RNAV-Вовк В.И., Липин А.В., Сарайский Ю.Н

RNAV

Area Navigation

Зональная навигация

RCP

Required Communication Per-

Требуемые характеристики связи

formаnсе

RNP

Required Navigation Perform-

Требуемые навигационные характеристики

аnсе

RSP

Required Surveillance Perform-

Требуемые характеристики наблюдения

аnсе

RTA

Required Time of Arrival

Заданное время прибытия

RTSP

Required Total System Per-

Требуемые характеристики всей системы

formance

CNS/ATM

RTCA

Requirements and Technical

Технические концепции и требования в

Concepts for Aviation

авиации

RVSM

Reduced Vertical Separation

Сокращенные минимумы вертикального

Minima

эшелонирования

SBAS

Satellite Bаsеd Augmentation

Спутниковая система функционального до-

System

полнения

SOPs

Standard Operation Procedures

Стандартные навигационные процедуры

SSR

Secondary Surveillance Radar

Вторичный радиолокатор

TCAS

Traffic Alert Collision Avoidance

Система предупреждения столкновения

System

TMA

Terminal Control Area

Район аэродрома/аэроузла

TNAV

Time Navigation

Зональная навигация по времени

TSE

Total System Error

Общая погрешность системы

TSO

Technical Standard Order

Распоряжение на технический стандарт

VDL

VHF Digital Link

Линия передачи цифровых данных в УКВ

диапазоне

VNAV

Vertical Navigation

Вертикальная навигация

WAAS

Wide Area Augmentation

Дополнительная система с широкой зоной

System

действия

WGS-84

Wold Geodetic System 1984

Всемирная геодезическая система 1984 г.

WPT

Way point

Точка пути

ГЛОНАСС Глобальная навигационная спутниковая система

КПП

Комбинированный пилотажный прибор

КС ПНО

Комплексная система пилотажно-навигационного оборудования

ОВД

Обслуживание воздушного движения

ПИП

Пилотажно-навигационный прибор

ПУИ

Пульт управления и индикации

РК

Руководство по качеству

РТС

Радиотехническая система

РТО

Руководство по техническому обслуживанию

1. ПРИНЦИПЫ ЗОНАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ

1.1. Зональная навигация

В зарубежной практике на

протяжении многих десятилетий маршруты полетов

ВС строились таким образом,

чтобы они проходили через наземные радиомаяки -

как правило, радиомаяки VOR.

Поскольку полет выполнялся «на» или «от» радио-

определяло и индицировало на указателях

типа ПНП (CDI или HIS) сторону и вели-

чину

углового уклонения ВС. Это

позволяло пилоту легко сохранять линию заданно-

го пути, удерживая планку в центре прибора.

Наличие у летного экипажа в

любой

момент времени информации об отклоне-

нии

от заданной траектории

получило

название навигационного наведения

рования в

районе аэродрома давно стало

необходимым

и само

собой разумеющим-

ся условием осуществления аэронавигации в большинстве стран мира.

Возрастание интенсивности

воздушного

движения к

середине

80-х годов приве-

ло

к тому,

что обычных трасс, проходящих через радиомаяки,

во

многих регионах

уже

было

недостаточно для

обеспечения

требуемой

пропускной

способности воз-

Именно в этот период времени в бортовые навигационные системы

стала интенсив-

но внедряться только что появившаяся компьютерная техника, что

оказалось очень

кстати для решения этой задачи.

название «зональной навигации»

(area navigation,

RNAV), поскольку ее осуществ-

ление было возможно только при

нахождении ВС в

пределах зоны действия (range,

возможности

автономного

счисления пути понятие RNAV было

расширено, и в пер-

вом издании

документа

[1] его определение давалось уже

следующим образом:

«Зональная

навигация -

метод навигации, позволяющий воздушным судам вы-

полнять полет по любой желаемой траектории в пределах

действия радиомаяч-

документа

приводит определение в ныне существующем виде: «зональная нави-

гация —

метод навигации, который позволяет воздушному судну выполнять

по-

лет по. любой желаемой траектории».

Можно

обратить внимание, что в этом кратком определении

отсутствует в

яв-

ном виде

один из ключевых элементов RNAV - необходимость

наведения по

этой

ваться самые разные методы

навигации, способы определения местоположения ВС.

Они могут быть основаны на

использовании радиотехнических систем, систем счис-

можностью

задания

произвольных

траекторий и

обеспечением наведения при поле-

те по ним.

Поэтому

более точное

определение

RNAV могло бы выглядеть следую-

средств, обеспечивающих наведение

при полете по

любой желаемой

траекто-

рии».

Оборудование, обеспечивающее

возможность такой

навигации, стали

называть

воздушные трассы часто проходят через такие

поворотные пункты маршрута, в ко-

торых не установлены никакие навигационные

средства. Наведение при

этом

обыч-

но отсутствует, и поэтому выдерживание ЛЗП

в этом случае является

более

слож-

Но в некоторых случаях обеспечивалось

и наведение по произвольным линиям

пути. Элементы зональной навигации в СССР

впервые были реализованы в начале

60-х годов с появлением радиотехнической

системы ближней навигации (РСБН).

Наличие на борту в составе этой системы

блока управления счетно-решающего

тие

зон радиомаяков

на территории

страны,

а полеты разрешалось выполнять толь-

ко

по установленным

воздушным трассам. Поэтому в те годы такой подход к навига-

ции не получил широкого распространения, но по существу это и была RNAV.

Траектория планируемого полета

может

быть задана не только в горизонталь-

точек пути, углов или градиентов

наклона траектории.

Кроме того, может быть зада-

на пространственно-временная

траектория, когда

для некоторых точек задано

- 3D-RNAV -

трехмерная RNAV в

горизонтальной и

вертикальной плоскостях.

Для навигации в вертикальной плоскости испопьзуется аббревиатура VNAV (Vertical

Navigation);

- 4D-RNAV -

четырехмерная RNAV

в горизонтальной

и вертикальной плоско-

буемых

навигационных

характеристик

(RNP

-

Required

Navigation

Performance). Поэтому вопросы зональной навигации

оказались тесно

переплетены

с проблемами RNP. Настолько тесно, что ныне эти два круга вопросов оказались

объединенными в одном документе ИКАО. Ранее

концепция

RNAV и

требования к

стоящее время

он

прекратил свое существование, но весь

его

материал вошел в

«Руководство по требуемым навигационным характеристикам

RNP» [1]. Теперь

RNP

рассматривается

как

инструмент технического и нормативного

регулирования

поле-

тов с применением RNAV.

В чем именно заключаются требования к каждому

из этих типов

навигации, бу-

дет рассказано ниже.

RNAV рассматривается ИКАО как основной

вид навигации будущего, поскольку

она обладает целым рядом неоспоримых преимуществ перед навигацией обычной,

традиционной:

1. Полеты становятся более

безопасными за

счет повышения точности навига-

ции. Это связано с тем, что при введении RNAV в каком-пибо регионе одновременно

вводятся и требования к точности (в виде RNP).

2. Увеличивается пропускная

способность

и

эффективность

использования

происходит с одной

стороны за счет увеличения количества маршрутов в данном

объеме

воздушного

пространства

(теперь

они

не обязательно

должны

проходить

через

радиомаяки),

а с другой

- за

счет

уменьшения

интервалов

бокового

3. Появляется

возможность

сделать

структуру

маршрутов динамичной,

легко

меняющейся в зависимости от

обстановки. При этом могут

быть

учтены интересы

как гражданской,

так и государственной

авиации.

Гибкость

RNAV

позволяет

избе-

казаться

от

радиолокационного наведения

(векторения),

осуществляемого

диспет-

чером в районе аэродрома.

7. Оказывается

возможным

сократить

количество

наземных

навигационных

средств.

При применении методов RNAV должны быть выполнены следующие

обяза-

тельные условия:

- если оборудование RNAV использует

сигналы

наземных

или

спутниковых

средств, то оно должно устойчиво

принимать

эти сигналы

на

всем протяжении поле-

та по маршруту или маневрирования в районе аэродрома;

- координаты точек пути (WPT - waypoints) должны

определяться

и

публико-

ваться в

АИП

государств

во Всемирной

геодезической

системе координат

WGS-84 и

с требуемой точностью, разрешением и целостностью:

- оборудование

RNAV

должно

быть

сертифицировано

для

выполнения

полета

по маршруту и в районе аэродрома;

- летный экипаж должен иметь допуск

к выполнению

полетов

по

маршрутам

RNAV и в районе аэродрома.

следующие задачи:

- определение текущего местоположения ВС;

- хранение информации о маршруте полета, по

которому

должно

осуществ-

ляться наведение,

- определение отклонения от ЛЗП, оставшегося

расстояния

и

других,

необхо-

димых для навигации параметров;

- индикация отклонения на приборной панели пилотов и, при необходимости

передача этого отклонения в автопилот.

В соответствии с положениями [1], в качестве источников информации о место-

положении могут использоваться угломерная система

VOR, дальномерная

система

DME, разностно-дальномерная система LORAN-C,

инерциальная

навигационная

система (ИНС), глобальная спутниковая навигационная система GNSS.

Дадим краткую характеристику различных способов определения

местополо-

радиомаяка в линейное боковое уклонение

от ЛЗП,

оставшееся

расстояние и расче-

те на их основе всех других необходимых для RNAV элементов. В наиболее простых

видах оборудования, обеспечивающих такой

способ,

радиомаяк

как бы «смещается»

координатами, а пеленгом и дальностью

от VOR. При этом оборудование должно

давать возможность ввода не менее трех точек пути.

Невысокая

точность данного способа

определения координат связана в основ-

ном с азимутальным каналом системы, то

есть с VOR. В любых угломерных систе-

мах линейная

погрешность определения

местоположения возрастает пропорцио-

тывающая

погрешности бортового

и наземного оборудования, составляет порядка

1°-2°. Это

значение ограничивает

максимально допустимую дальность использова-

данном районе.

Эта

дальность может меняться от 20 до 100 м.

миль (соответствен-

но для RNP 0.3 и RNP 2).

LORAN-C

Это

импульсно-фазовая разностно-дальномерная

радионавигацион-

пользуемая и в

авиации. Станции этой системы объединены в

цепочки из-3-5 стан-

ций, обслуживающих большой район и работающих совместно

по синхронизирован-

ному графику

излучения. Максимальная дальность действия

системы составляет

ординат (широты и долготы),

ввод маршрута полета, определение уклонения

и рас-

чет многих других навигационных параметров. В принципе LORAN-C (РСДН-10) об-

ладает неплохой точностью

(погрешность определения линии положения

порядка

теристиками приема сигнала поверхностной волны. Использование

же этой

системы

как основного источника информации в

условиях повышенных

требований RNP

RNAV и, тем более, в системе CNS/ATM не предполагается.

ИНС. Инерциальные навигационные

системы являются автономными

система-

налам лазерных

датчиков угловых скоростей

(на отечественном авиационном сленге

их называют «лазерными гироскопами», что, по сути, конечно, неправильно).

Общей чертой любой системы счисления пути является возрастание погрешно-

стей

определения

координат

с

увеличением

продолжительности

полета, поэтому

их

и характеризуют величиной «ухода» счисленного места самолета

от фактического

за

час

полета. В «Руководстве

по

требуемым

навигационным характеристикам» приве-

тальным данным, полученным в

АО «Аэрофлот» на

самолетах Ил-96-300, на кото-

рых установлена американская

ИНС «Litton-90-100»,

средняя квадратическая ради-

альная погрешность определения

места самолета этими системами имеет порядок

0,5 м. миль в час.

Тем не менее, по

причине возрастания погрешностей ИНС не могут использо-

ваться

в

качестве оборудования

RNAV без периодической коррекции счисленных

координат по другим средствам (СНС, DME и т.д.). На

борту ВС обычно устанавли-

вается

три

одинаковых

комплекта

ИНС, что позволяет

повысить точность и надеж-

ность

навигации. Для

повышения функциональной надежности системы и увеличе-

временных

навигационных комплексах

используются различные алгоритмы ком-

плексной

обработки информации - от

простого осреднения координат, выданных

ределять

координаты, а

другие средства использовались только для коррекции. Те-

перь же,

с появлением

СНС, которые также практически непрерывно выдают гораз-

могательного

средства, которое

используется

для контроля спутниковой информа-

ции, а также

для определения

места ВС в

те непродолжительные промежутки вре-

работке отечественной навигационной

интегрированной

системы

НСИ-2000,

а

также

в некоторых других зарубежных и российских навигационных системах.

Наличие в

составе

навигационного

комплекса ИНС, СНС и цифрового вычисли-

теля

полностью

обеспечивает

решение

всех задач RNAV, включая ввод и

сохране-

ние маршрута полета, наведение по линии пути.

DME/DME.

Дальномерный

способ

определения координат (по дальностям до

двух

радиомаяков DME)

обеспечивает

более высокую

точность

определения

место-

квадратическая погрешность измерения

дальности составляет около 0,1 м.

мили, а

на удалении 140 м. миль имеет порядок 1,8 м. мили.

Для определения

местоположения

дальномерным способом ВС должно нахо-

диться одновременно в

зонах действия

двух радиомаяков. Над территорией

Европы

GNSS. К глобальным спутниковым навигационным

системам относят дейст-

вующие в настоящее время американскую GPS Navstar

(чаще на нее ссылаются

просто как на GPS) и отечественную ГЛОНАСС. Планируется внедрение и других

спутниковых систем.

рекомендует

использовать для оценки соответствия RNP RNAV, составляет 33

мет-

ра (по более

поздним источникам см. табл. 1.4). Наряду с высокой точностью,

прие-

ходимо

рассчитать отклонение от заданной траектории и другие требуемые для

RNAV

параметры. С этой целью могут использоваться либо вычислители (компью-

теры),

входящие

в состав бортового оборудования

самих навигационных

систем

(GNSS,

LORAN-С,

ИНС), либо вычислитель бортовой

системы управления

полетом

(FMS).

функциональные требования к оборудованию

зональной навигации. Это означает,

что не предъявляются требования установить

какие-либо системы конкретного ти-

плана полета в любой его части.

4. Возможность

в полете работать с планом полета (составлять, проверять,

изменять), не оказывая влияния на наведение по линии пути:

а) выполнение измененного плана полета только с санкции летного экипажа;

б) возможность

формирования и проверки альтернативного плана полета, не

отключая активный план;

в) возможность формирования плана хотя бы одним из следующих способов:

-

путем ввода обозначений маршрутов;

-

выбором точек пути из базы данных;

-

путем ввода

точек пути пользователя, задавая их широтой и

долготой, пелен-

гом и дальностью, либо другим способом.

5. Возможность

формирования планов полетов сопряжением

маршрутов или

участков маршрутов.

GOTO);

- выполнение полета со смещением

(OFFSET, РТК) на заданную величину, то

есть полета по параллельной ЛЗП. При

этом должна обеспечиваться четкая индика-

ция того, что включен режим смещения.

регионе. Идея,

лежащая в основе этого подхода, впервые была реализована в ре-

гионе Северной

Атлантики

при введении

там минимальных навигационных требова-

ний (МНТ) или,

что то же

самое, MNPS

(Minimum Navigation Performance Specifica-

полняющих попеты в

воздушном пространстве MNPS. Эти требования устанавлива-

лись в виде средней

квадратической погрешности определения места ВС, а также в

чтобы за пределами полосы ±30 м. миль ВС

находилось не дольше, чем 1 час на

2000 часов полета (точное значение 5,3-10– 4).

При этом не

требовалось обязательно

устанавливать

навигационные системы

определенного вида

- ИНС, приемники РНС

«ОМЕGА» или

СНС, хотя именно они

и использовапись для

полетов в этом регионе.

отклонений

и соответствующих им вероятностей, оказался достаточно

продуктив-

ным. Он

удобен всем участникам авиационного процесса. Органам ОВД

- потому,