基于RNP运行的机载综合导航系统的架构和功能分析研究

　　摘要：在民用飞机中，研究基于所需导航性能（RNP）运行的机载综合导航多传感器信息融合技术，可以达到充分利用现有资源实现导航信息高精度、高可靠性输出的目的。同时，在导航信息融合的基础上，研究导航信息的管理、监测与评估技术，可以在早期发现导航传感器的故障，保障导航系统的完好性，对导航性能进行实时监视和告警，实现对故障系统的实时处理和完好信息的合理利用。

　　关键词：综合导航；RNP；导航信息管理；监测；评估；传感器

　　中图分类号：U213 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）25-0007-02

　　机载综合导航系统就像飞机的“眼睛”，时刻为飞机上重要系统[如：飞行管理系统（FMS）和飞行控制系统（FCS）等]提供飞机位置、姿态、速度、航向等信息。因此，机载综合导航系统的精度、完好性、连续性和可用性，将直接影响飞机是否能够正常运行。本章将首先对民用飞机机载综合导航系统的组成、信息传递等进行分析，在此基础上对其性能监测、性能评估与验证等技术进行描述。

　　1 机载综合导航系统的组成架构

　　随着新航行系统的发展，机载综合导航系统的功能在不断地依据需求而扩展。最新机载综合导航系统的发展趋势是：支持RNP运行，满足其功能需求；提升机载性能计算功能；系统具有更好的通用性；可满足未来通信导航监视/空中交通管理（CNS/ATM）功能增长的需求。

　　典型的民用飞机机载综合导航系统设备配置如下：（1）3套惯性基准系统（IRS）；（2）3套大气数据系统（ADS）；（3）2套全球导航卫星系统（GNSS）；（4）2套甚高频全向信标（VOR）；（5）2套测距器（DME）；（6）2套飞行管理系统（FMS）。

　　综合导航系统主要实现以下功能：（1）导航传感器的信息融合：接收来自不同的机载导航传感器（ADS、IRS、GNSS、DME、VOR）的导航数据信息，利用传感器信息融合技术来实时计算和评估飞机的最优位置、速度、姿态、航向、航迹角等飞行状态信息。（2）RNP导航：利用各导航传感器的导航数据和信息融合技术，实时计算机载综合导航系统的实际导航性能（ANP），将其与所需运行的RNP值进行比较，来评估机载导航系统的实际工作状态。在ANP大于RNP值时，提供告警信息。（3）无线电导航调谐：对机载VOR和DME导航系统进行管理。可以通过手动输入调谐指令来选择VOR和DME导航台，也可以自动选择最佳的VOR和DME导航台。（4）导航模式管理：拥有人性化的操作界面，根据用户设定和实际故障形式进行导航传感器组合模式的最优选择。

　　2 机载综合导航系统的信息传递分析

　　导航功能应给机组人员提供连续、实时、三维的导航输出信息，包括：（1）飞机位置信息（经度、纬度、高度）；（2）飞机速度；（3）偏航角（选择）；（1）磁差（选择）；（5）风速和风向；（6）时间；（7）RNP；（8）ANP。

　　导航过程中，IRS为FMS提供飞机当时的位置、航向和速度等信息。随着时间的推移，IRS位置误差的累积会越来越大。因而，每隔一定的时间，需要用其他导航传感器的信息对IRS的位置信息进行修正。

　　一般采用GNSS与IRS产生的融合信号或者使用无线电导航系统VOR/DME的信息进行综合计算以获得最高的准确性。

　　基于RNP的综合导航系统优先使用GNSS/IRS组合导航信息，在GNSS丧失完整性或者GNSS不可用时，才会使用IRS与无线电导航模式（VOR/DME和DME/DME）的融合信息。

　　机载综合导航系统实现飞机位置计算、导航台选择、速度计算、GNSS/IRS数据融合、高度计算、温度补偿等功能。通过这些综合计算，导航系统把计算的信息输出给自动驾驶仪（A/P）和显示系统，以完成飞机的自动飞行和驾驶员对飞机的监控工作。

　　3 机载综合导航系统信息处理功能描述与分析

　　安全问题是未来机载综合导航系统研究实现的主要挑战之一。随着信息技术在综合导航系统中越来越广泛的应用，信息安全将成为保证综合导航系统按照预先设计的方案安全可靠、可控地运行的关键问题之一。