厦门大学邮编-厦门大学邮编
RNA
V
中如何控制飞机沿
4D
轨 迹飞行
引言
随着经济的发展
，航空运输的快速增长，航路变得拥挤、机场的飞行量越来
越大，
传统的 导航方法在处理繁忙机场、
航路拥挤方面已经有些力不从心。
传统
的导航是利用
NDB,VOR
和
DME
等 一些无线电设备引导飞机飞向或飞越导航
台，
使得航线的结构和导航方法 束缚于导航台，
限制了飞行流量的增加同时也使
得航线过长延长了飞行时
间增加了航空公司成本的消耗加大了环境的负担。
RANV
能够很好的解 决这一问题。
RNA
V
是一种导航方式，
是世界民 航导航方式
发展的趋势，而基于
4D
轨迹的
4D-RNA
V
是区域导航发展的最终形式。
在无线电没应用 前，
早期的导航方式是利用有颜色的烽火线来引导飞机达到
目的地。
无线电的发明与其在航空领域的应用使得空中交通管制人员可以确定飞
机的高
度和到达时间，
进而也诞生了管制这一行业。
二战中雷达的出现为空中交
通管制的发展提供了强大的技术支持。六十年代末自动控制技术被引入到航空
界，从此实现
4D
轨迹将不再仅仅是一个概念和设想。
1
什么是
RNA
V
国际民航组织在国际民航公约附件
11
中对区域导航的定 义是：在以台站为
基准的导航设备的覆盖范围内，
或在自备导航设备性能 的限度内，
或在两者结合
的条件下，允许航空器在任何欲飞航径上运行的
一种导航方法
[1]
。区域导航的实
施
在航路上可以使飞机实现两地的直线飞行，
不再飞向或飞越导航台，
终端进近
时可以达到准确、安全、快速的进近，减少了飞机起降的时间，提高了机场的流
量。
实施区域导航可以灵活的设置飞行路线，
更加有效的利用空域解决复杂地形
的飞行程序设计；
可以增强飞行员的 情景意识，
减轻管制员的工作负荷；
可以增
加航空公司的
经济效益；还可以减少对环境的污染。
2
什么是
4D-RNAV
4D-RNAV
是在平面
RNAV
的基础上加入了高度参数和时间参数，
在已经实 现了
RNA
V
的
RNA
V
航路上通过控制飞机达到各个设定航路点的时间来实现对飞机
< br>飞行的控制。
4D-RNAV
是导航方式的革命，只要确定了起飞时刻，飞 机起飞到着
陆过程中的飞行状态是完全可以预见的，
它彻底的实现了让飞 机完全按照预想航
线飞行的目标。
3
什么是
4D
轨迹
要了解
4D
轨迹，
先要从
3D
轨迹说起。
3D
轨迹是对飞机飞行航路的精确描述，
航路上的每一点都对应着飞行所选坐标系的经度、
纬度和高度，
但是不包含时 间
参数。
4D
轨迹是在原来< /p>
3D
轨迹的基础上加入了时间参数。它是对飞机飞行航路
更
精确的描述，
4D
轨迹是一个连续的航线，
4D
轨 迹上的每一个点都对应着到达
该点的时刻。
4
4D
轨迹和
4D-RNAV
的关系
4D
轨迹早在二战时期就已经提出，但当时的物质与技术条件尚不成熟， 无
法实现精确的
4D
轨迹。随着时代的进步，各种先进的 通讯、导航和监视设备的
出现为实现精确的
4D
轨迹提供 了强有力的技术支持。航空电子系统和机载设备
的发展也是日新月异。以前卫星导航是<
/p>
GPS
和
GNSS
的天下，但是我国的北斗二
代卫星的发射成功
?????
待续
< p>
4D
轨迹最早的实现是通过无线电通讯设备来实现，目前实现
4D< /p>
轨迹的途径
有很多，根据我国现有的导航设施布局情况，基于
VOR/DME
和
DME/DME
的导
航是可以实现
RNAV
的。但要实现
4D-RNAV
< p>，我国可利用的资源有DME/DME
和北斗二代卫星系统。
4D-RNAV
是
4D
轨迹的理论基础，
4D-RNAV
也是实现
4D
轨迹的最佳方式，
而
4D
轨迹是
4D-RNAV
的实现。
现阶段通过
4D-RNAV
来完成对
4D
轨迹的实现是合乎逻辑发展的也是符合历史发展的。
5
RNA
V
中如何实现
4D
轨迹
5.1
4D-RNAV
系统中的时间参数
4D-RNAV
系统引入了一个非常重要的参数即时间参数。
4D
轨迹中定义了一定< /p>
数量的航路点
,
轨迹中的每一个点都对应一个相应的到达时 间。这些航路点可用
来检查飞机是否在规定的时间到达各航路点，
这样就 可以确保飞机能在规定的时
间到达最后一个航路点。
< br>4D-RNAV
中对到达时间的控制仅通过对飞机速度的控制来实现。多方面的实
验证明了风速和风向对控制飞机的速度有着重要的影响，
所以要通过机载的大气< /p>
数据计算机系统以最佳时间间隔测量风的各项数据。
根据获得的各项数据，
发出
指令调控飞机的速度，使飞机以指定的空速沿着
4D
轨迹飞行。
5.2
空速指令的生成
区域导航在航路和终端区都有应用，
在终端区实施区域导航是本文讨论的重
< p>点。图一是在终端区实施区域导航的进近路径图
[3]
。
进近领航于飞机到达
WP8
时 开始，
与此同时到达时间的控制
4D
领航也开始
< br>(
如图
1)
。在
WP10
之 前一点，给出一个预先设定的转弯坡度指令，在
WP11
之前
执行一个定常的垂直加速度操作以实现
5
°的转弯坡度。
WP 12
到
13
的直线段航
路是
4D
领航规则的最后部分。为了确保航路的精度，剩下的航段除了由系统获
得外，应该遵守横向和纵向航路上的飞行规则。
横向的领航规则是
< br>?
=
K
1
Y
err
?
K
2
Y
?
?
c
P
p
（
1
）
其中，
?
?
0
，在直线航路和圆形航路
上，
?
p
?
tan
?
1
V
< br>R
2
g
g
（
2
）
垂直行路上的领航规则是
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