Nawigacja oparta na wydajności
Nawigacja oparta na charakterystykach ( PBN ) ICAO określa, że wymagania eksploatacyjne systemów nawigacji wymaganej przez statek powietrzny (RNP) i nawigacji obszarowej (RNAV) muszą być określone pod względem dokładności, integralności, dostępności, ciągłości i funkcjonalności wymaganych dla proponowanych operacji w kontekście określonej przestrzeni powietrznej, jeżeli jest wspierany przez odpowiednią infrastrukturę nawigacyjną.
Opis
W przeszłości specyfikacje nawigacji lotniczej były określane bezpośrednio w kategoriach czujników ( latarni nawigacyjnych i/lub punktów nawigacyjnych ). Specyfikacja nawigacji, która zawiera dodatkowe wymagania dotyczące monitorowania wydajności nawigacji na pokładzie i ostrzegania, jest określana jako wymaganej wydajności nawigacji (RNP). Ten, który nie ma takich wymagań, nazywany jest nawigacji obszarowej (RNAV).
Wymagania dotyczące wydajności są określone w specyfikacjach nawigacyjnych, które określają również wybór czujników nawigacyjnych i wyposażenia, które można wykorzystać w celu spełnienia wymagań dotyczących wydajności. Specyfikacje nawigacyjne zawierają szczegółowe wytyczne dotyczące wdrażania w celu ułatwienia globalnej harmonizacji.
W ramach PBN ogólne wymagania nawigacyjne są najpierw definiowane na podstawie wymagań operacyjnych. Władze lotnictwa cywilnego oceniają następnie opcje w odniesieniu do dostępnych technologii i usług nawigacyjnych. Wybrane rozwiązanie byłoby najbardziej opłacalne dla władz lotnictwa cywilnego, w przeciwieństwie do rozwiązania ustanawianego w ramach wymagań operacyjnych. Technologia może ewoluować w czasie bez konieczności ponownego odwiedzania samej operacji, o ile wymagana wydajność jest zapewniana przez system RNAV lub RNP.
PBN oferuje szereg zalet w stosunku do specyficznej dla czujników metody opracowywania kryteriów przestrzeni powietrznej i przewyższenia nad przeszkodami:
- zmniejsza potrzebę utrzymywania tras i procedur specyficznych dla czujników oraz ich koszty. Na przykład przeniesienie pojedynczego VOR może wpłynąć na dziesiątki procedur, ponieważ VOR może być używany na trasach, podejściach VOR , nieudanych podejściach itp. Dodanie nowych procedur specyficznych dla czujników zwiększyłoby te koszty, a szybki rozwój dostępnych systemów nawigacji wkrótce sprawią, że trasy i procedury specyficzne dla czujników staną się niedostępne;
- unika potrzeby opracowywania operacji specyficznych dla czujników z każdą nową ewolucją systemów nawigacyjnych, co byłoby nieopłacalne. Oczekuje się, że ekspansja usług nawigacji satelitarnej przyczyni się do dalszego zróżnicowania systemów RNP i RNAV w różnych samolotach. Pierwotny podstawowy globalnego systemu nawigacji satelitarnej (GNSS) ewoluuje w związku z rozwojem rozszerzeń, takich jak satelitarne systemy wspomagające (SBAS), naziemne systemy wspomagające (GBAS) i naziemne regionalne systemy wspomagające (GBAS), podczas gdy wprowadzenie Galileo i modernizacja amerykańskiego globalnego systemu pozycjonowania (GPS) oraz rosyjskiego globalnego systemu nawigacji satelitarnej (GLONASS) jeszcze bardziej poprawią wydajność GNSS. Rozszerza się również wykorzystanie GNSS/ integracji inercyjnej ;
- pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie przestrzeni powietrznej (rozmieszczenie tras, oszczędność paliwa i ograniczenie hałasu );
- wyjaśnia, w jaki sposób wykorzystywane są systemy RNAV; I
- ułatwia proces zatwierdzania operacji przez władze lotnictwa cywilnego , udostępniając ograniczony zestaw specyfikacji nawigacyjnych przeznaczonych do użytku globalnego.
W przestrzeni powietrznej na wymagania PBN będą miały wpływ środowiska łączności, nadzoru i kontroli ruchu lotniczego (ATC), infrastruktura pomocy nawigacyjnej oraz możliwości funkcjonalne i operacyjne potrzebne do spełnienia wymagań aplikacji ATM. Wymagania dotyczące wydajności PBN zależą również od tego, jakie rewersje , środki nawigacji inne niż RNAV są dostępne i jaki stopień redundancji jest wymagany do zapewnienia odpowiedniej ciągłości operacji.
Aby osiągnąć wzrost wydajności i przepustowości częściowo umożliwiony przez RNAV i RNP, FAA będzie dążyć do wykorzystania komunikacji danych i ulepszonych funkcji nadzoru .
Tło
Techniki i specyfikacje nawigacji obszarowej zaczęły ewoluować regionalnie bez ogólnych wytycznych ICAO. W konsekwencji oznaczało to, że terminy i definicje, takie jak „RNAV” i „RNP”, miały nieco inne znaczenie w różnych regionach świata, a nawet inne terminy mogły być używane lokalnie. Przykładem tego jest termin „P-RNAV” (precyzyjny RNAV), którego Europa nadal używa (2019), który gdzie indziej nosi nazwę „RNAV 1”.
Terminy RNAV i RNP były wcześniej używane z niewielką różnicą funkcjonalną. RNP wymagało określonego poziomu wydajności, ale nie próbowało określić, w jaki sposób ma to być gwarantowane.
Nawigacja oparta na wydajności (PBN) to inicjatywa ICAO mająca na celu ujednolicenie terminologii, specyfikacji i znaczeń. Jednym z przykładów jest ujednolicenie terminologii stosowanej w odniesieniu do APV (podejścia z prowadzeniem pionowym). Wszystkie APV były do niedawna określane jako podejścia RNAV, podczas gdy w rzeczywistości są to podejścia RNP w odniesieniu do implementacji PBN. Wszystkie APV wymagają pokładowego monitorowania osiągów i ostrzegania, więc system nie tylko może nawigować z wymaganą dokładnością, ale musi także stale monitorować osiągi i być w stanie ostrzec pilota, jeśli jego osiągi spadną poniżej tego, który jest wymagane.
Podejścia te miały mylące nazwy i oznaczenia na wykresach, a przejście na euro jest obecnie przeprowadzane we wszystkich państwach członkowskich. Dwa rodzaje podejść RNAV tradycyjnie nazywane są RNAV (GNSS) i RNAV (RNP) , gdzie pierwsze jest tradycyjnym podejściem z prostej z ostatecznej pozycji podejścia, a drugie jest bardziej złożonym podejściem, które zakrzywia się w płaszczyźnie poziomej po pozycji końcowego podejścia, która wymaga zezwolenia na jej rozpoczęcie ( AR = Authorization Required ). Prawidłowe nazewnictwo i oznaczenie dla tych podejść w ramach realizacji PBN to odpowiednio RNP i RNP AR . Obrazy po prawej stronie pokazują nazewnictwo aktualnie używanych wykresów i jak będą wyglądać w PBN.
Wpływ na planowanie przestrzeni powietrznej
Gdy minima separacji i odstępy między trasami są określane przy użyciu konwencjonalnego podejścia opartego na czujnikach, dane dotyczące wydajności nawigacji wykorzystywane do określenia minimów separacji lub odstępów między trasami zależą od dokładności surowych danych z określonych pomocy nawigacyjnych, takich jak VOR, DME lub NDB . Z kolei PBN wymaga systemu RNAV, który integruje surowe dane nawigacyjne, aby zapewnić rozwiązanie do pozycjonowania i nawigacji. Przy określaniu minimów separacji i odstępów między trasami wykorzystuje się ten „wynik” zintegrowanej wydajności nawigacji.
Wydajność nawigacji wymagana od systemu RNAV jest częścią specyfikacji nawigacji. Aby określić minima separacji i odstępy między trasami, planiści przestrzeni powietrznej w pełni wykorzystują tę część specyfikacji nawigacyjnej, która opisuje osiągi wymagane od systemu RNAV. Planiści przestrzeni powietrznej wykorzystują również wymagane osiągi (dokładność, integralność, dostępność i ciągłość) do określenia odstępów między trasami i minimów separacji.
W przestrzeni powietrznej kontrolowanej proceduralnie oczekuje się, że minima separacji i odstępy między trasami określone w specyfikacjach RNP przyniosą większe korzyści niż te oparte na specyfikacjach RNAV. Wynika to z faktu, że pokładowa funkcja monitorowania działania i ostrzegania mogłaby złagodzić brak służby dozorowania ATS poprzez zapewnienie alternatywnych środków ograniczania ryzyka.
Przejście do PBN
Oczekuje się, że wszystkie przyszłe aplikacje RNAV i RNP będą identyfikować wymagania nawigacyjne za pomocą specyfikacji wydajności, a nie poprzez definiowanie konkretnych czujników nawigacyjnych.
Dolina Meksyku będzie pierwszą w Meksyku, w której zastosowany zostanie system nawigacji oparty na wydajności, co pozwoli nowym międzynarodowym portom lotniczym Felipe Ángeles , międzynarodowym portom lotniczym Mexico City i międzynarodowym portom lotniczym Toluca działać jednocześnie bez operacji jednego utrudniającego te innych.
Zakres
Ze względu na dziedzictwo związane z poprzednią koncepcją RNP, PBN jest obecnie ograniczone do operacji z liniowymi wymaganiami dotyczącymi wydajności bocznej i ograniczeniami czasowymi. Z tego powodu operacje z wymaganiami dotyczącymi osiągów kątowo-bocznych (tj. podejścia i lądowania z prowadzeniem pionowym GNSS – procedura podejścia z prowadzeniem pionowym APV-I i APV-II), jak również system lądowania według wskazań przyrządów (ILS) i mikrofalowy system lądowania (MLS) ) nie są brane pod uwagę. W przeciwieństwie do monitorowania bocznego i pokonywania przeszkód, do barometru Systemy VNAV nie ostrzegają o błędzie pionowym ani nie ma dwukrotnej zależności między wymaganą 95% całkowitą dokładnością systemu a limitem wydajności. Dlatego barometryczny VNAV nie jest uważany za pionowy RNP.
Monitorowanie wydajności na pokładzie i ostrzeganie
Pokładowe monitorowanie wydajności i ostrzeganie to główny element określający, czy system nawigacyjny spełnia wymagany poziom bezpieczeństwa związany z aplikacją RNP. Odnosi się to zarówno do wydajności żeglugi poprzecznej , jak i wzdłużnej ; i umożliwia załodze lotniczej wykrycie, że system nawigacyjny nie osiąga lub nie może zagwarantować z integralnością 10-5 wydajności nawigacyjnej wymaganej dla operacji.
Systemy RNP zapewniają poprawę integralności operacji. Może to pozwolić na bliższe odstępy między trasami i może zapewnić wystarczającą integralność, aby umożliwić używanie tylko systemów RNAV do nawigacji w określonej przestrzeni powietrznej. Zastosowanie systemów RNP może zatem przynieść znaczne korzyści w zakresie bezpieczeństwa, eksploatacji i wydajności.
Pokładowe funkcje monitorowania wydajności i ostrzegania spełniają dwie potrzeby, jedną na pokładzie samolotu, a drugą w ramach projektu przestrzeni powietrznej. Zapewnienie wydajności systemu pokładowego jest dorozumiane dla operacji RNAV. W oparciu o istniejącą zdatność do lotu kryteriów, systemy RNAV są wymagane jedynie do zademonstrowania zamierzonej funkcji i wydajności przy użyciu wyraźnych wymagań, które są szeroko interpretowane. Powoduje to, że chociaż nominalna wydajność systemu RNAV może być bardzo dobra, charakteryzuje się zmiennością funkcjonalności systemu i związanych z tym osiągów lotu. Systemy RNP zapewniają środki minimalizujące zmienność i zapewniające niezawodne, powtarzalne i przewidywalne operacje lotnicze.
Pokładowe monitorowanie osiągów i ostrzeganie pozwalają załodze lotniczej wykryć, czy system RNP spełnia wymagania nawigacyjne wymagane w specyfikacji nawigacyjnej. Pokładowe monitorowanie wydajności i ostrzeganie dotyczą zarówno wydajności nawigacji poprzecznej, jak i wzdłużnej.
Pokładowe monitorowanie działania i ostrzeganie dotyczą działania systemu nawigacji obszarowej.
- „na pokładzie” wyraźnie oznacza, że monitorowanie osiągów i ostrzeganie mają wpływ na pokład statku powietrznego, a nie gdzie indziej, np. za pomocą naziemnego monitora przestrzegania trasy lub nadzoru ATC. Element monitorowania pokładowego monitorowania osiągów i ostrzegania dotyczy błędu technicznego lotu (FTE) i błędu systemu nawigacyjnego (NSE). Błąd definicji ścieżki (PDE) jest ograniczony przez integralność bazy danych i wymagania funkcjonalne na zdefiniowanej ścieżce i jest uważany za nieistotny.
- „monitorowanie” odnosi się do monitorowania osiągów statku powietrznego w odniesieniu do jego zdolności do określania błędu pozycjonowania i/lub podążania po pożądanej ścieżce.
- „alarmowanie” odnosi się do monitorowania: jeśli system nawigacyjny statku powietrznego nie działa wystarczająco dobrze, załoga lotnicza zostanie o tym powiadomiona.
Funkcje specyficzne dla RNAV i RNP
Operacje lotnicze oparte na osiągach opierają się na możliwości zapewnienia niezawodnych, powtarzalnych i przewidywalnych torów lotu w celu zwiększenia przepustowości i wydajności planowanych operacji. Wdrożenie operacji lotniczych opartych na osiągach wymaga nie tylko funkcji tradycyjnie zapewnianych przez system RNAV, ale może również wymagać określonych funkcji w celu poprawy procedur oraz operacji w przestrzeni powietrznej i ruchu lotniczym. Możliwości systemu dla ustalonych ścieżek o stałym promieniu, utrzymywania RNAV lub RNP oraz przesunięć bocznych należą do tej kategorii.
Ścieżki o stałym promieniu
Ścieżki o stałym promieniu (FRP) przybierają dwie formy:
- typ ramienia promienia do mocowania (RF) jest jednym z typów ramion, które należy stosować, gdy wymagany jest określony promień zakrzywionej ścieżki w terminalu lub procedurze podejścia. Odnoga RF jest zdefiniowana przez promień, długość łuku i fiksację. Systemy RNP obsługujące ten typ nóg zapewniają taką samą zdolność dostosowania się do dokładności utrzymywania toru podczas zakrętu, jak na odcinkach prostych. Limity kątów przechylenia dla różnych typów statków powietrznych i wiatrów w górze są brane pod uwagę w projektowaniu procedur.
- przejście o stałym promieniu (FRT) jest przeznaczone do stosowania w procedurach trasowych. Te zakręty mają dwa możliwe promienie, 22,5 NM dla tras na dużych wysokościach (powyżej FL 195) i 15 NM dla tras na niskich wysokościach. Wykorzystanie takich elementów ścieżki w trasie RNAV umożliwia poprawę wykorzystania przestrzeni powietrznej poprzez blisko rozmieszczone trasy równoległe.
Zakręty przelotowe
Zakręty przelotowe są kluczową cechą toru lotu RNAV. System RNAV wykorzystuje informacje o prędkości samolotu, kącie przechylenia, wietrze i zmianie kąta toru lotu w celu obliczenia zakrętu toru lotu, który płynnie przechodzi z jednego segmentu toru do drugiego. Ponieważ jednak parametry wpływające na promień skrętu mogą się różnić w zależności od płaszczyzny, a także ze względu na zmieniające się warunki prędkości i wiatru, punkt rozpoczęcia skrętu i obszar skrętu mogą się różnić.
Wzór trzymania
System RNAV ułatwia specyfikację wzorca oczekiwania , umożliwiając zdefiniowanie kursu do punktu oczekiwania , kierunku skrętu i czasu odcinka lub odległości na prostych odcinkach, a także możliwość zaplanowania wyjścia z ładowni. W przypadku systemów RNP dostępna jest dalsza poprawa trzymania. Te ulepszenia RNP obejmują przelotowe wejście do ładowni, minimalizując niezbędną chronioną przestrzeń powietrzną po stronie strefy oczekiwania, która nie jest w posiadaniu, zgodnie z podanymi limitami RNP. Tam, gdzie stosuje się utrzymywanie RNP, sugeruje się maksimum RNP 1, ponieważ mniej rygorystyczne wartości niekorzystnie wpływają na wykorzystanie i projekt przestrzeni powietrznej.
Przesunięty tor lotu
Systemy RNAV mogą zapewniać załodze lotniczej możliwość określenia bocznego przesunięcia od określonej trasy. Zasadniczo przesunięcia boczne można określać w krokach od 1 NM do 20 NM. Gdy przesunięcie boczne jest aktywowane w systemie RNAV, statek powietrzny RNAV opuści określoną trasę i zazwyczaj przechwyci przesunięcie pod kątem 45° lub mniejszym. Po anulowaniu przesunięcia samolot wraca na zdefiniowaną trasę w podobny sposób. Takie przesunięcia mogą być wykorzystywane zarówno strategicznie, tj. stałe przesunięcie na długości trasy, jak i taktycznie, tj. czasowo. Większość systemów RNAV przerywa przesunięcia w obszarze terminala lub na początku procedury podejścia, przy ładowaniu RNAV lub podczas zmiany kursu o 90° lub więcej.
Statki powietrzne operujące w przestrzeni powietrznej północnego Atlantyku muszą spełniać specyfikację minimalnych osiągów nawigacyjnych (MNPS). Specyfikacja MNPS została celowo wyłączona z PBN ze względu na jej obowiązkowy charakter oraz ponieważ nie przewiduje się przyszłych implementacji MNPS.
Przyszły rozwój
Jest prawdopodobne, że aplikacje nawigacyjne przejdą od aplikacji 2-wymiarowych do 3-/4-wymiarowych, chociaż obecnie trudno jest określić ramy czasowe i wymagania operacyjne. W związku z tym nadal należy opracować pokładowe monitorowanie wydajności i ostrzeganie w płaszczyźnie pionowej (pionowe RNP), a trwające prace mają na celu zharmonizowanie podłużnych i liniowych wymagań dotyczących wydajności. Wymagania dotyczące osiągów kątowych związane z podejściem i lądowaniem zostaną w przyszłości uwzględnione w zakresie PBN. Podobnie, mogą być również zawarte specyfikacje wspierające specyficzne dla śmigłowca wymagania dotyczące nawigacji i oczekiwania w zakresie funkcjonalności.
Linki zewnętrzne
Ten artykuł zawiera materiały należące do domeny publicznej ze stron internetowych lub dokumentów Federalnej Administracji Lotnictwa .