精選-飛行學(xué)習(xí)文件-三分鐘教你讀懂RAIM預(yù)報(bào)

1、三分鐘教你讀懂RAIM預(yù)報(bào)（一）GNSS6位原理GNSSI Global Navigation Satellite System（全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）的縮寫。 現(xiàn)在投入使用的GNS隘統(tǒng)主要有四套：美國的GPS俄羅斯的“格洛納斯”、 歐洲的“伽利略”和中國的“北斗”。其中以美國的GP繇統(tǒng)使用最為廣泛。這四套GNS隘統(tǒng)的定位原理基本相同，都是依靠接收機(jī)與多個(gè)衛(wèi)星間的測 距來進(jìn)行定位。GNSST用的測距方法有兩種：偽距測距和載波相位測距。機(jī)載 GNS系統(tǒng)屬于單點(diǎn)定位，只能使用偽距測距。偽距測距利用衛(wèi)星信號(hào)發(fā)出和接收的時(shí)間差計(jì)算距離。由于GNSSE星是運(yùn)動(dòng)的，這里的測距值其實(shí)是接收機(jī)距離衛(wèi)星飛行后方某個(gè)

2、點(diǎn)的距離，所以被稱作“偽距”。當(dāng)接收機(jī)獲得多個(gè)衛(wèi)星測距后，就可以根據(jù)“星歷”（衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)）計(jì)算出 飛機(jī)的位置。這個(gè)計(jì)算過程與原始導(dǎo)航中的 DME/DME位十分相似。（1）平面雙臺(tái)定位在二維平面中，根據(jù)兩個(gè) DME&的測距值可以確定兩個(gè)點(diǎn)借助諸如VORS向線等其他定位手段，我彳門可以將錯(cuò)誤的點(diǎn)排除。FMCT以利用這種方法修正慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差，得到精確的飛機(jī)位置(詳見文后說明)。(2)平面三臺(tái)定位在平面內(nèi)如果有三個(gè)DME&進(jìn)行測距，即可得出唯一的位置點(diǎn)(3)立體三星定位如果把DM品“裝”在衛(wèi)星上，在三維空間內(nèi)定位的話，三個(gè)測距值能夠獲 得兩個(gè)位置點(diǎn)。通過邏輯判斷法，系統(tǒng)可以排除

3、錯(cuò)誤的位置點(diǎn)，因?yàn)殄e(cuò)誤位置點(diǎn) 在太空中，比衛(wèi)星還高。這就是三星定位的基本原理。三顆衛(wèi)星，三組測距數(shù)據(jù)，從理論上講我們已經(jīng)可以在三維空間中確定飛機(jī) 的位置了。（4）時(shí)間誤差導(dǎo)致的“第四變量”GNS添統(tǒng)利用信號(hào)的時(shí)間差進(jìn)行測距。 任何細(xì)微的時(shí)間誤差被放大30萬倍 （光速）都將變得無法接受。所以GNS海統(tǒng)要求衛(wèi)星和接收機(jī)的時(shí)間必須保持嚴(yán) 格的一致。GNSSfi星上使用的是原子鐘，同時(shí)還受地面站的監(jiān)控和校準(zhǔn)。原子鐘精度 極高，但是造價(jià)高昂。機(jī)載GNSSg收機(jī)上使用的是“廉價(jià)的”石英鐘。（當(dāng)然這 個(gè)“廉價(jià)”只是相對(duì)而言的。）機(jī)載石英鐘的精度遠(yuǎn)低于原子鐘。“機(jī)載時(shí)鐘”與“衛(wèi)星時(shí)鐘”之間的誤差被稱作“接收機(jī)

4、鐘差”。一旦“接收機(jī)鐘差”混入定位計(jì)算，就會(huì)被放大 30萬倍（偽距=時(shí)間差X光速）。所以在 GNSSt位過程中，除了經(jīng)度、緯度和高度以外，還存在一個(gè)必須解算的變量 “接收機(jī)鐘差”。既然定位存在四個(gè)待解變量，那就必須至少引入四組數(shù)據(jù)進(jìn)行解算。 這就是 我們通常所說的GNSSt位至少需要4顆衛(wèi)星的原因。（二）RAIM（接收機(jī)自主完好性監(jiān)控）前文講到，接收機(jī)至少需要4顆衛(wèi)星才能完成定位。那么就存在這樣一個(gè)問 題：萬一某顆衛(wèi)星出現(xiàn)故障，定位數(shù)據(jù)就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。僅有 4顆衛(wèi)星可用時(shí)，定 位錯(cuò)誤無法被系統(tǒng)識(shí)別和糾正。如果GNSSg收機(jī)能搜索到5顆可用的衛(wèi)星，按照“4顆衛(wèi)星定位一次” 的原則排列組合，接收機(jī)可

5、以做5次定位計(jì)算。通過5組數(shù)據(jù)的對(duì)比，接收機(jī)就 能夠發(fā)現(xiàn)出衛(wèi)星故障了。這個(gè)對(duì)比/識(shí)別的功能，就是我們所說的 RAIM儂收機(jī) 自主完好性監(jiān)控）。如果GNS秋收機(jī)能搜索到5顆以上衛(wèi)星，系統(tǒng)就能夠進(jìn)行更多次的定位 計(jì)算。此時(shí)RAIM不僅能夠提供衛(wèi)星故障的警報(bào)，還能夠識(shí)別出是哪顆衛(wèi)星發(fā)生 故障。在某些GNSSK統(tǒng)中，接收機(jī)可以根據(jù) RAIM結(jié)果將錯(cuò)誤的衛(wèi)星排除在外RAIM是GNS腋收機(jī)的一種功能，目的是監(jiān)控 GNSSfi星的可靠性。接收機(jī)必須搜索到至少5顆可用衛(wèi)星，RAIM才能夠工作。還需要注意的一點(diǎn)是， RAIM 并不監(jiān)控GNSSg收機(jī)本身的故障。所有航空用GNSSg收機(jī)都必'須具備RAIM

6、功能。只要可用衛(wèi)星不少于 5顆, RAIM功能即自動(dòng)工作。RAIM是FMCH介導(dǎo)航精度的重要依據(jù)之一。機(jī)組不需要 直接監(jiān)控RAIM結(jié)果，只需要監(jiān)控ANPfi有沒有超過RNPfi即可?！癛AIM功能的輸出是對(duì)GPS位置誤差的估值。自治完好性監(jiān)測值送給FMC FMC利用此自治完好性監(jiān)測數(shù)據(jù)決定 GPSt據(jù)是否能用于導(dǎo)航?！币灰籅737NG 飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)“ANP是FMC根據(jù)RAIM更新方法以及其它因素計(jì)算的，它的值一直波動(dòng)。 只要ANP不超過RNP沒有實(shí)際或可靠的方法幫機(jī)組解釋 ANP波動(dòng)。如果ANP增 力口超過RNP出現(xiàn)UNABLE REQD NAV PERF RNP警報(bào)。”« B737

7、機(jī)組訓(xùn) 練手冊(cè)（三）RAIM HOLE （RAIM 空洞）既然RAIM功能至少需要5顆衛(wèi)星才能完成，那飛行中會(huì)不會(huì)遇到湊不夠 5 顆可用衛(wèi)星的情況呢？這種情況是存在的。無法搜索到 5顆可用衛(wèi)星的區(qū)域被稱 之為“RAIM空洞”。在RAIM空洞中，接收機(jī)無法對(duì)衛(wèi)星的可靠性進(jìn)行監(jiān)控。RAIM空洞的發(fā)生主 要受下面三個(gè)因素的影響。（1）星歷星歷是GNSSE星運(yùn)行的軌道數(shù)據(jù)，說白了就是一張時(shí)間表，告訴我們衛(wèi)星 什么時(shí)間在什么地點(diǎn)。以GPSS統(tǒng)為例，GPS-共有21顆正常工作衛(wèi)星和3顆備 份衛(wèi)星。衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，每12小時(shí)繞地球一圈。依照星歷計(jì)算在某一時(shí)間、 某一區(qū)域，理論上就是湊不夠 5顆衛(wèi)星的。（2

8、）MASK ANGLE儆遮高度角、截止高度角）當(dāng)接收機(jī)定位時(shí)，位置過低、距天地線過近的衛(wèi)星容易受到電離層和地形的 干擾，造成定位誤差。所以系統(tǒng)會(huì)設(shè)定一個(gè)遮蔽高度角，低于這個(gè)角度的衛(wèi)星被視作不可靠。遮蔽高度角越大，視作不可靠的衛(wèi)星就越多，RAIM空洞出現(xiàn)的概率也就越大。（3）衛(wèi)星故障通告如果衛(wèi)星主控站發(fā)現(xiàn)某顆 GNSSS星出現(xiàn)故障，會(huì)對(duì)外發(fā)出衛(wèi)星故障通報(bào)。 可用衛(wèi)星數(shù)量減少也會(huì)增大RAIM空洞出現(xiàn)的概率。（四）RAIM預(yù)報(bào)“不可靠，即不可用”是航空運(yùn)行中一個(gè)通行的準(zhǔn)則。并不是說在 RAIM空 洞中4星定位的數(shù)據(jù)就一定會(huì)出現(xiàn)偏差，問題在于定位數(shù)據(jù)的可靠性無從監(jiān)控。 所以RAIM空洞中的GNS漱據(jù)不

9、能被視作有效。這就好比某機(jī)場宣布“盲降不提供使用”，但實(shí)際上盲降設(shè)備仍然處于開機(jī) 狀態(tài)一樣。盲降信號(hào)可能準(zhǔn)確，也可能不準(zhǔn)確，我們無從證實(shí)。所以我們不會(huì)使 用盲降進(jìn)近程序。如果某條航路，或者某個(gè)飛行程序以 GNSSt位作為唯一導(dǎo)航信息源，那我 們就必須隨時(shí)監(jiān)控RAIM空洞的位置。當(dāng)飛行路線處于 RAIM空洞的覆蓋范圍時(shí)， 需要向機(jī)組發(fā)出預(yù)警。這就是我們所說的 RAIM預(yù)報(bào)?！叭绻A(yù)測到計(jì)劃飛行的任何階段失去 RAIM持續(xù)超過5分鐘，則此飛行 應(yīng)推遲或取消，或者在滿足 RAIM要求的區(qū)域重新擬定飛行計(jì)劃。駕駛員應(yīng)評(píng)估 在GPS導(dǎo)航失效的情況下的導(dǎo)航能力（可能需要飛往備降場）?！痹诤铰?和終端區(qū)實(shí)施

10、RNAV1和RNAV2的運(yùn)行指南“如果預(yù)測連續(xù)5分鐘以上失去RAIM RNR!行應(yīng)被延遲、取消或采取其他 運(yùn)行方法。”一一在終端區(qū)和進(jìn)近中實(shí)施 RNP勺運(yùn)行批準(zhǔn)指南以GNSS乍為唯一導(dǎo)航信號(hào)源，常見于RNAV亢路飛行和RNP®近程序。RAIM 空洞對(duì)于RNP®近的影響尤為嚴(yán)重。在實(shí)際運(yùn)行中，在預(yù)報(bào)RAIM空洞的時(shí)段內(nèi)， RNR!近都是被禁止的。RAIM預(yù)報(bào)由一些專業(yè)公司提供給航空公司和機(jī)場當(dāng)局。RAIM預(yù)報(bào)的計(jì)算需要考慮GPSM歷、衛(wèi)星故障通告、機(jī)場截止高度角等因素。在報(bào)文中會(huì)給出RAIM 不可用的時(shí)段。在某些為航空公司提供的RAIM頁報(bào)中可能還會(huì)考慮機(jī)載GNS魅收機(jī)性能特

11、 點(diǎn)，例如飛行路線、天線安裝位置、轉(zhuǎn)彎坡度等對(duì)衛(wèi)星信號(hào)接收的影響。這一類 報(bào)文不光能夠預(yù)報(bào)RAIM空洞出現(xiàn)的時(shí)段，還能夠?qū)δ骋粫r(shí)段內(nèi)程序要求的RNP值是否可行提供預(yù)報(bào)。(五)一個(gè)實(shí)例筆者一次執(zhí)行浦東-仙臺(tái)航班，在航前閱讀航行通告時(shí)注意到：仙臺(tái)機(jī)場世 界時(shí)0435z-0500z期間，用于進(jìn)近的“ GPS RAIM”中斷。航班預(yù)計(jì)在仙臺(tái)著陸 時(shí)間恰好處于這一時(shí)段內(nèi)。(1)是否存在備用飛行程序根據(jù)氣象資料分析仙臺(tái)機(jī)場預(yù)計(jì)使用 09號(hào)跑道著陸。09號(hào)跑道的主用進(jìn)近 方式為RNP®近，備用進(jìn)近方式為目視進(jìn)近。(2)備用飛行程序是否可用氣象資料顯示，仙臺(tái)機(jī)場符合目視進(jìn)近所需的氣象標(biāo)準(zhǔn)。 據(jù)此筆者

12、認(rèn)定航班 可以正常執(zhí)行。(3)兩手準(zhǔn)備在東京管制區(qū)開始下降后，機(jī)組收聽仙臺(tái)機(jī)場通播。仙臺(tái)機(jī)場發(fā)布的進(jìn)近方 式為 “VISUAL APP。此時(shí)FMO示飛機(jī)到場時(shí)間剛好在RAIM失效期以外。但機(jī)組無法確定機(jī)場 是否會(huì)在RAIM失效期過后立刻恢復(fù)RNR!近。所以機(jī)組在進(jìn)近準(zhǔn)備時(shí)對(duì) RNF® 近和目視進(jìn)近都進(jìn)行了復(fù)習(xí)。FMCS場程序按照RNR!近輸入。止匕外，為了避免臨時(shí)倉促改變進(jìn)近方式帶來的麻煩，筆者還放出了一手獨(dú)門必殺絕技一一飛慢點(diǎn)兒。聯(lián)系仙臺(tái)進(jìn)近后，得到指令“雷達(dá)引導(dǎo)，09號(hào)RNAVS近"。機(jī)組使用09號(hào)RNP®近正常落地。(六)本文小結(jié)(1)GNSS系統(tǒng)偽距法定位

13、需要至少4顆衛(wèi)星。(2)RAIM是GNS腋收機(jī)的一項(xiàng)功能，目的是監(jiān)控衛(wèi)星的可靠性。(3)RAIM需要至少5顆衛(wèi)星才能工作。(4)RAIM空洞是指搜索不到5顆衛(wèi)星，無法使用RAIM功能的區(qū)域。(5)RAIM預(yù)報(bào)是對(duì)RAIM空洞位置和時(shí)段的預(yù)報(bào)。(6)如果航路或進(jìn)近使用GNSS乍為單一信號(hào)源，飛彳T計(jì)劃中必須提供 RAIM 預(yù)報(bào)。機(jī)組應(yīng)當(dāng)注意核對(duì)預(yù)報(bào)是否對(duì)飛行存在影響。番外篇1: Baro-Aiding (高度支助方式)“當(dāng)4顆衛(wèi)星可用時(shí)，GPS存貯ADIRS的慣性高度和GPS高度之間的差 值。保存此高度差值是為了當(dāng)只有 3顆衛(wèi)星可用時(shí)，可以估計(jì)出GPSS度。在高 度支助方式下，GPS等從ADIR

14、S得到的飛機(jī)高度加上地球半徑的長度作為第 4個(gè) 數(shù)據(jù)。只有在下列三個(gè)條件成立下，GPS!入高度支助方式：- GPS已在導(dǎo)航方式- 只有3顆衛(wèi)星可用，并且對(duì)定位有較好的幾何位置關(guān)系- 在GPS存貯器內(nèi)存貯著慣性高度和 GPS高度之間的差值當(dāng)?shù)?個(gè)衛(wèi)星重新在視野中見到后，GPSB新恢復(fù)正常工作?！? « B737NGS機(jī)維護(hù)手冊(cè)利用“ADIRUSS度+地球半徑”的方Baro-Ading提供了一個(gè)很巧妙的思路。 法，把地心作為“第四顆衛(wèi)星”。那么在RAIM空洞中，能否用同樣的方法把地心作為“第五顆衛(wèi)星”呢 ？答案 是肯定的。但是B737NG勺導(dǎo)航系統(tǒng)能否利用Baro-Ading參與RAIM

15、功能，筆者 還沒有找到明確的文獻(xiàn)說法。如果有了解這方面知識(shí)的朋友，還望不吝賜教。番外篇2: “DME / DME / IRU”定位FMCT以禾I用DME/DM惻距修正慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差，得到精確的當(dāng)前位置。在DME&的數(shù)量和精度滿足要求的情況下，“ DME/DME/IRU定位并不比GNSS 定位的精度差。在RNAV1!離場中“ DME/DME/IRU定位可以作為唯一的導(dǎo)航源 使用。B737NGe裝有裝有兩部頻掃DM舔統(tǒng)。FMQI動(dòng)在“機(jī)組選定頻率”和“位 置更新頻率”之間快速切換。所以 FMC©置更新不會(huì)影響機(jī)組使用甚高頻導(dǎo)航。 機(jī)組可以在CDU勺NAV STATU第一頁看到

16、FMC®：置更新所使用的導(dǎo)航臺(tái)?！叭绻O(shè)備正在用于導(dǎo)航，識(shí)別碼高光，數(shù)據(jù)以大字體顯示。如果設(shè)備正 在被接收但未用于導(dǎo)航，識(shí)別碼不為高光，但所顯示的數(shù)據(jù)為大字體。如果設(shè)備 正在被調(diào) 諧但未接收到，數(shù)據(jù)以小字體顯示。如果助航設(shè)備已失效，F(xiàn)AIL將以 小字體顯示?！币灰籅737飛行機(jī)組操作手冊(cè)0 MEIRSINDEXSHIFT>VOR-L M117 DttELSTATUS 1VOR-R機(jī)組也可以在CDU勺NAV STATU第二頁人工抑制FMC®：置更新在某些機(jī)場的RNAV®離場程序中，會(huì)指定“關(guān)鍵DME?" (Critical DME) 如果GNS漱據(jù)不

17、可用，飛機(jī)完全依賴“ DME/DME/IRU定位，機(jī)組必須確認(rèn)關(guān)鍵 DME&工作正常才能執(zhí)行該進(jìn)離場程序。番外篇3: GNSS曾強(qiáng)系統(tǒng)出于國家安全目的，各個(gè)GNS隙統(tǒng)的所有國都對(duì)系統(tǒng)的導(dǎo)航精度有所保留。 民用GNSSK統(tǒng)的定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于軍用系統(tǒng)，其中既有衛(wèi)星信號(hào)頻率的原因， 也有人為有意摻加誤差的原因。以美國的 GPS為例，民用的標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(SPS) 定位精度原本可以達(dá)到1525米，但是被美國軍方干擾降為100米。軍方使用的 精密定位服務(wù)(PPS)定位精度在95%概率小于18米。如何利用民碼的信號(hào)獲得更高的定位精度呢 ？人們陸續(xù)開發(fā)除了各種GNSS 增強(qiáng)系統(tǒng)。GNSS曾強(qiáng)系統(tǒng)分為三類：機(jī)載增強(qiáng)系統(tǒng)(ABAS)、地基增強(qiáng)系統(tǒng)(GBAS) 和星基增強(qiáng)系統(tǒng)(SBAS)o(1)機(jī)載增強(qiáng)系統(tǒng)(ABAS)機(jī)載增強(qiáng)系統(tǒng)通過機(jī)載設(shè)備來提高 GNSSt位精度，例如我們上文提到過的 RAIM就是是典型的機(jī)載增強(qiáng)系統(tǒng)。機(jī)載增強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)備簡單、成本低，是現(xiàn)在普 及率最高的GNSS曾強(qiáng)系統(tǒng)。但機(jī)載增強(qiáng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)也很明顯，只能被動(dòng)的回避 低精度時(shí)段，不能主動(dòng)提高定位精度。(2)地基增強(qiáng)系統(tǒng)(GBAS)地基