CN116307316B - 基于rnp ar进近程序分段式越障降落航线优化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于RNP AR进近程序分段式越障降落航线优化方法及系统，其方法如下：A、按照目标机场降落跑道位置信息、目标机场地形数据通过RNP AR进近程序规划出RNP AR进近航线，并以RNPA R进近航线为中心划设出越障保护区；B、筛选出影响RNP AR进近航线各个航段的障碍物位置及障碍物高程信息，并计算得到RNP AR进近航线的航段的航路点的最低下降高度；C、将最后进近定位点之前的航段按照下滑角VPAk依次进行调整修改，同时对各个航路点的最低下降高度进行提升航路点高度调整修改，最后得到调整后的RNP AR进近航线并存储数据。本发明得到的RNP AR进近航线的各个定位点均获得降到的越障余度，具有更长、更稳定的下滑剖面，有效提升了飞行品质与运行安全。
Description
技术领域
本发明涉及民航飞机降落航线设计领域，尤其涉及一种基于RNP AR进近程序分段式越障降落航线优化方法及系统。
背景技术
飞机降落需要根据目标机场周边地形设计降落航线，降落航线需要考虑机场附近的地形（包括障碍物）等因素，为了规范飞机降落导航，国际民航组织ICAO规范DOC8168和DOC9905文件规范记录了基于RNP AR导航规范，使用基于垂直气压导航BARO-VNAV方式在飞机降落的最后进近阶段的设计方法及越障规则等具体要求及规范。
在现有技术中，依据设计规范要求，飞机降落会规划处一个适合降落的最后进近航段，依据规章，最后进近航段原则上不超过10海里，飞机降落下降高度至最后进近航段，然后飞机在最后进近航段（也称最后进近定位点之前的航段）按照固定下滑角（通过将下滑角定义为VPA）施行降落着陆跑道。而在进入到最后进近航段之前（本专利申请中最后进近航段之前是指受目标机场周围地形影响且飞机实施降落的有限航段，这段航段在降落时需要下降飞行高度且需要考虑越障，是一个有限的航段，最后进近航段之前就排除了飞机降落中但距离目标机场较远或不可能受到附近障碍物影响的航段），飞机飞行控制往往使用的是过点前高度控制原则，主要是通过对最后进近航段之前的航段所影响的地形（主要是障碍物）进行高度控制，重点是考虑越障要求；此设计方法被普遍适用于所有基于BARO-VNAV的进近方式中，一直沿用至今。这样，在最后进近航段之前的航段在考虑越障时会让航段飞行控制较为困难，而且即使机载飞行管理计算机系统（FMS）运行会无法最终实现最后进近航段之前的航段衔接（因为会出现衔接距离短、时间短，衔接无法有效实施而终止进近），也会增加飞行控制难度；根据RNP AR导航规范及实施RNP AR进近方法要求（与传统导航方式不同），运行全程需要使用机载飞行管理计算机系统（FMS）管理，FMS对最后进近阶段与其前序航段（最后进近阶段之前的阶段）衔接上受到计算机航段过渡衔接算法逻辑的制约，会出现偶发衔接失败的情形，也会出现不能按照预定降落航线进入到最后进近阶段，最终只能复飞。究其原因，是在个别地形较为复杂，或者气象条件复杂的环境下，外界因素对机载飞行管理计算机系统（FMS）的逻辑运算构成干扰，由于最后进近本身航段不超过10海里，距离较短，留给机组反应的时间非常有限（就是在目标机场降落最后进近阶段之前的航段较短，反应时间就比较短），当FMS出现逻辑错误的时候，原本严格按照规章设计的飞行轨迹无法有效实施时，机组遇到此类情况，只能选择终止进近，这就在一定概率上给运行带来风险。在基于RNP AR导航规范，如何设计最后进近航段之前、最后进近航段有效安全衔接，以及最后进近航段之前的航段有效安全衔接，是涉及到飞机降落着陆成功率及飞机操控难度的关键，也是提升飞行品质和运行安全的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服背景技术存在的技术问题，提供一种基于RNP AR进近程序分段式越障降落航线优化方法及系统，对最后进近定位点之后的航段设定为恒定下滑角VPA0，将最后进近定位点之前的航段按照下滑角VPAk依次进行调整修改，并得到调整修改后的RNP AR进近航线，各个定位点均获得降到的越障余度；最后进近定位点之前的航段按照下滑角VPAk安全下降，具有更长、更稳定的下滑剖面，可以更有利于机组对飞机姿态的控制，也能保证RNP AR进近程序实施RNP AR进近管理并让航段有效安全衔接，降低终止进近或复飞几率，有效提升了飞行品质与运行安全。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种基于RNP AR进近程序分段式越障降落航线优化方法，其方法如下：
A、按照目标机场降落跑道位置信息、目标机场地形数据通过RNP AR进近程序规划出RNP AR进近航线，目标机场地形数据包括目标机场障碍物数据，目标机场障碍物数据包括障碍物位置、障碍物高程信息，并以RNP AR进近航线为中心划设出越障保护区；
B、提取位于越障保护区中的目标机场障碍物数据，筛选出影响RNP AR进近航线各个航段的障碍物位置及障碍物高程信息，并计算得到RNP AR进近航线的航段的航路点的最低下降高度，同时确定着陆的最后进近定位点；
C、将最后进近定位点之后的航段设定为恒定下滑角VPA0，将最后进近定位点之前的航段按照下滑角VPAk依次进行调整修改，同时对各个航路点的最低下降高度进行提升调整航路点高度，提升调整后的航路点高度大于提升调整前航路点的最低下降高度，其中，VPA0-1.2°≤下滑角VPAk≤VPA0-0.4°；最后得到调整后的RNP AR进近航线并存储数据。
为了更好地实现本发明，在步骤C中，根据最后进近定位点至机场跑道入口之间的航段设定降落的恒定下滑角VPA0；以最后进近定位点开始按照下滑角VPAk依次调整修改RNPAR进近航线的各航段及航路点高度，k为以最后进近定位点开始往后的航段标号，VPAk表示k航段标号的航段的下滑角。
进一步的优选技术方案，本发明设定最后进近定位点之前的航段的下滑角VPAk为相同的下滑角。
优选地，在步骤A中，目标机场降落跑道位置信息包括跑道经纬度和高程信息。
一种基于进近程序分段式越障降落航线优化系统，包括输入模块、RNP AR进近程序、RNP AR进近航线调整模块和输出模块；
输入模块用于输入目标机场降落跑道位置信息、目标机场地形数据，目标机场地形数据包括目标机场障碍物数据，目标机场障碍物数据包括障碍物位置、障碍物高程信息；
RNP AR进近程序用于根据目标机场降落跑道位置信息、目标机场地形数据规划出RNP AR进近航线，RNP AR进近程序内部具有越障保护区划设模块，越障保护区划设模块用于以RNP AR进近航线为中心划设出越障保护区；
RNP AR进近航线调整模块包括航路点最低高度计算模块和航段调整模块，航路点最低高度计算模块用于筛选出影响RNP AR进近航线各个航段的障碍物位置及障碍物高程信息，并计算得到RNP AR进近航线的航段的航路点的最低下降高度，RNP AR进近航线调整模块确定着陆的最后进近定位点；航段调整模块将最后进近定位点之后的航段设定为恒定下滑角VPA0，并按照恒定下滑角VPA1修改调整最后进近定位点之后的航段；航段调整模块将最后进近定位点之前的航段从最后进近定位点开始按照下滑角VPAk依次进行调整修改，同时对各个航路点的最低下降高度进行提升调整航路点高度，提升调整后的航路点高度大于提升调整前航路点的最低下降高度，k为以最后进近定位点开始往后的航段标号，VPAk表示k航段标号的航段的下滑角；
输出模块用于存储和输出调整后的RNP AR进近航线。
作为本发明基于进近程序分段式越障降落航线优化系统进一步优选的技术方案，本发明系统设定最后进近定位点之前的航段的下滑角VPAk为相同的下滑角。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明通过RNP AR进近程序规划出RNP AR进近航线并划设出越障保护区，确定最后进近定位点，对最后进近定位点之后的航段设定为恒定下滑角VPA0，将最后进近定位点之前的航段按照下滑角VPAk依次进行调整修改，并得到调整修改后的RNP AR进近航线，各个定位点均获得降到的越障余度；最后进近定位点之前的航段按照下滑角VPAk安全下降，具有更长、更稳定的下滑剖面，可以更有利于机组对飞机姿态的控制，也能保证RNP AR进近程序实施RNP AR进近管理并让航段有效安全衔接，降低终止进近或复飞几率，有效提升了飞行品质与运行安全。飞机按照RNP AR进近航线下降着陆作业能持续通过FMS的FinallAPP生效判断，有效降低非正常下降概率，提升了安全水平和安全裕度，提升了航班正常运行率。
附图说明
图1为实施例中规划出RNP AR进近航线及划设的越障保护区的示意图；
图2为实施例中得到RNP AR进近航线的航段的航路点的最低下降高度的示意图；
图3为实施例中RNP AR进近航线调整原理示意图；
图4为实施例中RNP AR进近航线调整后的下滑剖面图；
图5为本发明基于RNP AR进近程序分段式越障降落航线优化系统的原理框图。
实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：
实施例
如图1～图4所示，一种基于RNP AR进近程序分段式越障降落航线优化方法，其方法如下：
A、按照目标机场降落跑道位置信息、目标机场地形数据通过RNP AR进近程序规划出RNP AR进近航线（参见图1），目标机场地形数据包括目标机场障碍物数据，目标机场障碍物数据包括障碍物位置、障碍物高程信息，并以RNP AR进近航线为中心划设出越障保护区；目标机场降落跑道位置信息包括跑道经纬度、高程信息。
B、提取位于越障保护区中的目标机场障碍物数据，筛选出影响RNP AR进近航线各个航段的障碍物位置及障碍物高程信息，并计算得到RNP AR进近航线的航段的航路点的最低下降高度（参见图2），同时确定着陆的最后进近定位点；
C、将最后进近定位点之后的航段设定为恒定下滑角VPA0，将最后进近定位点之前的航段按照下滑角VPAk依次进行调整修改，同时对各个航路点的最低下降高度进行提升调整航路点高度（参见图3、图4），提升调整后的航路点高度大于提升调整前航路点的最低下降高度，其中，VPA0-1.2°≤下滑角VPAk≤VPA0-0.4°；最后得到调整后的RNP AR进近航线并存储数据。
在一些实施例中，步骤C的航段设计进一步技术方案是：根据最后进近定位点至机场跑道入口之间的航段设定降落的恒定下滑角VPA0。最后进近定位点之前的航段按照如下方法进行调整修改：以最后进近定位点开始按照下滑角VPAk依次调整修改RNP AR进近航线的各航段及航路点高度，k为以最后进近定位点开始往后的航段标号，VPAk表示k航段标号的航段的下滑角。具体如下：最后进近定位点之前的第一个航段的航段标号设为1（即k=1），第二个航段的航段标号设为2（即k=2），依次类推，第k个航段的航段标号设为k；第一个航段的第一个定位点就是最后进近定位点，第二个定位点就是航段另一个末点，飞机降落在第一个航段降落飞行是从第二个定位点下降高度至第一个定位点，对于第一个航段调整方法如下：第一个航段的第一个定位点（同第一个航段的的第一个航路点）不变化，按照下滑角VPA1调整修改RNP AR进近航线中最后进近定位点之前的第一个航段的第二个定位点（这样，第一个航段的第二个定位点就调整修改，同时也调整修改了第一个航段整个航段，整个航段为下滑角VPA1的斜线下降航段；第一个航段的第二个定位点等同第一个航段的的第二个航路点），使得第一个航段的第二个定位点降落到第一个定位点按照下滑角VPA1呈斜线下降飞行。对于第二航段调整方法如下：第二个航段的第一个定位点（同第二个航段的的第一个航路点）就为第一个航段调整后的第二个定位点（前述以对第一个航段的第二个定位点进行了调整修改，在调整修改第二个航段时，以调整后的第一个航段为基础），按照下滑角VPA2调整修改RNP AR进近航线中最后进近定位点之前的第二个航段的第二个定位点（这样，第二个航段的第二个定位点就调整修改，同时也调整修改了第二个航段整个航段，整个航段为下滑角VPA2的斜线下降航段；第二个航段的第二个定位点等同第二个航段的的第二个航路点），使得第二个航段的第二个定位点降落到第一个定位点按照下滑角VPA2呈斜线下降飞行。依次类推，完成最后进近定位点之前的所有航段的调整修改，所有航段调整后的定位点均必须保证高于航路点的最低下降高度。
在一些实施例中，本发明可以设定最后进近定位点之前的航段的下滑角VPAk为相同的下滑角。
如图5所示，一种基于进近程序分段式越障降落航线优化系统，包括输入模块、RNPAR进近程序、RNP AR进近航线调整模块和输出模块；
输入模块用于输入目标机场降落跑道位置信息、目标机场地形数据，目标机场地形数据包括目标机场障碍物数据，目标机场障碍物数据包括障碍物位置、障碍物高程信息；
RNP AR进近程序用于根据目标机场降落跑道位置信息、目标机场地形数据规划出RNP AR进近航线，RNP AR进近程序内部具有越障保护区划设模块，越障保护区划设模块用于以RNP AR进近航线为中心划设出越障保护区；
RNP AR进近航线调整模块包括航路点最低高度计算模块和航段调整模块，航路点最低高度计算模块用于筛选出影响RNP AR进近航线各个航段的障碍物位置及障碍物高程信息，并计算得到RNP AR进近航线的航段的航路点的最低下降高度，RNP AR进近航线调整模块确定着陆的最后进近定位点；航段调整模块将最后进近定位点之后的航段设定为恒定下滑角VPA0，并按照恒定下滑角VPA1修改调整最后进近定位点之后的航段；航段调整模块将最后进近定位点之前的航段从最后进近定位点开始按照下滑角VPAk依次进行调整修改，k为以最后进近定位点开始往后的航段标号，VPAk表示k航段标号的航段的下滑角；
输出模块用于存储和输出调整后的RNP AR进近航线。
在一些实施例中，本发明设定最后进近定位点之前的航段的下滑角VPAk为相同的下滑角。
实施例
如图1～图4所示，基于RNP AR进近程序分段式越障降落航线优化方法，其方法如下：
A、按照目标机场降落跑道位置信息、目标机场地形数据通过RNP AR进近程序规划出RNP AR进近航线，目标机场地形数据包括目标机场障碍物数据，目标机场障碍物数据包括障碍物位置、障碍物高程信息，并以RNP AR进近航线为中心划设出越障保护区，RNP AR进近程序按照国际民航组织ICAO规范DOC8168和DOC9905文件规范记录的RNP AR导航规范进行规划，本实施例以隆子机场28号跑道为例，其规划出隆子机场28号跑道的RNP AR进近航线并划设出越障保护区，如图1所示。目标机场降落跑道位置信息包括跑道经纬度、高程信息。
B、提取位于越障保护区中的目标机场障碍物数据，筛选出影响RNP AR进近航线各个航段的障碍物位置及障碍物高程信息，并计算得到RNP AR进近航线的航段的航路点的最低下降高度，同时确定着陆的最后进近定位点。以隆子机场28号跑道为例，筛选出影响RNPAR进近航线的各个航段对飞机高度限制的高大地形（主要是障碍物位置及障碍物高程信息），计算得到RNP AR进近航线的航段的航路点的最低下降高度，如图2所示，图中标注了“VIP/FAP”的点，即为RNP AR进近程序的最后进近定位点，在最后进近定位点之前，各点高度为逐步下降，过最后进近定位点后，以恒定下滑角下降高度直至落地。
C、将最后进近定位点之后的航段设定为恒定下滑角VPA0（在实施例中，最后进近定位点之后的恒定下滑角VPA0设定为2.8°），将最后进近定位点之前的航段按照下滑角VPAk依次进行调整修改，同时对各个航路点的最低下降高度进行提升调整航路点高度，提升调整后的航路点高度大于提升调整前航路点的最低下降高度，其中，VPA0-1.2°≤下滑角VPAk≤VPA0-0.4°；最后得到调整后的RNP AR进近航线并存储数据。在实施例中，NS606点为最后进近定位点，NS606至跑道入口RW28直接采取恒定下滑角VPA0进近落地，而NS610-NS609-NS606之间，则为飞行下降，非恒定下滑角下降（本发明设定最后进近定位点之前的航段的下滑角VPAk为相同的下滑角，下滑角VPAk均设定为1.7°）。
按照步骤B的方法，确定了最后进近定位点之前的各个航段的定位点的最低下降高度（或飞机飞行最低安全高度），然后按照下滑角VPAk=1.7°依次进行调整修改，如图3、图4所示，将最后进近定位点之前的各个点的高度依据一个较小的下滑角整体提升，直至提升至一个稳定的较小下滑角（本实施例下滑角VPAk=1.7°），并能满足按照这个较小下滑角计算出各点的高度，不低于此前基于地形所需的最低飞行安全高度。所增设的下滑角航段换成一个1.7°下滑角的下降程序。调整后的各个航段的定位点高度如下表所示。
调整修改后的各个航段的定位点的高度更高，可以确保在下降至各点前获取较大的越障余度。
本实施例已被中国国际航空股份有限公司西南分公司采纳，并已在隆子机场实施运行。运行结果表明，采用1.7°下滑角调整修改后的RNP AR进近航线，在经过RNP AR进近程序执飞后，机组反映有明显的执行效率的提升，并极大降低了工作负荷。飞行过程中，路径剖面更顺畅，FMS出现意外未执行情况的概率更小，已成为国航西南公司高高原RNP AR运行进近程序范例，将来会继续推广到更多的高高原复杂机场RNP AR进近程序运行。
从运行角度看，本实施例极大的优化了飞行操作，具体原因如下：当FMS管理飞机飞至NS618点之前，机组由于明确NS618点将优先进入一个较小的下滑角阶段，则会在NS618点过点同时，观察FMS生效Final APP模式情况。假如此时已经生效，则飞机在继续进近至NS606时，以提前完成相关最后进近FMS生效工作；而假如在NS618点未能生效Final APP模式，则机组依然有充足的时间从NS618下降至NS606过程中再次尝试在NS606前生效FinalAPP，传统技术是没有补救时机而只能终止进近（在实施本程序的飞机，在飞到最后进近定位点之前，机组有一个标准操作程序，是必须在最后进近定位点之前，生效一个叫做FinallAPP的模式，这样才可以正常的继续下降直至落地。但生效这个Final APP需要有FMS自行判断，同时，Final APP只能在具备严格下滑角的航段才可以生效。这样就导致机组需要在最后进近定位点那个地方，每次过最后进近定位点的同时，判断FMS有没有生效（生效的显示会在飞机显示屏幕上有所体现），如果生效了，则继续进近；假如没有生效，机组必须决策终止进近。这就带来了一个终止进近机组决策的需求。但同时，往往最后进近航段最长只有10海里，有的比10海里还短，也就是从最后进近到落地，按规章最多只有10海里，这个距离飞机飞过去时间很短，在这么短的时间内，机组需要最关注的就是飞机的姿态是否稳定、形态是否已成为稳定进近状态（包括起落架、襟翼形态、速度等，同时还需要与地面联系，工作量较大，这么短暂的时间做决策，尤其是一旦出现非正常状态下的终止进近决策，时间是很短暂的。在本实施例中，由于NS618点就开始进入下滑角进近，FMS已经可以具备生效FinalAPP的条件，只要在NS618进入1.7°下滑角航段的时候生效了Final APP，则会一直保持到NS606进而落地，中途中是不会断开的，而如果在NS618点没生效Final APP成功，机组依然有一段时间可从NS618-NS606再次尝试生效该模式，有效的突破了最后进近10海里的限制）。这样就提升了安全水平和裕度，并提升了航班正常运行率。而且，如图4所示，本实施例将具有更长、更稳定的下滑剖面，可以更有利于机组对飞机姿态的控制，包括航空器形态的转变、速度调整，并有更加充裕的时间做好稳定进近所需的一切准备。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于RNP AR进近程序分段式越障降落航线优化方法，其特征在于：其方法如下：
A、按照目标机场降落跑道位置信息、目标机场地形数据通过RNP AR进近程序规划出RNP AR进近航线，目标机场地形数据包括目标机场障碍物数据，目标机场障碍物数据包括障碍物位置、障碍物高程信息，并以RNP AR进近航线为中心划设出越障保护区；
B、提取位于越障保护区中的目标机场障碍物数据，筛选出影响RNP AR进近航线各个航段的障碍物位置及障碍物高程信息，并计算得到RNP AR进近航线的航段的航路点的最低下降高度，同时确定着陆的最后进近定位点；
C、将最后进近定位点之后的航段设定为恒定下滑角VPA0，将最后进近定位点之前的航段按照下滑角VPAk依次进行调整修改，VPAk表示k航段标号的航段的下滑角，k为以最后进近定位点开始往后的航段标号，同时对各个航路点的最低下降高度进行提升调整航路点高度，提升调整后的航路点高度大于提升调整前航路点的最低下降高度，其中，VPA0-1.2°≤下滑角VPAk≤VPA0-0.4°；最后得到调整后的RNP AR进近航线并存储数据。
2.按照权利要求1所述的基于RNP AR进近程序分段式越障降落航线优化方法，其特征在于：在步骤C中，根据最后进近定位点至机场跑道入口之间的航段设定降落的恒定下滑角VPA0；以最后进近定位点开始按照下滑角VPAk依次调整修改RNP AR进近航线的各航段及航路点高度。
3.按照权利要求1所述的基于RNP AR进近程序分段式越障降落航线优化方法，其特征在于：设定最后进近定位点之前的航段的下滑角VPAk为相同的下滑角。
4.按照权利要求1所述的基于RNP AR进近程序分段式越障降落航线优化方法，其特征在于：在步骤A中，目标机场降落跑道位置信息包括跑道经纬度和高程信息。
5.一种基于RNP AR进近程序分段式越障降落航线优化系统，其特征在于：包括输入模块、RNP AR进近程序、RNP AR进近航线调整模块和输出模块；
输入模块用于输入目标机场降落跑道位置信息、目标机场地形数据，目标机场地形数据包括目标机场障碍物数据，目标机场障碍物数据包括障碍物位置、障碍物高程信息；
RNP AR进近程序用于根据目标机场降落跑道位置信息、目标机场地形数据规划出RNPAR进近航线，RNP AR进近程序内部具有越障保护区划设模块，越障保护区划设模块用于以RNP AR进近航线为中心划设出越障保护区；
RNP AR进近航线调整模块包括航路点最低高度计算模块和航段调整模块，航路点最低高度计算模块用于筛选出影响RNP AR进近航线各个航段的障碍物位置及障碍物高程信息，并计算得到RNP AR进近航线的航段的航路点的最低下降高度，RNP AR进近航线调整模块确定着陆的最后进近定位点；航段调整模块将最后进近定位点之后的航段设定为恒定下滑角VPA0，并按照恒定下滑角VPA1修改调整最后进近定位点之后的航段；航段调整模块将最后进近定位点之前的航段从最后进近定位点开始按照下滑角VPAk依次进行调整修改，同时对各个航路点的最低下降高度进行提升调整航路点高度，提升调整后的航路点高度大于提升调整前航路点的最低下降高度，k为以最后进近定位点开始往后的航段标号，VPAk表示k航段标号的航段的下滑角；
输出模块用于存储和输出调整后的RNP AR进近航线。
6.按照权利要求5所述的基于RNP AR进近程序分段式越障降落航线优化系统，其特征在于：设定最后进近定位点之前的航段的下滑角VPAk为相同的下滑角。
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| "实施PBN的机场环境综合影响研究";张清栋;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》(第3期);第C031-1832页 * |
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