淺談RNP AR及技術的優(yōu)勢

　　一、引言

　　基于性能導航（PBN）是國際民航組織（ICAO）在整合各國區(qū)域導航（RNAV）和所需性能導航（RNP）運行實踐和技術標準的基礎上，提出的一種新型運行概念，是近年來國際民航界發(fā)展的一項新航行技術［1］。RNP AR即“需要特殊授權的所需導航性能”，是一種高性能的RNP程序，其本質利用飛機自身的機載導航設備和GNSS（Global Navigation Satellite System）引導飛機起降的新技術，RNP AR是目前國際航空界公認的未來飛行導航的發(fā)展趨勢［2］。RNP AR飛行程序一般用于有空域限制或周圍地形復雜的特殊機場，而且通過使用該程序能夠提升機場的效益（如減小因天氣原因的返航、延誤，增加特殊機場客貨運輸能力、節(jié)約燃油等），進近航段精度值一般在0.3NM至0.1NM之間，而且其只允許使用GNSS為主要導航源。通常情況下，RNP AR 程序設計原則非常有利于最后進近航段，可以降低運行標準，提高航班正常率，為民航運輸安全、正點、高效、經(jīng)濟運行提供了重要保障。

　　二、RNP AR介紹及技術的優(yōu)勢

　　隨著PBN技術的運用，RNP APCH和RNP AR成為更多機場的飛行程序的選擇，為提高運行效率和安全水平提供了更有效的途徑。經(jīng)過多年的艱苦努力，中國民航已經(jīng)在玉樹、拉薩、林芝、麗江、九寨、昌都、黃山、阿里、日喀則、康定、西昌、武夷山、延吉、張家界、喀納斯等十五個機場建立了RNP－AR程序，這些機場均已完成模擬機試飛和實地驗證試飛。迄今為止，實施RNP AR運行或進行過RNP程序試飛的機型有：A319（A319－115、A319－133）、A330（A330－243、A330－300）、B737－700、B757－200四種。

　　RNP AR飛行程序采用了額外的導航精度、完好性和功能，允許使用較低的超障余度容差來運行，可以在最后進近航段中使用曲線航段—RF（Radius to Fix）航段，因此可以在其它類型的進近和離場程序在運行上不可能或者不令人滿意的情況下實施進近和離場程序。RNP AR各程序允許利用高質量的受控水平和垂直導航（VNAV）能力，以改進運行安全并降低可控飛行撞地（CFIT，Controlled Flight Into Terrain）風險。而RNP APCH程序適用于大多數(shù)配備GNSS的飛機，其最后進近階段引導形式的不同分為只有水平引導（LNAV ，Lateral Navigation）、既有LNAV也有垂直引導（VNAV ，Vertical Navigation）進近、以及航向臺性能垂直引導（LPV ，Localizer Performance with Vertical guidance）進近三種形式，但是它仍然要求最后進近航段保持為直線進近，從而使程序設計的靈活性受限。RNP AR飛行程序的安全性取決于航空器性能、運行程序和程序設計之間的相互關系是否適當。

　　RNP AR飛行程序設計規(guī)范支持多種導航精度，如RNP0.3、RNP0.2，一直到RNP0.1。在國內，除非由于運行上的需要而由民航局批準，通常不使用RNP小于0.3的程序，因為RNP值下降使告警門限值（HAL，Horizontal Alert Limit和VAL，Vertical Alert Limit）降低，并增加告警及隨后復飛的可能性，從而影響航班正常性。和RNP APCH程序相比，RNP AR飛行程序航段和保護區(qū)變得更窄，只有主區(qū)沒有緩沖區(qū)或副區(qū)，保護區(qū)寬度為2RNP值如圖2。在設計程序時，使用固定半徑至定位點RF轉彎，可給航路設計帶來更多的靈活性。RF航段是飛機沿一個固定半徑轉彎的弧形航徑飛行，如圖3。

　　RNP AR保護區(qū)寬度

　　圖RF航段轉彎設計

　　在RNP AR進近程序設計中，起始和中間進近航段設計與RNP APCH差別不大，但是保護區(qū)卻不一樣，且RNP AR在起始和中間航段都可以使用RF航段。與RNP APCH區(qū)別最大、最困難的就是最后進近階段。以下附上部分RNP AR中間最后進近程序設計計算方法。

　　三、RNP AR程序中間最后進近參數(shù)自動化計算

　　目前國內一些程序設計單位進行RNP AR飛行程序設計的時候，對于設計方案中每個方向的進離場都需要計算參數(shù)進行保護區(qū)繪制，然后進行安全評估障礙物，這些參數(shù)計算都是基于手工計算，比較繁瑣、周期長、工作量大而且容易出錯，精度也比較低。本文將采用Microsoft的.NET平臺中C#語言通過編程來實現(xiàn)大量參數(shù)的自動計算，這是一個與Windows服務和API整合的全新編程接口，集成了多種核心的技術和服務。其中Microsoft C#語言是一種在.NET Framework上運行程序而設計的。通過.NET Framework類庫（FCL），可訪問許多操作系統(tǒng)服務以及其它許多有用的、精心設計的類，這些類可顯著加快開發(fā)過程，直白的說Visual Studio只是C#的一種開發(fā)工具［3］。

　　本文通過整理某機場RNP AR飛行程序保護區(qū)計算過程的參數(shù)，簡化了輸入確定了輸出，最后得到保護區(qū)繪制評估障礙物所需的參數(shù)計算軟件的框架體系，其實也就是一個多輸入多輸出的系統(tǒng)，如上圖4所示。通過用戶界面輸入需要的參數(shù)，導入程序后臺運算，輸出需要的計算結果并顯示在用戶界面的窗口中。

　　圖：C#程序設計結構圖

　　在設計軟件中輸入所需的已知參數(shù)，所求的參數(shù)就會隨著已知參數(shù)輸入而顯示出來，運行結果為圖5為中間進近航段計算設計窗口，圖6為最后進近航段計算設計窗口。

　　圖：中間進近航段計算設計窗口

　　圖：最后進近航段實例計算

　　四、展望

　　本文根據(jù)民航局新技術路線推廣，RNP AR飛行程序將來可能成為每個機場主用飛行程序。但是RNP AR程序設計時保護區(qū)參數(shù)的計算工作量比較大、易出錯的部分，采用Visual C#設計了參數(shù)的自動化計算設計，能減輕飛行程序設計人員的工作強度，提高工作效率，保證設計質量。由于篇幅原因，不在給出設計界面的部分編碼。

　　參考文獻：

　　［1］ 中國民航局。中國民航PBN實施路線圖［Z］.2009-5

　　［2］ 李娜，鐘育鳴。廈航波音737-700拉薩機場RNP AR驗證試飛成功［N］。中國民航報，2012-6-1

　　［3］ 郭文夷，代方勝.Visual C#.NET可視化程序設計［M］。上海：華東理工出版社，2005

　?。?］ 國際民用航空組織。需要授權的所需性能導航（RNP AR）程序設計手冊（ ICAO DOC 9905）［Z］.2009年第一版