-
Performance
Based
Navigation
民航总局空管局
黄卫芳
一、绪言
为进一步提供空域容量和运
行效率，满足航空运输飞行量不断增长的需求，新航行技术一
区域导航技术，正被日益广泛应用。从全球范围看，现行区域导航的技术标准并不统一，
航空发达的欧洲和美国对区域导航的具体技术要求也存在差异。为统一认识并指导各缔约
国实施新技术，国际民航组织
(IC
A0)
拟于近期发布
(
基于性能导航手
册》。我国对区域导
航技术也有较深的认识，并正积极在终端
区、航路运行阶段推广应用。
二、背景介绍
传统的航路是基于地面
导航设施位置、逐个连接各导航点而成的，确保航空器能够依靠导
航台的无线电信号向背台飞行。随着航空运输的持续发展，传统航路的局限性渐显严重。
航空电子技术的不断发展使航空器机载设备不断更新，导航精度也不断提高，促使
新一代
导航技术的产生。这种导航技术不依赖于地基导航设备
，可以使航空器在任意两点之间精
确飞行，这就是区域导航的
概念。应用区域导航技术，能够提高空域容量，减轻管制员和
飞行员工作负荷，减少飞行延误，提高空域运行效率。
早期的区域导航系统采用与传统的地基航路和程序相似的方式，通过分析和飞行测试确定
所需的区域导航系统及性能。对于陆地区域导航运行，最初的系统采
用
V0R
和
DME
来进行定
位，对于洋区运行，则广泛采用惯性导航系统。
在不断的实践中，这样的新技术已逐步通
过了开发、评估和认
证。基于此，国际民航组织在附件
1l
《空中交服务》和《航空
器运行
手册》（
D0C
8168
）中提出了部分区域导航设计和应用的标准和建议。美国和欧洲等
航空
发达国家和地区已经积累了丰富的区域导航应用经验，但
由于缺乏统一的标准和指导手册
，各地区采用的区域导航命名
规则、技术标准和运行要求并不一致，如美国
RNAV
类型分为
A
类和
B<
/p>
类，欧洲
RNAV
类型分为
P-RNAV
和
B-RNAV
。国际民航组织
ICAO
拟于今年正式发布基于
性能导航手册
(PERFORMANCE
BASED
NAVIGATION
MANUAL)
，用以规范区域导航的命名、技
术标准，并指导各国实施该新技术。
(
一
)RNAV
区域导航
(RNAV)
是一种导航方式，它可以使航空器在
导航信号覆盖范围之内，或在机载自
备导航设备的工作范围内
，或二者的组合，沿任意期望的航迹飞行，即
RNAV
系统能够
使用
多种导航源信号来自动确定航空器位置，建立期望的飞行
航迹并为航空器向下一航路点飞
行提供航迹引导。与传统导航
方式相比，
RNAV
系统不需要航空器沿无线电信号向北台飞行
，能够充分利用机载设备的能力，提高运行安全和效益，具体
表现为：航迹选择灵活、减
轻管制员和飞行员工作负荷、增加
空域容量、优化导航设施布局。如果结合数值小的
RNP
，更
能极大地提高飞行轨迹的准确性，降低天气标准，保证飞行安全和运行正常。
RNAV<
/p>
系
统可以采用的导航源包括：惯导
(INS
／
IRS)
、
VOR
／
DME
< br>、
DME
／
DME
、
LORAN
C
、
GNSS(GPS)
。
(
二
)RNP
所需导航性能
(RNP)
是对指定空域内运行所需要的导航性
能精度的描述
RNP
类型
)
。
RNP
数值
根据航空器至少有
95
％的飞行时间能够达到预
计导航性能精度的数值来确定，与
RNAV
概念
结合，能够提高导航精度和运行安全水平。
RNP<
/p>
系统不仅对航空器机载导航设备有要求，
对支持相应
P&TP
类型空域的导航设施的精度也有一定要求
。
RNP
类型是用相应的精度值来表
示的。航空器方面，精度值是受到导航源误差、机载接收
误差
、显示误差和侧向的飞行技术误差
(FTE)
等影响，在其
95
％的飞行时间内侧向和纵向
总的系统误差
(TSE)
必须小于规定的
RNP
精度值。空域方面，指定空域为达到导航性能精度
值就必须提供相应的导航设施。
航空器导航精度不符合某空域
RNP
精度值要求时，通
常不允许在空域内飞行。航空器和空
域方面的要求具有相互独
立性。导航性能精度比某一空域
RNP
值高的航空器不一定就能
在
该空域内运行。例如，航空器的导航性能精度是基于某些导
航设施而言的，那么该航空器
可能并不符合精度值相对较差的
空域的要求，因为该空域可能不提供同样的导航设施。
虽然<
/p>
RNP
值本身不能作为确定间隔标准的基础，但空域规划人员可以
使用
RNP
值帮助确定空
域的使用规定、航路宽度和间隔要求。根据飞行地区的不同和飞行阶段的不同，
RNP
主要
有以下几种类型：
RNP0.1
—
0.3
、
RNP
1
／
2
、
RN
P4
、
RNP10
，分别用于进近阶段
、终端区飞行、陆地航路飞行
和洋区飞行。
(
三
)RNAV
与
RNP
的区别
RNAV
和
RNP
系统关键的不同在于，
RNP
标准包含机载设备的监视和告警导航性能要求，而
< br>
RNAV
标准则不包括。
20
世纪
90
年代，大多
< br>RNAV
系统都提供了机载监视和告警功能，促进了
<
/p>
导航标准的发展，进而产生了
RNP
系统
。
RNP
系统提高了运行的完整性，使航路间距和保护
区缩小、空域资源得到进一步优化。传统航路、
RNAV
航路和
RNP
航路的区别见
图
1
所示。
从发展的角度来看，导航应用将由
2D
向
3D
／
4D
过渡，这就要求机载监视
与告警性能必须在
垂直导航方面加以完善。这两项功能可以保证机组
图
1
传统航路、
RNAV
航路和
RNP
航路比
较人员随时确定导航系统是否达到
10-
5
的完整性。虽然目前很多
RNAV
系
统不具备监视和告
警功能，但同样实现了很高的精度并具备多
种
RNP
系统功能因此，
RNAV
和
RNP
运行将会共存
多年，最后都逐渐转换为
RNP
运行。
RNAV
标准和
RNP
标准都包含了对导航功能要求，这些功能要求包括：提供与航迹相关的
飞
机位置的连续指示、显示各航路点的距离和方位、显示过航
路点的地速或时间、导航数据
存储功能、提供包括导航设备在
内的
RNAV
系统故障指示。
3
三、国外发展概况
(
一
)
美国情况
美国
FAA
制定了《基于性能的导航发展路线图》，
其目的是：确定美国向基于性能导航系
统过渡的政策，为航空
界的业务发展提供指南；改进美国国家空域系统设计和航空交通程
序，减少空中交通延误，改善运行效率，提高安全水平；建立运行概念和目标，并确定实
施步骤和时间表。
FAA
将发展
路线分为三个阶段，具体为：
近期
(
2006
—
2010
年
)
，
F
从为所有飞行阶段提供
RNAV
和
RNP
程序，并继续制定有关运行标准
和指南。该阶段，美国将
在总结
Q
航路和
T
航路运行基础上降低
T
航路最低运行高度，制定
RNP
一
2
技术标准，并逐步将
Q
航路转变为
RNP-2
航路。期间，非区域导航航路将继续使用。
中期
(2011-2015
年
)
，
RNAV
将成为美
国国家空域系统中的主要导航方式，在
FL290
以上均使
用
RNP-2
航
路，进一步降低
T
航路最低高度，完成从陆基导航到基于性能导
航系统的过渡，
开始使用国家基准系统
s)
，以实现自由航路的理念。该阶段，
FAA
将逐
步取消一些地面导
航设施，重新设计有关航路和程序，修改调
整间隔标准、扇区划设和终端区空域结构。
远期
(2016
—
2025
年
)
，
在
FL290
及以上均使用
RNP
航路，整个国家空域系统均采用区域导
航方式。该阶段，空域将被重新设计，
CNS
／
ATM
技术将充分应用，
自由航路越来越多，
并引入新的自动
化系统，从固定的航线转变为灵活的、用户可选择的自由航线。此外，在
上述三个阶段中，美国对洋区、终端区和进近范围内基于性能的导航发展规划都做了详细
描述。
美国
Q
航路为高空区域导航航路，提供了灵活的飞行航迹，不受限于地基导航设
备位置，
为更有效的设计程序和使用空域提供了条件。第一条
Q
航路是建立在墨西哥湾，代替以前
的传统航路，此后，
Q
航路就在美国西
部、南部以及加拿大和美国之间的大湖地区实施。
“Q”
是美国用于指配这些区域导航
航路的代号，按照有关导航规定，
Q
航路标准为
RNAV
-2
。
Q
航路依据
FAA8260.3
((
美国终端区仪表程序标准
)
的规定而划设，航路内
相邻两点间
的最小距离是
12
海里，最大距离是
500
海里，平行
Q
航路的中心线间的最小距离为
8
海里，
与一般的航路相同。
Q
航路在运行过程中，必须采用雷达监控以确保有效的航路容差。
Q
航
路可以采用
GPS
或
DME
／
DME
结合
IRU
进行导
航。如果某条
Q
航路拟采用
DME
／
DME
运行，就必
须进行地基
DME
设备性能的分析
，如果
DME
信号不能覆盖整条航路，则航空器需要安装
GPS
导航设备。一般来说，航路交通管制中心
(ARTCC)
提出新辟航路的要求，包括
Q
航路，
FAA
负责划设、评估和飞行校验。目前，
F
从正在修改有关划设
Q
航路的规章。
FAA
的
AC
90-100
中描述了
Q
航路运行要
求，包括对航空器的机载设备要求和机组的训练要求。
(
二
)<
/p>
欧洲情况
1998
年
1
月
29
日，欧洲率先实施了
BASIC
—
R
NAV
(B
—
RNAV)(
基础区域导航
)
，被认为是航路
飞行阶段实施区域导航运行的第一步过渡。欧洲
RN
AV
导航技术分为
B
—
RNAV
和
P
—
RNAV
，计
划在
2010
年后发展为
RNP
< br>方式。就侧向导航精度而言，
B
—
RNAV
相当于
RNP5
的精度，<
/p>
P
—
RNAV
相当于
RNPl
的精度，但对于性能方
面的要求，
RNAV
要比
RNP
的运行要求低。在欧洲空
域内航路飞行阶段
均要求航空器具备
B
—
RNAV
的能力，其具体要求为，在考虑各种飞行误
差情况下，航空器
95
％的飞行时间内必须保持在标称航迹左右各
9.3
公
里
(5
海里
)
范围内
。
2004
< br>年后，欧洲开始使用
P-RNAV
技术，应用于终端空域
，使终端区设计得到优化，增强
了飞行灵活性，提高了空域容
量。
P-RNAV
航路的导航性能精度相当于
< br>RNP1
，但不等同于
RNP
1
，要求在考虑各种飞行误差情况下，航空器
95
％的飞行时间内必须保持在标称航迹左
右各
1.85
公里
(1
海
里
)
范围内。
P-RNAV
运行是使用
DME
／
D
ME
、
VOR
／
DME
、
GNSS
、
INS
／
IRS
等一种或几
种组合的导航信息源确定航空器的位置，但不包括垂直导航功能。在欧洲的基
于性能导航发展规划中，
2010
年后主要航路
和所有的终端区必须实施区域导航运行，并向
3D
和
4D
的区域导航应用发展。
(
三
)
日本情况
航路运行方面，
日本
1992
年开始建立
RNAV
航路，于
1998
年在洋区实施了
RN
P10
区域导航航
路，目前共实施了
60
多条
RNAV
航路。飞行程序方面，
1999
年开始在东京机场实施区域
导航
进场程序，并逐步推广到其他
5
个主要机场。
2005
年日本制订了<
/p>
RNAV
发展计划》，分为三
个阶段，
具体为：
< br>2007
年年底前，完成相关准备工作，引入国际统一技术标准。
2008
年
至
2012
年，实施
RNAV5
航路，同时研究实施
RNP2
航路并逐步推广到非雷达管制空
域，实现
大部分终端区内实施
RNA
V1
飞行程序。
20013
年以后，在
FL290
以上全部实施
RNP2
航路，并
在大中型机场实施
RNP1
飞行程序。
四、基于性能导航
基于性能导航
(PBN)
规定了区域导航系统内航空
器沿
ATS
航路、仪表进近程序和空域飞行时
< br>
的性能要求，是通过空域运行所需的精度、完整性、持续性、可用性和功能来确
定的。
PBN
运行的两个基本要素是
导航标准和支持系统运行的导航设施。导航标准是在已定义的
空域概念下对航空器和机组人员提出的一系列要求，定义了区域导航系统所需要的性能及
具体的功能要求。
PBN
的概念体现了
导航方式从基于导航源到基于性能导航的转变，导航
标准不仅
定义了性能要求，同时也定义了导航源和设备的选择方式，能够对国家和运行者
提供具体的实施指导。
(
一
)P
BN
内容
PBN
是空域概念的要素之一，通信、
ATS
监视和
ATM
也是空域概念的基本要素
(
< br>见图
2)
。
PBN
的概念依赖于区域导航
(RNAV)
系统的应用，
有两个核心要素，导航设施和导航标准，在空
域概念下将这两
个要素应用到
ATS
航路和仪表飞行程序中又产生了另一个要素
：导航应用
。
导航标准：国家一般将导航标准作为其适航和运行批准的基础。导航标准包括：
RN
AV
系统
在精确性、完整性、可用性
和连续性方面要求。导航标准包括
RNP
标准和
RNAV
标准，但
RNP
标
准包括完备的机载性能监视和告警要求，
RNAV
标准不包括此
内容。目前
RNAV
和
RNP
标准
的精度要求只是在横向和纵向两个维度上
，不包括纵向的飞行技术容差
FTE)
。
导航设施：导航设施指地基和
星基导航设备。地基导航设施主要包括
DME
和
VOR
，星基导
航设施主要
指
GNSS
。
导航应用：导航应用是导航标准和导航设施在
ATS
航路、仪
表进近程序或根据空域概念定
义的某一空域范围内的应用。<
/p>
RNAV
标准支持
RNAV
应用，
RNP
标准支持
RN
P
应用。如
GNSS
、
DME
／
DME
／
IRU
、
DME
／
DME
任意一种导航源都可满足
RNAVI
标准，但特定的国家，对于需要
满足
RNAVI
标准的导航设备性能不仅仅
依赖于航空器的机载能力，有限的
DME
设备或
GNSS
政
策因素都可能导
致该国对
RNAVI
标准具有特定的导航设备要求。如
A
国家的
AIP
可能规
定把
GNSS
作为
< br>RNAV1
标准的一种要求
(
因
为
A
国家只有
GNSS
为有效设备
)
，
B
国家的
AIP
可能要求把
DME
／
DME
／
IRU
作为其
RNAVI
标准的要求
(
因为该国政策上不允许使用
GNSS)
。虽然每种导航
标准都可以作为
RNAV1
的应用，但只装备了
GNSS
的航空器只能在
A
< br>国家中获得符合
RNAVI
运
行的批准，在
B
国家中却不行。
PBN
在空
域规划与障碍物超障评估方面与传统导航方式相比具有很多优势，主要有：
(1)
减少传统航路与程序所需的维护及相关费用。例如，
VOR
台可能用于航路、进近或复飞
等程序，迁移一个
VOR
地面设备可能会影响很多相关
的飞行程序，需要很多费用来进行调
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