关于自动飞行系统的导航功能,这部分一共有五个方面的知识点:
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位置计算
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位置精度评估
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无线电导航调协
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惯性基准系统校准
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导航数据库
一、位置计算
关于飞机的位置,FCOM这一部分一共涉及到以下几种“位置”的概念:
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FM位置
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混合惯导位置MIXIRS
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无线电位置RADIO POSITION
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GPS位置
飞机的位置由FMGC计算,每个FMGC分别计算FM位置,计算的公式如下:
FM位置=MIXIRS位置+1个GPS位置 , 或:
FM 位置=MIXIRS位置+1个计算的无线电位置
其中,MIXIRS位置+GPS位置是基本的导航方式,只要GPS数据有效且测试成功。
FMGS会对每个上述提到的每个定位设备进行精确性和完整性的评估,然后选择一个最精确的位置进行计算。
那么什么是精确性和完整性呢?这一部分内容在后面“位置精度评估”章节有详细的说明,所谓“精确性”,就是说当前飞机的位置的误差小于当前飞行阶段的要求,例如MCDU的PROG页面,底部显示导航精度高,就是说当前的“精确性”能够达标。
而所谓“完整性INTEGRITY”,指的是飞机具有探测到失效并提供告警的能力。
精确性+完整性=GPS主用(GPS PRIMARY)
接下来分别来看看各种“位置”的概念。
1、MIX IRS POSITION混合惯导位置
飞机上一共有3部惯导,它们都能分别计算位置,而混合惯导位置就是将3部IRS计算的位置取一个平均值,如果3部中的其中一部发生不正常的偏离,MIX IRS会根据一种算法来减少该位置偏移带来的影响。
如果一部IRS失效,每个FMGC只使用一个IRS(同侧IRS或IRS3)而不是MIXIRS,每个IRS的位置和惯性速度不断被测试,如果测试失效,相应的IRS被拒绝。当出现IR1故障时,可以将转换面板的姿态航向转换旋钮设置到“CAPT 3”位,这时机长侧使用IR3的信息;如果IR2故障,将转换面板的姿态航向转换旋钮设置到“F/O 3”位,这时副驾侧使用IR3的信息;如果IR3故障,则不需要操作姿态航向转换旋钮。IR故障还对TCAS、GPWS地形、ATC/应答机等系统有影响,具体内容在FCOM不正常程序章节有。
如果两部IRS失效,机长或者副驾驶的一侧的PFD上的姿态信息会丢失,飞机进入备用法则。
当每个IRS位置和FM位置比较并且差异超过时间功能临界值(特定时间内漂移量超过一定距离)时,MCDU上显示琥珀色CHECK IRS1(2)(3)/FM POSITION。
2、GPS位置
IRS1/2/3 + GPS1/2 = GPIRS1/2/3
每个IRS独立选择GPS1或GPS2结合MIXIRS计算出3个GPIRS位置,即GPIRS1、GPIRS2、GPIRS3
如果算出的GPIRS不符合完整性标准,FMS拒绝GPS并且选用无线电位置用以位置更新;
如果算出的GPIRS符合完整性标准,每部FMGC根据所接收到的3个GPIRS位置,根据其品质因数和优先级选取一个GPIRS位置,这里的优先顺序是:同侧的GPIRS位置-GPIRS3-异侧的GPIRS。
可以在MCDU的SELECTED NAVAIDS页面拒选GPS。
3、无线电位置
无线电位置计算所需的助航设备有:
DME/DME
VOR/DME
LOC
DME/DME-LOC
VOR/DME-LOC

每个FMGC用同侧的助航设备计算自己的无线电位置,不过如果助航设备失效,可以使用异侧的助航设备来计算VOR/DME或DME/DME无线电位置
4、FM位置
飞机初始化时,FM位置=MIXIRS/GPS位置(GPIRS)
起飞时,FM位置更新到数据库中存储的跑道入口位置
在飞行中,FM位置向无线电位置或GPS位置接近,接近率取决于飞机高度。
关于“偏差(BIAS)”:是MIXIRS到无线电位置或GPIRS位置的矢量,只要无线电位置或GPIRS位置可用,每部FMGC不断更新偏差,用一个不太合适的公式来表达一下:
BIAS=无线电位置/GPIRS位置– MIXIRS位置
如果FMGC失去无线电位置或GPIRS位置,飞机会记忆偏差并用它来计算FM位置,在无线电或GPS位置恢复前,偏差不变,计算方法:
MIXIRS位置+偏差=FM位置
5、了解了各种“位置”的概念后,我们看看飞行员怎样来检查飞机位置的计算,可以用MCDU-DATA-GPS MONITOR/POSITION页面来监控位置计算
第一行FMS1,是由FMGC1计算出的经纬度和FMGC用于计算的导航方法 “3IRS/GPS”
第二行FMS2,由FMGC2算出的经纬度以及所用的导航方法“3IRS/GPS”
第三行GPIRS(也有可能是RADIO或GPS),FMGC使用GPIRS(或RADIO、GPS)计算的经纬度
第四行MIX IRS,同侧FMGC使用可用的IRS计算加权平均值的IRS位置经纬度
第五行IRS1,2,3,以海里为单位显示每个IRS位置相对于同侧的FMGC位置的偏离。也可能显示IRS的方式,它可以是INVAL(无效)、ALIGN、NAV或ATT。
左下角FREEZE/UNFREEZZE,冻结或解冻所显示的数据。
右下角SEL NAVAIDS,进入下列页面
下面是IRS MONITOR页面:
5、导航方式
前面已经提过,FM位置=MIXIRS位置+无线电位置或GPS位置,其中,GPS位置要优先于无线电位置,而无线电位置根据设备的不同类型有其不同的优先级,综合来看,从高到底的导航方法的优先级分别是:
-IRS-GPS/LOC
-IRS-DME/DME
-IRS-VOR/DME
–仅IRS
在ILS进近过程中,系统使用LOC参与临时的水平更新。
二、位置精度评估
位置精度的评估主要失是通过对比EPU与RNP的值来实现的。
EPU就是Estimated Position Uncertainty(预计位置误差),也就是飞机对于FM位置的偏移量的预估,这个值越大,就表示预计位置误差越大。该值显示在MCDU的PROG页面的右下角。在不同的导航模式下,飞机会用不同的公式计算它。
RNP的值显示在PROG页面的左下角,它指的是“所需的导航性能”,也就是当前阶段所能接受的最大精度误差值,它可以由飞行员输入,其显示的RNP值的优先级依次是:
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飞行员输入值
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导航数据库程序值
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系统默认值
系统默认值分别是:
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航路上2.0NM
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终端区1.0NM
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GPS进近0.3NM,其他情况0.5NM
当EPU的值小于RNP的值时,导航精度为“高”,当GPS主用时,导航精度必然高,因为“GPS主用”这个概念本身就是“精确性”和“完整性(精度降级告警)”的结合。因此如果“GPS主用丢失”或者FM/GPS位置不一致,需要人工检查导航精度,导航精度“高”,就可以继续用NAV模式,如果精度“低”,需要使用原始数据。
三、无线电导航调协
无线电导航调协的目的:显示与计算
无线电导航调协的方法:FMGC自动调;MCDU RAD NAV页面人工调;RMP面板人工调。人工选择VOR或VOR/DME可能使FMGS不能自动调谐VOR/DME来进行位置计算。这种情况下,相关的MCDU将显示“TUNE VOR 123.45”。其他内容在FCOM中有明确表述。
四、惯性基准系统校准
FMGS使用起飞机场基准点来校准IRS。正常校准需要10分钟,快速校准需要30秒。
完全校准过程中,IRS使用地球重力和地球旋转确定飞机姿态和真实方向,并且估算当前纬度。
快速校准过程中,IRS将地速和一些内部过滤器复位为0,但是IRS不估算飞机位置。
五、导航数据库
每28天更新一次,在MCDU-DATA-AIRCRAFT STATUS页面检查导航数据库周期。