Нетрадиционная навигация
Утряс для себя некоторые понятия, решил поделиться с читателями.
Традиционная навигация
Традиционная навигация(conventional navigation) - это полёт от одного навигационного средства к другому. Полёт "на" или "от" приводной радиостанции (NDB) или VOR/DME.
Зональная навигация
Если навигационная система позволяет лететь в зоне действия VOR/DME не только "на" и "от" радиостанции VOR, а между любыми произвольными точками, то это уже навигационная система RNAV и Зональная Навигация. Это Зональная Навигация основанная на VOR/DME.
Зональная навигация (ARea Navigaron) - метод навигации, позволяющий воздушным судам выполнять полет по любой желаемой траектории в пределах зоны действия наземных(VOR, DME) или спутниковых(GPS или других GNSS) навигационных средств, или в пределах, определяемых возможностями автономных средств(инерциальная система IRS или INS), или их комбинации.
Средства VOR, DME, GNSS и IRS это сенсоры(датчики) RNAV системы. "Гарминки", например GNS430 или G1000, которые стоят на маленьких самолётах это RNAV системы, основанные на GPS. На транспортных самолётах зональную навигацию обеспечивает FMS, помимо GPS использует и VOR/DME и IRS(если оборудованы ей). Несмотря на комплексное использование сенсоров, наиболее важную роль играет GNSS(GPS) из-за глобальной зоны покрытия и очень высокой точности. Зональная навигация без GNSS возможна, но нменно GNSS сделала зональную навигацию такой какова она есть сейчас.
RNAV, RNP, PBN, WTF?
С появлением RNAV систем, государства их стали сертифицировать и составлять спецификации, основываясь на точности. Затем стали рассматривать вопрос более комплексно и появилась концепция RNP - Required Navigation Performance (Требования к навигационным характеристикам), описанная в ICAO Doc 9613 'Manual on Required Navigation Performance (RNP)'.
Этот документ был заменён на 'Performance Based Navigation Manual' - 'Руководство по навигации, основанной на характеристиках'. А концепция RNP была заменена на PBN. Таким образом, PBN - это концепция, а RNP и RNAV это описанные в ней спецификации:
Принципиальное отличие RNP от RNAV в том, что RNP включает обязательное требование к контролю на борту за выдерживанием и выдаче предупреждений о несоблюдении характеристик.
В океаническом пространстве существует навигационная спецификация MNPS - Minimum Navigation Performance Specifications(требования к минимальным навигационным характеристикам). Она сама по себе и продолжит существовать, пока в океаническом пространстве не внедрят PBN.
PBN это концепция зональной навигации, основанной на характеристиках навигационных систем:
Немного об обязательном для RNP контроле за выдерживанием характеристик и целостности: GPS позволяет реализовать на стороне приёмника Автономный Контроль Целостности в Приемнике - RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring). Используя внутреннюю логику и избыточное количество спутников можно определить текущую погрешность и предсказать её на заданный момент времени.
Если навигационная система имеет несколько сенсоров, она также может вычислять Автономный Контроль Целостности ВС - AAIM (Aircraft Autonomous Integrity Monitoring), сравнивая показания нескольких сенсоров между собой.
В том случае, если расчетная погрешность или расхождение между данными различных сенсоров превысит заданное значение, FMS выдаст сообщение "Low position accuracy" или "Check position" или тому подобное.
Нетрадиционная навигация
Если самолёт летит по трассе или схеме зональной навигации, то это RNAV. Если самолёт летит по обычной трассе, или схеме, основанной на традиционной навигации, то это ...на самом деле, всё равно RNAV. Полётом обычно управляет FMS, а FMS это средство зональной навигации, для которой даже традиционная схема "через привод" это полёт по геоточкам безотносительно того, что показывает сама стрелочка привода.
Doc 8168 допускает выполнение традиционных схем с использованием RNAV систем, но при условии, что экипаж контролирует выполнение схемы по традиционному навигационному средству, на котором основана данная схема. На практике, бывает как в записи: привода выключены, а борты заходят "по приводам", и не жалуются.
Если полёт по трассе это полёт от одной точки, заданной координатами к другой, то полет по маршруту прибытия или схеме выхода или может содержать некоторые условные процедуры. Простой пример: набор по прямой 600 метров, далее левой разворот на точку.
Такую траекторию нет смысла определять геоточками, потому что в зависимости от характеристик ВС и погодных условий высота 600 метров может быть достигнута в разных местах.
Или: взлететь, захватить радиал, выполнить разворот и лететь на привод с определенными путевым углом.
Это тоже проблематично закодировать геоточками. Для этого база FMS, хранящаяся в формате ARINC 424 поддерживает 23 вида "траекторий и указателей их окончания" (path and terminators). Например: Направление до абсолютной высоты (VA), Направление до пересечения (VI). Поставщик электронной информации для FMS перерабатывает текстовую и графическую аэронавигационную информацию в электронную и присылает в виде обновления. В FMS такие траектории выглядят так:
Что дает PBN
Если точка не обведена кружочком, то она fly-by. В таком случае FMS посчитает и возьмёт ЛУР(линейное упреждение разворота) исходя из текущих условий.
А также:
Если самолёт оборудован инерциальной навигационной системой(IRS), то до аэродрома он доберётся, хотя точность навигации значительно упадёт. В насыщенном воздушном пространстве начнутся трудности. Если самолёт не оборудован IRS, то помочь может сенсор VOR/DME. Если вблизи нет VOR/DME, FMS перейдет в режим "DEAD RECKONING" - счисления пути на основе скорости и информации о курсе, а экипажу придётся просить векторение или вспоминать "Черного и Кораблина".
Статус PBN в РФ
Ждать ошеломляющих успехов от государства, яростно противящегося новшествам и даже RVSM внедрившего позже всех в мире, не приходится. Де-юре, количество трасс зональной навигации очень мало, но фактически, по большинству трасс без GPS-ки не пролететь, потому что многие привода выведены их эксплуатации. Маршруты прибытия основанные на зональной навигации также используются в очень ограниченном количестве аэропортов. Кстати, буквально на днях к ним добавился Петербург. Так что, не сказать, что работа кипит, но вроде, и не стоит не месте.
Немного о заходах и VNAV
Навигационная система знает место относительно ВПП, высотомер показывает высоту, схема опубликована, можно выполнять RNAV заход. Это неточный заход. Его можно выполнять без дополнительного оборудования.
Если улучшить точность GNSS, развернув Систему Дифференциальной Коррекции(GNSS augmentation), то основываясь на спутниковой навигации, можно выполнять точные заходы c наведением не хуже ILS. У нас это называется "заход СНС" и достигается посредством самолётного оборудования в сочетании с наземными Локальными контрольно-корректирующими станциями ЛККС(Ground-Based Augmentation System GBAS). В РФ есть небольшое количество таких заходов. В США таких заходов уже более тысячи.
Приведу цитату представителя американских авиационных властей FAA: "Спутниковая навигация это второе по важности изобретение для авиации после реактивного двигателя"
Традиционная навигация
Традиционная навигация(conventional navigation) - это полёт от одного навигационного средства к другому. Полёт "на" или "от" приводной радиостанции (NDB) или VOR/DME.
Зональная навигация
Если навигационная система позволяет лететь в зоне действия VOR/DME не только "на" и "от" радиостанции VOR, а между любыми произвольными точками, то это уже навигационная система RNAV и Зональная Навигация. Это Зональная Навигация основанная на VOR/DME.
Зональная навигация (ARea Navigaron) - метод навигации, позволяющий воздушным судам выполнять полет по любой желаемой траектории в пределах зоны действия наземных(VOR, DME) или спутниковых(GPS или других GNSS) навигационных средств, или в пределах, определяемых возможностями автономных средств(инерциальная система IRS или INS), или их комбинации.
Средства VOR, DME, GNSS и IRS это сенсоры(датчики) RNAV системы. "Гарминки", например GNS430 или G1000, которые стоят на маленьких самолётах это RNAV системы, основанные на GPS. На транспортных самолётах зональную навигацию обеспечивает FMS, помимо GPS использует и VOR/DME и IRS(если оборудованы ей). Несмотря на комплексное использование сенсоров, наиболее важную роль играет GNSS(GPS) из-за глобальной зоны покрытия и очень высокой точности. Зональная навигация без GNSS возможна, но нменно GNSS сделала зональную навигацию такой какова она есть сейчас.
RNAV, RNP, PBN, WTF?
С появлением RNAV систем, государства их стали сертифицировать и составлять спецификации, основываясь на точности. Затем стали рассматривать вопрос более комплексно и появилась концепция RNP - Required Navigation Performance (Требования к навигационным характеристикам), описанная в ICAO Doc 9613 'Manual on Required Navigation Performance (RNP)'.
Этот документ был заменён на 'Performance Based Navigation Manual' - 'Руководство по навигации, основанной на характеристиках'. А концепция RNP была заменена на PBN. Таким образом, PBN - это концепция, а RNP и RNAV это описанные в ней спецификации:
Принципиальное отличие RNP от RNAV в том, что RNP включает обязательное требование к контролю на борту за выдерживанием и выдаче предупреждений о несоблюдении характеристик.
В океаническом пространстве существует навигационная спецификация MNPS - Minimum Navigation Performance Specifications(требования к минимальным навигационным характеристикам). Она сама по себе и продолжит существовать, пока в океаническом пространстве не внедрят PBN.
PBN это концепция зональной навигации, основанной на характеристиках навигационных систем:
- точность (Accuracy) - ошибка системы должна быть в пределах значения указанного в названии спецификации(например, 4 мили для RNP-4, 1 миля для RNP-1) в течение по крайней мере 95 % общего полетного времени
- целостность (Integrity) - степень уверенности, возлагающаяся на данные, предоставляемые RNAV системой
- эксплуатационную готовность (Availability) - возможность системы выполнять свою функцию в момент начала её использования. Главным образом, это относиться к приёму сигнала GNSS
- непрерывность (Continuity) - возможность навигационной системы выполнять свою функцию непрерывно
Немного об обязательном для RNP контроле за выдерживанием характеристик и целостности: GPS позволяет реализовать на стороне приёмника Автономный Контроль Целостности в Приемнике - RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring). Используя внутреннюю логику и избыточное количество спутников можно определить текущую погрешность и предсказать её на заданный момент времени.
Если навигационная система имеет несколько сенсоров, она также может вычислять Автономный Контроль Целостности ВС - AAIM (Aircraft Autonomous Integrity Monitoring), сравнивая показания нескольких сенсоров между собой.
В том случае, если расчетная погрешность или расхождение между данными различных сенсоров превысит заданное значение, FMS выдаст сообщение "Low position accuracy" или "Check position" или тому подобное.
Нетрадиционная навигация
Если самолёт летит по трассе или схеме зональной навигации, то это RNAV. Если самолёт летит по обычной трассе, или схеме, основанной на традиционной навигации, то это ...на самом деле, всё равно RNAV. Полётом обычно управляет FMS, а FMS это средство зональной навигации, для которой даже традиционная схема "через привод" это полёт по геоточкам безотносительно того, что показывает сама стрелочка привода.
Doc 8168 допускает выполнение традиционных схем с использованием RNAV систем, но при условии, что экипаж контролирует выполнение схемы по традиционному навигационному средству, на котором основана данная схема. На практике, бывает как в записи: привода выключены, а борты заходят "по приводам", и не жалуются.
Click to viewЕсли полёт по трассе это полёт от одной точки, заданной координатами к другой, то полет по маршруту прибытия или схеме выхода или может содержать некоторые условные процедуры. Простой пример: набор по прямой 600 метров, далее левой разворот на точку.
Такую траекторию нет смысла определять геоточками, потому что в зависимости от характеристик ВС и погодных условий высота 600 метров может быть достигнута в разных местах.
Или: взлететь, захватить радиал, выполнить разворот и лететь на привод с определенными путевым углом.
Это тоже проблематично закодировать геоточками. Для этого база FMS, хранящаяся в формате ARINC 424 поддерживает 23 вида "траекторий и указателей их окончания" (path and terminators). Например: Направление до абсолютной высоты (VA), Направление до пересечения (VI). Поставщик электронной информации для FMS перерабатывает текстовую и графическую аэронавигационную информацию в электронную и присылает в виде обновления. В FMS такие траектории выглядят так:
Что дает PBN
- Точки fly-over и fly-by:
Если точка не обведена кружочком, то она fly-by. В таком случае FMS посчитает и возьмёт ЛУР(линейное упреждение разворота) исходя из текущих условий.
- Боковое смещение. Можно лететь не по оси трассы:
- Траектория "Радиус - контрольная точка" (RF):
- Переход с заданным радиусом (FRT):
А также:
- меньшее расстояние между маршрутами
- более короткие маршруты
- меньшие интервалы между ВС
Если самолёт оборудован инерциальной навигационной системой(IRS), то до аэродрома он доберётся, хотя точность навигации значительно упадёт. В насыщенном воздушном пространстве начнутся трудности. Если самолёт не оборудован IRS, то помочь может сенсор VOR/DME. Если вблизи нет VOR/DME, FMS перейдет в режим "DEAD RECKONING" - счисления пути на основе скорости и информации о курсе, а экипажу придётся просить векторение или вспоминать "Черного и Кораблина".
Статус PBN в РФ
Ждать ошеломляющих успехов от государства, яростно противящегося новшествам и даже RVSM внедрившего позже всех в мире, не приходится. Де-юре, количество трасс зональной навигации очень мало, но фактически, по большинству трасс без GPS-ки не пролететь, потому что многие привода выведены их эксплуатации. Маршруты прибытия основанные на зональной навигации также используются в очень ограниченном количестве аэропортов. Кстати, буквально на днях к ним добавился Петербург. Так что, не сказать, что работа кипит, но вроде, и не стоит не месте.
Немного о заходах и VNAV
Навигационная система знает место относительно ВПП, высотомер показывает высоту, схема опубликована, можно выполнять RNAV заход. Это неточный заход. Его можно выполнять без дополнительного оборудования.
Если улучшить точность GNSS, развернув Систему Дифференциальной Коррекции(GNSS augmentation), то основываясь на спутниковой навигации, можно выполнять точные заходы c наведением не хуже ILS. У нас это называется "заход СНС" и достигается посредством самолётного оборудования в сочетании с наземными Локальными контрольно-корректирующими станциями ЛККС(Ground-Based Augmentation System GBAS). В РФ есть небольшое количество таких заходов. В США таких заходов уже более тысячи.
Приведу цитату представителя американских авиационных властей FAA: "Спутниковая навигация это второе по важности изобретение для авиации после реактивного двигателя"