1，A2）。要得到使用GPS航空电子设备系统进行IFR进近飞行的批准，要求营运人使用按照TSO-C129或等效文件审定合格的GPS航空电子设备。使用的进近程序必须从TSO-C129设备制造商或经局方批准的其他来源提供的当前有效的机载导航数据库获得。每一类别分别描述如下：5.1A1和A2。此类设备同时具备GPS传感器和导航能力。并具有接收机自主完好性监视（RAIM）。A1类设备具有航路、终端区和GPS非精密进近的导航能力。A2类设备只具有航路和终端区导航能力。5.2B1、B2、B3和B4。此类设备具有向组合导航系统（例如飞行管理系统、多传感器导航系统等）提供数据的GPS传感器。B1类设备具有RAIM功能，并能进行航路、终端区和非精密进近导航。B2类设备具有RAIM，只能提供航路和终端区导航。B3类设备要求组合导航系统能提供与RAIM功能同等的完好性监视，并能进行航路、终端区和非精密进近导航。B4类设备要求组合导航系统能提供与RAIM功能等同的完好性监视，但只能进行航路、终端区导航。5.3C1、C2、C3和C4。此类设备具有向组合导航系统（例如飞行管理系统、多传感器导航系统等）提供数据的GPS传感器，可以向自动驾驶仪和飞行指引仪提供更好的引导，以减少飞行技术误差。C1类设备具有RAIM功能，并能进行航路、终端区和非精密进近。C2类设备包括RAIM功能，只提供航路、终端区导航。C3类设备要求组合导航系统能提供与RAIM功能等同的GPS完好性监视，并能进行航路、终端区和非精密进近导航。C4类设备要求组合导航系统能提供与RAIM功能等同的GPS完好性监视，但只具有航路、终端区导航能力。5.4运行能力。表1给出了设备类别和子类的运行能力。表1GPS设备分类GPS设备分类（TSO-C129）设备等级RAIM提供等同RAIM功能的组合导航系统海洋航路终端区非精密进近能力A类-GPS传感器和导航能力A1有有有有有A2有有有有没有B类-GPS传感器向组合导航系统提供数据（例如FMS、多传感器系统等）B1有有有有有B2有有有有没有B3有有有有有B4有有有有没有C类-GPS接收机向组合导航系统提供数据（同B类），向自动驾驶仪和飞行指引仪提供更好的引导，以减少飞行技术误差。限于CCAR-121、135部的营运人。C1有有有有有C2有有有有没有C3有有有有有C4有有有有没有6.GPS系统精度和误差GPS设备通过精确测量到所选卫星的距离，并根据这些卫星的已知位置，来确定用户的位置。测量的准确性受卫星几何位置、微小的卫星时钟误差、接收机处理、信号反射以及根据传送到接收机的卫星数据报文所预测的当前卫星位置的影响。同时GPS定位数据的准确性也受到设备和所接收卫星的几何位置的影响。可通过机载接收机提供的数学计算和复杂的建模来减少或消除其中的许多误差。7.GPS在I级导航区域的使用7.1在公布的标准仪表离场程序（DP’s）、终端区标准进场航线（STAR）、标准仪表进近程序（SIAP）以及航路导航中使用GPS实施仪表飞行规则运行，应当使用与RNAV运行一致的方法。7.1.1在I级导航区域航路实施GPS运行，航空器必须安装有效的导航设备，以接收从航路到目的地机场以及任何要求的备降机场的所有地面导航设施的信号。这些航路的地面导航设施必须处于工作状态。除非出现RAIM失效，否则不需要主动使用这些地面系统来监视GPS设备。7.1.2使用GPS进行终端区IFR运行，航空器应当安装相应的航空电子设备并满足所有要求。这些终端区运行是否需要地面设施取决于所飞的GPS进近类型。7.2重叠进近程序。该程序允许营运人使用GPS设备来完成已有的VOR、VOR/DME、NDB、NDB/DME和RNAV的非精密仪表进近程序。重叠进近程序的目的是为了给营运人的仪表进近从陆基导航到星基导航提供一个过渡。利用GPS可以完成从数据库中提取的所有非精密进近程序。7.2.1GPS重叠进近程序是指在进近图标题中标明“或GPS”的仪表进近程序，如，“VOR或GPSRWY24”。在执行GPS进近时，地面导航设施和相应的机载设备可以不工作。7.2.2使用GPS进近程序时，必须通报GPS进近程序的名称，例如“GPSRWY24”。7.2.3任何要求的备降场必须有一个除GPS程序之外的经批准的仪表进近程序，并且在飞机预计到达时是可用的。7.3“单一”GPS进近。“单一”GPS非精密进近是指与现有进近程序不重叠的进近。“单一”GPS进近包含一系列航路点，这些航路点定义了所飞的点到点的航迹，并包含在GPS导航数据库中。通常，每个进近程序都包括起始进近航路点、中间航路点、最后进近航路点、复飞航路点、复飞转弯航路点和复飞等待航路点。除复飞航路点以外的每个航路点都是用五个字母组成的编码来表示。复飞航路点被指定为一个数据库代号。航路点的显示顺序应与相关GPS进近航图一致。7.3.1重叠和单一进近。在一段时间内，我国空域内非精密的GPS重叠进近和单一GPS进近将混合使用。7.3.2航路点。GPS进近使用“飞越”和“旁切”航路点。当航空器到达转弯航路点前开始转向下一个航段时，应采用旁切航路点。这被称作提前转弯，并考虑了相应的空域和超障要求。7.3.2.1除了复飞航路点（MAWP）和复飞等待航路点（MAHWP）外，进近航路点一般都是旁切航路点。当航空器在开始转弯前必须飞越某个航路点时，该航路点称作飞越航路点。7.3.2.2在重叠进近图中，对于没有公布可发音的五个字母名称的进近航路点或定位点，可给出由字母和数字组成的ARINC代号。这些点将在进近程序数据库的航路点列表中显示出来，但是可能不出现在航图上。例如，没有最后进近定位点（FAF）的程序，在数据库中增加一个在复飞航路点（MAWP）前至少4海里的传感器最后进近航路点（FAWP），以使接收机能过渡到进近模式。当MAWP和MAHWP重合时，某些进近还在等待航线上包括一个附加的航路点。弧线和径向线进近具有一个用于提前转弯计算的附加航路点，在该点弧线进入最后进近航道。ATC不使用这些编码的名字。7.3.2.3在数据库中，对于一个机场而言，未命名的航路点将使用唯一的代号，但是该代号可能被另外一个机场重复使用（例如，在每个具有36号跑道的机场都将使用RW36，但是在一个给定的机场，RW36对于所有的进近都是同一个位置）。7.3.2.4在大多数的GPS进近中，跑道入口航路点也用作最低扇区高度（MSA）的中心。没有设在跑道入口的MAWP将不使用RWxx，而使用5字代码或用Mxx来表示。8.GPS在II级导航区域的使用本章为安