Разработка рекомендаций по внедрению в Российской Федерации навигации, основанной на характеристиках при полетах в районе аэродрома

В наземных системах функциональных дополнений GBAS (Groundbased Augmentation System) поправки и другая информация передаются от наземных станций непосредственно на борт ВС в УКВ диапазоне по линиям цифровой передачи данных. Для этого международными организациями выделен диапазон частот 109117,975 МГц (рис. 11).

GBAS выполняет следующие функции:

- обеспечение локальных поправок к псевдодальности;

- обеспечение данных о самой системе GBAS;

- обеспечение данных для конечного участка захода на посадку (угол наклона глиссады и т.п.);



Рис. 11. Принцип функционирования GBAS

- обеспечение прогнозирования данных об эксплуатационной готовности дальномерного источника;

- обеспечение контроля целостности источников дальномерных измерений СНС.

Если сеть станций GBAS охватывает территорию целого региона (обычно размером от 400 до 2000 км), то ее называют региональной дифференциальной подсистемой GRAS (Groundbased Regional Augmentation System). Примером может служить австралийская GRAS, охватывающая территорию Австралии и Новой Зеландии.

В том случае, когда GBAS включает в себя только одну наземную станцию и дифференциальные поправки используются только до удаления 50200 км, то такую систему называют локальной LAAS (Local Area Augmentation System). Наиболее часто такие системы устанавливают на аэродромах. Они могут обеспечивать точный заход на посадку (в перспективе вплоть до III категории).

Примером LAAS может быть разработанная в России система, включающая в себя локальную контрольно-корректирующая станция ЛККС-А-2000 (ООО «НППФ Спектр») и бортовое оборудование АПДД (ЗАО «ВНИИРА Навигатор»). [5]

Аппаратура ЛККС-А-2000 прошла все виды летных и эксплуатационных испытаний и сертифицирована Межгосударственным авиационным комитетом. Аппаратура ЛККС-А-2000 - это новейшее, не имеющее аналогов оборудование, предназначенное для навигации и посадки воздушных судов по спутникам GPS/ГЛОНАСС. Данное оборудование является единственным в России и за рубежом, которое может осуществлять посадку воздушных судов одновременно по двум группировкам - ГЛОНАСС и GPS, что значительно повышает целостность и непрерывность спутниковой навигации.

Федеральным агентством воздушного транспорта выпущено распоряжение №АЮ-142-р «О принятии на оснащение наземной локальной контрольно-корректирующей станции комбинированной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС/GPS ЛККС-А-2000» в аэропортах гражданской авиации. Использование оборудования ЛККС-А-2000 позволяет выполнять заходы на посадку по оптимальным траекториям, что экономит полетное время, расход топлива, ресурс двигателей, увеличивает пропускную способность аэродромов, а также повышает безопасность полетов и улучшает экологическую обстановку в районе аэропорта.

Бортовая система АПДД (аппаратура приема и преобразования дифференциальных данных) выдает потребителям информацию для поддержания процедур точного захода на посадку, в том числе цифровые дифференциальные поправки для псевдодальностей спутниковых группировок ГЛОНАСС и GPS.

АПДД обеспечивает:

- корректировку характеристик псевдодальности, которые формирует бортовой спутниковый приемник при помощи работающей в УКВ-диапазоне наземной локальной контрольно-корректирующей станции;

- посадку воздушных судов на аэродромы и площадки не оборудованные посадочными системами практически с любым курсом посадки;

- выдачу посадочной информации на штатные аналоговые и цифровые приборы, а так же в САУ.

Карта захода на посадку по приборам для схемы захода на посадку по GBAS озаглавливается GLS Rwy XX. Если применительно к одной и той же ВПП публикуется несколько заходов на посадку по GBAS, используется условное название идентичных схем, при этом заход на посадку с самым низким минимумом обозначается GLS Z Rwy XX.

3. Зональная навигация в районе аэродрома

3.1 Особенности полетов в районе аэродрома

По статистике бульшая часть авиационных инцидентов и катастроф просходит в районе аэродрома. Взлет и посадка являются самыми сложными и ответственными этапами в особенности в загруженных аэропортах или при неблагоприятных метеоусловиях. Проблемой обеспечения безопасности помимо других факторов, является отсутствие точных посадочных систем, слишком «большие» минимумы захода на посадку и несовершенные схемы прибытия и вылета. Ситуацию осложняют горные аэродромы, не позволяющие разрабатывать схемы с традиционными зонами учета препятствий и требующие повышенных градиентов на этапе взлета. Наряду с этим возникает ряд других проблем. Рост городов вокруг аэропортов вызывает необходимость снижения шума и вредных выбросов в атмосферу. Но, к сожалению, требования к построению схем посадки по ILS не позволяют разрабатывать гибкие короткие схемы и обходить запретные зоны, участки с повышенной чувствительностью к шуму. Необходимо сокращать длину конечного участка захода на посадку, так как при снижении увеличивается потребление топлива, и как следствие - загрязнение окружающей среды. PBN призвана усовершенствовать глобальные аэронавигационные процедуры и технологии, с тем чтобы повысить безопасность полетов, а также экологическую безопасность воздушного транспорта, его экономичность и надежность.

3.2 Общие положения концепции зональной навигации в районе аэродрома

Схемы с использованием зональной навигации формируются точками пути (waypoints, WPT, WP). Точки пути задаются географическими координатами - широтой и долготой. Все географические координаты должны публиковаться в WGS-84. Каждой точке присваивается уникальный идентификатор. WP соединяются прямыми с указанием курса и расстояния между точками. При разработке схем следует использовать минимальное количество точек пути.

В схемах захода на посадку на основе RNAV, от точки начала захода на посадку до точки пути, в которой завершается участок ухода на второй круг, используется не более девяти точек.

По правилам прохождения WP подразделяются на два типа: Fly-by и Fly-over (рис. 12).

Рис. 12. Точки fly-by и fly-over

Контрольные точки облета (Fly-By) - это контрольные точки, в которых разрешается упреждение разворота. В переходе типа «fly-by», самолет проходит на некотором расстоянии от контрольной точки, по внутренней траектории (не перелетая точку), определяемой путевой скоростью и углом между участками.

Контрольные точки пролета (Fly-Over) - это контрольные точки, в которых упреждение разворота не разрешается и не предполагается. Эти контрольные точки могут обозначать (или не обозначать) изменение траектории при переходе от одного заданного участка к другому. Назначение контрольных точек пролета (fly-over) на трассах крайне не одобряется. Контрольные точки пролета приводят к перелету через контрольную точку и необходимости возвращаться к линии пути следующего участка.

Зона допуска на контрольную точку схем RNAV строится в виде прямоугольника, размеры которого определяются точностными характеристиками системы RNAV (Рис. 13).

Рис. 13. Допуски на контрольную точку RNAV

XTT - поперечный допуск на КТ

ATT - продольный допуск на КТ

Рассмотрим RNAV на основе базовой GNSS. Суммарная погрешность системы TSE используется для определения значений ХТТ и АТТ следующим образом: ХТТ = TSE, АТТ = 0,8*TSE.

Половина ширины зоны учета препятствий (Ѕ W) во всех применениях RNAV и RNP определяется следующим образом:

Ѕ W = 1,5 Ч XTT + BV,

где: XTT - значение поперечного допуска 2у (TSЕ);

BV - значение буфера.

Посредством добавления значения буфера учитываются отклонения погрешностей, превышающих значение трех стандартных отклонений (3у). Значения BV, основанные на характеристиках воздушного судна (скорость, маневренность и т.д.) и этапе полета (время реакции пилота, время воздействия и т.д.) приведены в табл. 2

Таблица 2. Значения буфера для RNAV

Этап полета	Значение буфера
Маршрут, SID и STAR (расстояние, превышающее или равное 56 км от КТА вылета или назначения)	3 704 м
Район аэродрома (STAR, начальный и промежуточный этапы захода на посадку менее56 км от КТА, SID и уход на второй круг более 28 км, но менее 56 км от КТА)	1 852 м
Конечный участок захода на посадку	926 м
Уход на второй круг и SID на расстоянии до 28 км от КТА	926 м

Так как полная и соответствующая 95% погрешность RNP распределена в пределах круга с радиусом, равным величине RNP, зоны допуска на контрольную точку определяются кругами с радиусом, равным величине RNP.

Поперечный и продольный допуски (ХТТ и АТТ) равны величине RNP. Половина ширины зоны RNP определяется формулой: 2 Ч XTT + BV, где BV - величина буфера (табл. 3).

В зонах ожидания используются иные принципы.

При использовании RNAV на основе DME/DME точность использования системы (DTT) бортового приемного оборудования определяется формулой (1) (см. 2 главу).

Значения АТТ, ХТТ и Ѕ W рассчитываются для б=90°, если в схеме используется более двух станций DME (т.е. показания, по крайней мере, двух DME имеются в любой точке линии пути). В других случаях используется значение б = 30°.

Для определения допуска на технику пилотирования применяются значения, представленные в табл. 4.

Таблица 3. Значения буфера для RNP

Участок	Значение буфера
Вылет	566 м (0,30 м. мили)
Прибытие/начальный / промежуточный этапы захода на посадку	926 м (0,50 м. мили)
Конечный этап захода на посадку	370 м (0,20 м. мили)
Уход на второй круг	566 м (0,30 м. мили)

Таблица 4. Значения допуска на технику пилотирования

Этап полета	FTE (95%) В зависимости от требуемой навигационной спецификации
Маршрут (расстояние, превышающее или равное 56 км от КТА вылета или назначения)	RNAV 5 - 4 630 м RNP 4 - 3 704 м RNAV 2 - 1 852 м RNAV 1 - 926 м Basic RNP-1 - 926 м
Район аэродрома (SID, STAR, начальный и промежуточный этапы захода на посадку менее 56 км от КТА)	RNAV 2 - 1 852 м RNAV 1 - 926 м Basic RNP-1 - 926 м RNP APCH - 926 м
Конечный участок захода на посадку	RNP APCH - 463 м
Уход на второй круг	RNP APCH - 926 м

Допуск на вычисления в системе (ST) составляет ±463 м.

Получение поперечного допуска ХТТ и продольного допуска АТТ в любой контрольной точке, определяемой точкой пути, производится путем объединения допусков DTT, FTE, ST на основе вычисления квадратного корня из суммы квадратов.

Поперечный допуск от линии пути (ХТТ) в любой контрольной точке определяется как:

XTT = ± (DTT² + FTЕ² + ST²)^Ѕ

Продольный допуск от линии пути (АТТ) в любой контрольной точке определяется как:

ATT = ± (DTT² + ST²)^Ѕ.

Половина ширины зоны учета препятствий (Ѕ W) в точке пути определяется также как и для GNSS уравнением:

Ѕ W = ХТТ Ч 1,5 + BV

3.3 Кодирование базы навигационных данных

С повышением требований к точности выполнения полетов, повышается и требования к качеству навигационных баз данных.

При разработке структуры воздушного пространства с позиции заданных траекторий полета воздушных судов используются только два типа участков маршрутов: прямолинейная траектория или криволинейная между определенными точками. Это позволяет:

- обеспечить программирование (кодирование) заданных траекторий полета в базах данных и вычислителях оборудования RNAV;

- создать надежные, повторяемые и предсказуемые траектории.

Корпорацией ARINC была разработана концепция «Path and Terminators» (Траектория и ограничители), которая применяется для преобразования схем вылет, прибытие и заход на посадку в закодированные траектории в базе данных, которые могут быть интерпретированы и использованы компьютерной навигационной системой. Концепция не применяется для воздушных трасс. В концепции «Path and Terminator» используется набор определенных кодов, называемых ограничителями траектории (Path Terminator). Ограничитель указывает воздушному судну способ навигации от исходного местоположения до конкретной точки или завершающего условия. Последовательность ограничителей задает траекторию вылета от взлета до точки на трассе или траекторию прибытия и захода на посадку - от точки на трассе до точки ухода на второй круг, посадочного порога ВПП или точки зоны ожидания на схеме ухода на второй круг.

Для кодирования участков, используемых в существующих схемах как основанных, так и не основанных на зональной навигации, применяются 23 различных ограничителя траектории. Эти ограничители обозначаются двумя буквами, каждая из которых имеет определенное значение для компьютерной навигационной системы при описании полетного маневра. Первая буква указывает тип траектории на данном участке, а вторая - каким образом полет по данному участку должен быть завершен (ограничен). В табл. 5 показаны 9 типов ограничителя траектории, которые пригодны для кодирования участков RNAV в воздушном пространстве RNP. Только те наборы, которые обозначены как предпочтительные, приводят к повторяемой траектории полета.

В некоторых случаях может потребоваться абсолютно предсказуемая и повторяемая траектория, которая может быть достигнута только при использовании контрольной точки облета (fly-by), связанной с разворотом фиксированного радиуса.

В зависимости от типа контрольной точки для бортовых систем переход будет являться переходом облета (fly-by), переходом пролета (fly-over) или переходом с разворотом фиксированного радиуса.

Переходы фиксированного радиуса не используются для процедур в районе аэродрома. Вместо этого постоянный радиус разворота в процедурах прибытия, вылета и захода на посадку обеспечивается применением типа участка RF.

Разработчики схем должны обеспечить возможность кодирования схем в формате ARINC 424. В настоящее время это одна из крупнейших проблем, стоящих перед разработчиками схем.

Таблица 5. Ограничители траектории пригодные для кодирования схем зональной навигации

Типы Участ-ков	Пример участка	Описание	RNP RNAV
IF		InitialFix Начальная контрольная точка	Да (Предпочтительно)
TF		TracktoFix Линия пути до контрольной точки	Да (Предпочтительно)
RF		RadiustoFix Дуга до контрольной точки	Да (Предпочтительно)
DF		DirecttoFix Прямо до контрольной точки	Да (Нежелательно)
FA		FixtoAltitude (Climb) От контрольной точки до высоты (Набор)	Да (Нежелательно)
CF		CoursetoFix Путевой угол до контрольной точки	Да (Будет исключено)
HF		Hold to Fix (And Exit) Ожидание с одним полным разворотом до контрольной точки (и выход)	Да (Новые критерии RNP для зоны ожидания)
HA		HoldtoAltitude (Climb) Ожидание до набора высоты (набор)	Да (Новые критерии RNP для зоны ожидания)
HM		HoldforClearance Ожидание до указания УВД	Да (Новые критерии RNP для зоны ожидания)

Многие из них не знакомы либо с траекторией и указателями, используемыми для кодирования систем RNAV, либо с функциональными возможностями различных систем RNAV.

Однако многие из этих трудностей можно преодолеть при наличии взаимодействия между разработчиками схем и производителями данных, которые предоставляют кодированные данные поставщикам навигационных баз данных.

При разработке схем для воздушного пространства RNP, между заданными точками, могут использоваться только прямолинейные или криволинейные участки.

Прямолинейный участок - это участок между двумя контрольными точками, который будет закодирован в базе данных, как линия пути до контрольной точки, то есть тип участка TF. Для RNP «линия пути до контрольной точки» является приоритетным прямолинейным участком маршрута.

Если линия пути является начальным участком траектории полета, то для того, чтобы закодировать или задать начальную точку, в базе данных используется начальная контрольная точка или тип участка IF. В противном случае, первой контрольной точкой линии пути будет контрольная точка завершения предыдущего участка.

Криволинейный участок, это криволинейная траектория вокруг заданного центра разворота. Криволинейный участок используется тогда, когда требуется разворот, и будет кодироваться, как дуга до контрольной точки, или тип участка RF. Криволинейный участок начинается в конечной контрольной точке предыдущего участка и заканчивается там, где криволинейная траектория является касательной к следующему участку. И входная и выходная траектории должны являться касательными к дуге криволинейной траектории, а контрольная точка завершения предыдущего участка должна находиться на дуге. Сама криволинейная траектория вычисляется навигационной системой, используя контрольную точку ограничения, направление разворота и точку центра дуги, все из которых содержатся в навигационной базе данных. Радиус вычисляется, как расстояние от центра разворота до контрольной точки ограничения. Проектировщик схемы должен обеспечить, все необходимые данные, включая географическое местоположение центра дуги и гарантировать, что данные не приведут к разрывам в заданной траектории.

Использование криволинейных участков должно рассматриваться только в случае, когда использование прямолинейных участков невозможно. Для выполнения криволинейного конечного этапа захода на посадку требуется оборудование VNAV. [6]

Применение участков RF в схемах обеспечивает более гибкую траекторию, что можно увидеть на рис. 14, сравнив две разные схемы для одного порога с общими точками IAF на аэродроме Сиэттл.

Участки DF и FA должны использоваться только тогда, когда предпочтительные прямолинейные или криволинейные траектории, описанные выше, применяться не могут. Они не могут обеспечить линию пути, повторяемую при всех условиях, но являются альтернативным вариантом построения участка, который может быть закодирован в базе данных для достижения ограниченной совместимости с RNP.

Тип участка CF будет разрешаться для использования в схемах RNP только в течение переходного периода. Со временем ожидается, что при построении схем RNP разработчики будут избегать использования этого участка, и его будут заменять участком, задаваемым фиксированной линией пути до контрольной точки (TF). Поскольку путевой угол является магнитным, в определении траектории полета ВС возможны ошибки из-за неточности величины магнитного склонения, используемого для расчета траектории. Это обстоятельство в совокупности с необходимостью применения малых значений RNP, например RNP 0.3 при заходе на посадку, делает тип участка CF непригодным для использования в схемах, разработанных для воздушного пространства RNP. [6]

3.4 Схемы прибытия и вылета

Существующие концепции воздушного пространства в районе аэродрома, которые включают прибытие и вылет, обеспечиваются прикладными процессами RNAV. Они в настоящее время применяются в Европейском (EUR) регионе и в Соединенных Штатах Америки. Применяемое в европейском воздушном пространстве RNAV в районе аэродрома известно как P-RNAV (Precision (точная) RNAV). Хотя у спецификации RNAV 1 такая же навигационная точность, как и у P-RNAV, эта региональная навигационная спецификация не отвечает всем требованиям спецификации RNAV 1. Применяемый в Соединенных Штатах Америки в районе аэродрома прикладной процесс, ранее известный как US RNAV тип B, уже приведен в соответствие с концепцией PBN и теперь называется RNAV 1.

Навигационная спецификация RNAV 1 и 2 разработана в первую очередь для полетов по RNAV в условиях радиолокационного контроля (для SID радиолокационное обслуживание должно обеспечиваться до первого изменения курса по RNAV). Навигационная спецификация Basic-RNP 1 предназначена для аналогичных полетов за пределами зоны действия радиолокационного обслуживания. В будущем, как ожидается, будут разработаны новые прикладные процессы RNP для районов аэродрома.

Полеты по RNAV 1 и RNAV 2 основаны на использовании оборудования RNAV, которое автоматически определяет местоположение воздушного судна в горизонтальной плоскости, используя входные данные от следующих типов датчиков местоположения:

- глобальная спутниковая навигационная система (GNSS).

Данные о местоположении от других типов навигационных датчиков могут быть интегрированы с данными GNSS, если другие данные о местоположении не приводят к погрешностям определения местоположения, превышающим требования к суммарной точности системы. Как минимум, целостность должна обеспечиваться бортовой системой функционального дополнения.

- оборудование RNAV DME/DME

- оборудование RNAV DME/DME/IRU

В AIP следует четко указать, какой навигационный прикладной процесс используется: RNAV 1 или RNAV 2.

Навигационная спецификация Basic-RNP 1 позволяет разработать маршруты для стыковки между маршрутной структурой и воздушным пространством в районе аэродрома при отсутствии наблюдения ОВД или ограниченном наблюдении ОВД в условиях низкой или средней плотности воздушного движения. Для обеспечения Basic-RNP 1 основной навигационной системой будет являться GNSS. Хотя системы RNAV, основанные на DME/DME, способны обеспечить точность Basic-RNP 1, данная навигационная спецификация в первую очередь предназначена для среды, в которой инфраструктура DME не может обеспечить зональную навигацию DME/DME в соответствии с требуемыми характеристиками. Повышенный уровень сложности в требованиях к инфраструктуре DME и к ее оценке означает, что ее повсеместное использование нецелесообразно или нерентабельно.

Полеты по SID/STAR с RNAV 1 и 2 и Basic-RNP 1 главным образом выполняются в условиях наличия прямой связи «диспетчер - пилот». [1]

Требования к основным характеристикам (точности, целостности, непрерывности и т.д.) приведены в табл. 6. Помимо требований к основным характеристикам в спецификациях приведены функциональные требования, в том числе к навигационным индикаторам. Требования к готовности систем указаны в Главе 2. «Инфраструктура навигационных средств».

На карте стандартного прибытия публикуется RNAV STAR. Связанные с применением RNAV требования в отношении оборудования, производства полетов или навигационных функциональных возможностей указываются на карте в виде примечания, например: «Требуется GNSS» или «Требуется GNSS или DME/DME/IRU» или «Требуется BATEL 1L RF» или «Требуется RF». [3]

Таблица 6. Требования к характеристикам системы при реализации RNAV 1 и 2, Basic-RNP 1

Характеристики	Требования
	RNAV 1	RNAV2	Basic-RNP 1
Точность (95% времени)	Боковая погрешность	±1 м. миль	±2 м. миль	±1 м. миль
	Продольная погрешность	±1 м. миль	±2 м. миль	±1 м. миль
	FTE			±0,5 м. миль
Целостность	Неисправность бортового навигационного оборудования классифицируется по нормам летной годности как состояние серьезного отказа (т.е. 10-5 в час).
Непрерывность	Потеря функции классифицируется как состояние незначительного отказа, если эксплуатант может перейти на другую навигационную систему и следовать в соответствующий аэропорт.
Контроль за выдерживанием характеристик и выдача предупреждений.	-	-	Система RNP (или вместе система RNP и пилот) выдает предупреждение, если требование к точности не соблюдается или если вероятность того, что боковая TSE превысит 2 м. мили, больше чем 10-5.

В целом ряде крупных аэропортов в настоящее время используются маршруты SID и STAR на основе RNAV 1 или RNP 1, и во многих случаях продуманное проектирование схем позволило получить значительную экономию в плане количества пройденных по траектории миль и уменьшения воздействия на окружающую среду (рис. 15).

Рис. 15. Внедрение SID и STAR на основе PBN в глобальном масштабе

3.5 Схемы захода на посадку

Концепции захода на посадку охватывают все участки захода на посадку по приборам, т.е. начальный, промежуточный, конечный и уход на второй круг. Для них все в большей степени будут требоваться спецификации RNP с навигационной точностью 0,3 м. миль - 0,1 м. миль или ниже. Как правило, данный этап полета характеризуют три вида прикладных процесса RNP: новые схемы на ВПП, на которые никогда не выполнялись схемы полетов по приборам, схемы, которые либо заменяют существующие схемы полетов по приборам, либо служат запасными схемами для существующих схем, основанных на других технологиях, а также схемы, разработанные для улучшения доступа к аэропорту в сложных экологических условиях. Соответствующими спецификациями RNP являются RNP APCH и RNP AR APCH.

Схемы захода по RNP (RNP APCH) включают существующие схемы захода по RNAV (GNSS), построенные с прямолинейным участком, позволяющие выполнять двухмерные (2-D) неточные заходы на посадку (Non-precision approach (NPA)), а также трехмерные (3-D) заходы на посадку с вертикальным наведением с помощью метода барометрической вертикальной навигации (Baro-VNAV).

В отношении аспекта боковой навигации (навигация 2D), основной навигационной системой, обеспечивающей схемы RNP APCH, является GNSS. Схемы ухода на второй круг могут обеспечиваться либо участками RNAV, либо обычными участками (например, на основе использования NDB, VOR, DME). RNP APCH не содержат конкретных требований в отношении связи или наблюдения ОВД. Адекватная высота пролета препятствий обеспечивается за счет характеристик воздушного судна и эксплуатационных правил. Требования к основным характеристикам приведены в табл. 7.

Таблица 7. Требования к характеристикам системы при реализации RNP APCH

Характеристики	Требования
	RNP APCH
	Участки начального, промежуточного этапов захода на посадку и уход на второй круг	Участок конечного этапа захода на посадку
Точность (95% времени)	Боковая погрешность	±1 м. миль	0,30 м.миль
	Продольная погрешность	±1 м. миль	0,30 м.миль
	FTE (95%)	< 0,50 м.миль	< 0,25 м.миль
Целостность	Неисправность бортового навигационного оборудования классифицируется по нормам летной годности как состояние серьезного отказа (т.е. 10-5 в час).
Непрерывность	Потеря функции классифицируется как состояние незначительного отказа, если эксплуатант может перейти на другую навигационную систему и следовать в соответствующий аэропорт. Если схема ухода на второй круг основана на обычных средствах (например, NDB, VOR, DME), соответствующее навигационное оборудование должно быть установлено и исправно.
Контроль за выдерживанием характеристик и выдача предупреждений.	Бортовое навигационное оборудование выдает предупреждение, если вероятность погрешностей сигнала в пространстве, являющихся причиной боковой погрешности местоположения более 2 м. миль, превышает 10-7 в час.1	Бортовое навигационное оборудование выдает предупреждение, если вероятность погрешности сигналов в пространстве, являющихся причиной боковой погрешности местоположения более 0,6 м. мили, превышает 10-7 в час.

Для обеспечения вертикального наведения на конечном участке захода на посадку применяется барометрическая вертикальная навигация (Baro-VNAV, баро-VNAV).

Барометрическая вертикальная навигация представляет собой навигационную систему, которая выдает пилоту вычисленное вертикальное наведение относительно определенного угла траектории в вертикальной плоскости (VPA, Vertical path angle), номинальное значение которого составляет 3°. Обеспечиваемое с помощью ЭВМ вертикальное наведение основывается на барометрической высоте и определяется в виде угла траектории в вертикальной плоскости от относительной высоты опорной точки (RDH, Reference datum height). Схемы захода на посадку по Baro-VNAV классифицируются как схемы полетов по приборам для обеспечения заходов на посадку и посадок с вертикальным наведением (APV). В связи с этим при построении таких схем вместо MDA/H используется DA/H и не определяется ни FAF, ни точка ухода на второй круг (MAPt). Для определения OCH/A используются аналогичные ILS поверхности оценки препятствий, которые, однако, основываются на специальных системах горизонтального наведения.

Оптимальным публикуемым значением VPA является 3°; это значение не должно составлять менее 3 или более 3,5°.

Участок APV при баро-VNAV выравнивается по продолжению осевой линии ВПП и включает конечный участок снижения для посадки, начальный, промежуточный и конечный участки ухода на второй круг.

Для обеспечения вертикальной навигации (VNAV) полномочные органы гражданской авиации должны гарантировать, что углы / градиенты наклона траектории на конечном этапе захода на посадку, использованные при построении схемы, опубликованы в AIP. Эти углы наклона траектории должны гарантировать возможность бесступенчатого снижения. Эксплуатанты предпочитают оперировать именно углами наклона траектории, а не градиентами. Оптимальным углом наклона траектории на конечном этапе захода на посадку является 3° и он должен использоваться всегда, когда это возможно в соответствии с Doc 8168 ICAO.

Барометрическая траектория снижения зависима от плотности воздуха, которая в свою очередь зависит от температуры. Если фактическая температура ниже температуры по стандартной атмосфере, то в полете фактические высоты и фактический угол наклона траектории будут ниже индицируемых в кабине экипажа или вычисленных системой RNAV (но будут одинаковыми для всех воздушных судов). При температуре выше стандартной, фактические высоты и фактический угол наклона траектории будут выше, чем заданы разработчиком схемы. В системах RNAV есть возможность обеспечить приблизительную температурную компенсацию, но большинство существующих систем такой возможности не имеют. Следовательно, влияние температуры должно учитываться следующими способами:

- разработкой схем Baro-VNAV для наихудших температурных условий;

- внедрением эксплуатационных требований на внесение температурной поправки в соответствии с Doc 8168 ИКАО (автоматически в системах RNAV или вручную экипажем).

- внедрением ограничений на температуру воздуха для схем Baro-VNAV комбинацией из вышеприведенных способов.

Операции захода на посадку с барометрической VNAV основываются на использовании оборудования RNAV, которое автоматически определяет местоположение воздушного судна в вертикальной плоскости, используя входные сигналы оборудования, в которое могут входить:

- ЭВМ воздушных параметров,

- система воздушных параметров, система барометрических высотомеров.

- интегрированные системы, имеющие сертификат типа иобеспечивающие возможности систем воздушных параметров

К Baro-VNAV предъявляются следующие требования:

- Должна быть продемонстрирована менее чем 99,7 - процентная вероятность допущения погрешностей.

- Должна быть продемонстрирована величина вертикальных погрешностей, обусловленных техникой пилотирования, менее той, которая приводится в Руководстве по PBN на трехсигмовой основе.

- Для операций, основанных на применении барометрической VNAV, требуется по крайней мере одна система RNAV.

Карта захода на посадку по приборам сопровождается обозначением RNAV(GNSS) Rwy XX. В окнах минимальных значений на карте приводятся значения ОСА/Н для полетов по NPA (LNAV) и APV/баро - VNAV (LNAV/VNAV) (рис. 16).



Рис. 16. Пример публикации OCA/Hдля LNAVиLNAV/VNAV

Кроме того, публикуется следующая информация:

- RDH (координаты точек пути, относительная высота);

- VPA (градусы и сотые доли для баз данных / градусы и десятые доли для карт);

- минимальная температура, для которой разрешены полеты с использованием баро-VNAV; (рис17)

- FAF и MAPt LNAV только для целей кодирования базы данных. [3]

Рис. 17. Пример публикации минимальной температуры для Baro-VNAV

Схемы захода на посадку по RNP AR APCH (RNP authorization required approach) классифицируются как заходы на посадку с вертикальным наведением (APV). Этот тип операции требует наличия системы позитивного вертикального наведения (VNAV) на конечном участке захода на посадку (FAS, Final approach segment). В нынешних реализациях RNP AR APCH используется система барометрической вертикальной навигации (Baro-VNAV), отвечающая установленным требованиям летной годности. Запас высоты над препятствиями основывается на статистической оценке всех составляющих погрешностей, называемых бюджетом погрешности в определении высоты (VEB, Vertical error budget). Могут использоваться и другие системы вертикального наведения при условии обеспечения эквивалентной точности, целостности и пределов удерживания. Схемы RNP AR APCH могут строиться в расчете на различные минимумы RNP, например RNP 0,3, RNP 0,2, вплоть до RNP 0,1. Однако разработчики схем не должны предлагать схемы с RNP менее 0,3, если только они не дают какую-либо эксплуатационную выгоду. Снижение показателя RNP уменьшает пределы срабатывания сигнализации и повышает вероятность ее срабатывания и последующего ухода на второй круг, следовательно публикуемые минимумы RNP не должны быть меньше необходимых для обеспечения требуемых эксплуатационных возможностей. Критерии RNP AR APCH применяются только в отношении тех воздушных судов и эксплуатантов, которые прошли установленную дополнительную сертификацию, получили утверждение и соблюдают требования к подготовке персонала. [2]

Спецификация RNP AR APCH была разработана специально для нестандартных аэродромов, на которых обычные схемы не обеспечивают требуемый уровень безопасности.

Схемы захода на посадку RNP AR APCH могут применяться для повышения безопасности полетов и доступа к аэродрому там, где обычную схему захода на посадку невозможно выровнять на ВПП. Например схема RNP AR APCH в аэропорту Гонолулу (США), за счёт участка разворота с заданным радиусом до контрольной точки RF обеспечивает стабилизированный заход на посадку с конечным участком выровненным на ВПП (рис. 18).



Рис. 18. Схема захода на посадку RNP AR APCH в аэропорту Гонолулу.

Также схемы RNP AR APCH применяются для улучшения доступа к аэродрому в горной местности. В Гонконге (Китай) и Квинстоуне (Новая Зеландия) такие схемы обеспечивают заход на посадку в условиях сложного горного рельефа.

Схемы RNP AR APCH могут применяться для улучшения доступа к аэродрому в сильно загруженном воздушном пространстве.

Для схем RNP AR полуширина основной зоны определяется равной 2 Ч RNP (рис. 20). При этом отсутствуют буферные или дополнительные зоны. В табл. 8 перечислены значения RNP для конкретных участков схемы полетов по приборам. [2]

Таблица 8. Значения RNP для конкретных участков схем

Участок	Значения RNP
	Максимальное	Стандартное	Минимальное
Начальный	1	1	0,1
Промежуточный	1	1	0,1
Конечный	0,5	0,3	0,1
Уход на второй круг	1	1	0,1

Карты захода на посадку на основе RNP с нанесенными на них схемами, отвечающими критериям навигационной спецификации RNP AR APCH, должны включать в обозначение слово «RNAV(RNP)». Связанные с RNAV требования в отношении оборудования, производства полетов или навигационных возможностей должны быть приведены на карте в виде примечания. Например: «требуется сдвоенное оборудование GNSS» или «требуется IRU», «требуется RF». Также для схем RNP AR APCH могут потребоваться касающееся требования в отношении получения специальной санкции, а для схем RNP AR APCH с RNP ухода на второй круг менее 1,0 требуется следующее примечание: «Переход на RNP ухода на второй круг для бокового наведения не должен начинаться до достижения продольной точки DA/H». [3]

Ввиду уменьшения высоты пролета препятствий и более совершенных функциональных возможностей, требования в отношении RNP AR APCH носят особый характер и отличаются от требований в отношении других спецификаций. К RNP AR APCH предъявляются особые требования к вертикальной точности. Требуется особый мониторинг и выдача предупреждений, обусловленные сокращенными боковым интервалом и высотой пролета препятствий.

Требования к боковой точности от 0,1 до 0,3 м. миль в течение 95% полетного времени. Это включает погрешность местоположения, погрешность техники пилотирования (FTE), погрешность определения траектории (PDE) и погрешность индикации. Продольная погрешность местоположения воздушного судна также не должна превышать применимую величину точности в течение 95% полетного времени.

Критическим компонентом RNP являются требования в отношении RNP при заходе на посадку, способность бортовой навигационной системы осуществлять контроль за достигнутым уровнем навигационных характеристик и определять (индицировать пилоту), соблюдается ли или не соблюдается в ходе операции эксплуатационное требование (например, «Unable RNP» («Обеспечить RNP не могу»), «Nav Accur Down grad» («Навигационная точность ухудшилась»)). [1]

Существуют следующие критерии специального навигационного обслуживания:

- Доступность сигналов GNSS требуется для начала полета по любой схеме RNP AR APCH

- Инерциальная навигационная система (IRU) требуется для полета по любой схеме RNP AR APCH с величиной точности менее 0,3 м.миль или участку ухода на второй круг с RNP менее 1,0 м.мили.

- Обновление данных о местоположении ВС с помощью DME/DME может служить в качестве режима переключения, если инфраструктура и бортовое оборудования могут обеспечить требуемые эксплуатационные характеристики при уходе на второй круг.

- Система RNAV не может использовать обновление данных о местоположении ВС с помощью маяка VOR.

Эксплуатационные характеристики высотомеров являются ключевым элементом при полетах по схемам RNP AR APCH. Установленные критерии требуют двух независимых высотомерных источников, установленных в основном поле видимости пилотов. Они также требуют выполнения летными экипажами перекрестных проверок высотомеров в пределах ±100 фут. [1]

Также предъявляются специальные требования в отношении схем RNP AR APCH, включающим в себя участки RF, в отношении заходов на посадку по RNP AR в соответствии с RNP менее 0, и в отношении заходов на посадку с уходом на второй круг в соответствии с RNP меньше чем 1,0.

Резолюция А37/11 Ассамблеи ИКАО призывает внедрить к 2016 году схемы заходов на посадку на основе PBN с вертикальным наведением (APV) и использованием спутниковой системы функционального дополнения (SBAS) или средств барометрической вертикальной навигации (Baro-VNAV) либо, при отсутствии вертикального наведения, с помощью только бокового наведения на большинство концов ВПП, оснащенных для посадки по ППП. Как следствие этой резолюции, во всем мире возрастающими темпами публикуются схемы захода на посадку на основе PBN, многие из которых предусматривают вертикальное наведение.

4. Внедрение PBN в России

Деятельность ИКАО направлена на координацию процессов глобального планирования в поддержку глобальной системы ОрВД основанной на технологии концепции систем CNS/АТМ. Для достижения прогресса в деле внедрения систем CNS/АТМ ИКАО разработала «Глобальный аэронавигационный план» (Doc 9750). В данном документе приняты 23 инициативы, которые представляют собой варианты усовершенствования аэронавигационной системы, реализация которых приводит к непосредственному улучшению характеристик. Государства и регионы должны выбирать те инициативы, которые отвечают рабочим целям, с помощью аналитического процесса, учитывающего конкретные потребности государства, региона, однородного района ОрВД или основного потока движения.

Для обеспечения интеграции системы ОрВД России в мировую глобальную систему требуется незамедлительное применение методов глобального аэронавигационного планирования. Одна из инициатив плана уже была успешно реализована на территории Российской Федерации. В ноябре 2011 года в Восточной части Европы была принята система сокращенных минимумов вертикального эшелонирования ИКАО. Другим не менее важным пунктом остается навигация на основе характеристик. Согласно документу Doc9750 «Глобальный аэронавигационный план», реализация концепции навигации на основе характеристик приведет к расширению пропускной способности и повышению эффективности за счет сокращения минимумов эшелонирования, в результате чего преимущество получат те эксплуатанты воздушных судов, которые установят оборудование, отвечающее требованиям к эксплуатационным характеристикам. Концепция PBN также обеспечит повышение уровня безопасности полетов, в частности при заходе на посадку, за счет уменьшения количества столкновений исправных воздушных судов с землей.

Внедрение PBN представляет собой сложный и долгий процесс, но необходимый для интеграции в систему CNS/ATM. Рассмотрим, какие меры уже были приняты в нашей стране на пути к PBN.

В постановлении правительства «Об утверждении Концепции модернизации и развития Единой системы организации воздушного движения Российской Федерации» от 2000 г. было определено необходимое условие интеграции в CNS/ATM, заключающееся в переходе от существующей структуры Единой системы к системе более высокого уровня - федеральной аэронавигационной системе (АНС). В АНС предполагается объединить службы и системы, задействованные в авиации, для лучшей координации их деятельности в целях безопасности и эффективности воздушного движения.

В постановлении также говорилось о необходимости корректировки Федеральной целевой программы «Модернизация Единой системы организации воздушного движения Российской Федерации, с учетом новых целей и мероприятий. В 2008 году была утверждена новая Федеральная целевая программа на 2009-2015 годы. Её целью стало повышение безопасности полетов и эффективности использования воздушного пространства за счет модернизации Единой системы ОрВД Российской Федерации путем создания и развития Аэронавигационной системы. Одно из основных мероприятий программы - переход к современным технологиям организации воздушного движения, основанным на внедрении средств и систем в соответствии с Концепцией CNS/ATM.

Дальнейшее развитие идея АНС получила в «Концепции создания и развития Аэронавигационной системы России». В ней были определены основные ограничения и недостатки действующей ЕС ОрВД и необходимые меры по их устранению, в их числе полный переход к перспективным техническим средствам и технологиям, обеспечение автоматизированного взаимодействия всех основных функциональных компонентов аэронавигационной системы, а также широкое внедрение метода «свободных полетов» (в долгосрочном плане, до 2025 года).

В 2010 году был опубликован «План внедрения навигации, основанной на характеристиках, в воздушном пространстве Российской Федерации», включающий поэтапную стратегию внедрения PBN до 2022 года. План был разработан по международному образцу и представлен на 37 сессии Ассамблеи ИКАО.

В плане приводится анализ факторов, связанных с особенностями применения PBN в воздушном пространстве Российской Федерации.

Согласно прогнозу, приведенному в плане, интенсивность воздушного движения будет расти около 6% в год на протяжении последующих 5-7 лет. Этот рост потребует модернизации инфраструктуры системы организации воздушного движения (ОрВД) и улучшений процедур ОрВД, в том числе на основе PBN.

Приводится характеристика навигационного поля Российской Федерации: «Навигационное поле в районе аэродромов характеризуется наличием поля VOR/DME в ряде международных аэродромов, аэродромов федерального значения и аэродромах с высокой интенсивностью воздушного движения. Кроме этого, практически все аэродромы Российской Федерации оснащены NDB, расположенных на продолжении осевой линии ВПП, что позволяет осуществлять неточный заход на посадку с использованием двух NDB. Для осуществления точных заходов на посадку практически все международные аэропорты оснащены системами ILS. Кроме этого, системами ILS оснащены аэропорты федерального значения и ряд крупных аэропортов». К сожалению, данные системы не обеспечивают точность, требуемую для реализации спецификаций PBN, используемых в районе аэродрома.

Точность при использовании двух дальномеров DME составляет около 0,5 NM, что позволяет использовать навигационную инфраструктуру типа DME/DME для RNAV-1. Однако в настоящее время использование DME/DME для процедур RNAV в Российской Федерации пока не используется. Предполагается в ближайшее время установить необходимое количество DME для использования метода DME/DME в аэропортах Московской воздушной зоны (Домодедово, Шереметьево, Внуково) и ряде других крупных международных аэропортах. [12]

На основе анализа в плане предлагается внедрить на территории России следующие спецификации: RNAV-10 для полетов в удаленных континентальных районах, RNAV-5 для полетов по маршрутам, RNAV-1 для полетов в районе аэродрома.

Стратегией внедрения PBN в Российской Федерации предусмотрено три этапа: краткосрочный - 2009-2012 годы; среднесрочный - 2013-2017 годы; долгосрочный - 2018-2022 годы.

Согласно плану к 2012 году в районе аэродрома должны быть выполнены следующие задачи:

- Внедрение полетов в аэропортах (до 5% немеждународных гражданских аэропортов и до 20% международных аэропортов) по SID/STAR в условиях RNAV-1 для ВС, оборудованных DME/DME и ГНСС.

- Внедрение RNP APCH на основе Baro-VNAV в международных аэропортах (до 20% международных аэропортов).

- Внедрение в ряде аэропортов (до 30 аэропортов, в том числе 20 международных) точных заходов на посадку по I категории ИКАО для ВС, оборудованных аппаратурой ГНСС/GBAS. [12]

По состоянию на цикл AIRAC 1203 (8 марта 2012 г.) схемы прибытия RNAV на основе ГНСС опубликованы для 10 международных аэродромов России, а схемы вылета только для трех, что пока не составляет 20%, как намечено в плане. Что касается схем захода на посадку, то в России широко реализуются пока только схемы неточного захода по GNSS, разработанные для 12 международных аэропортов, разработка которых почему-то не включена в план.

Схемы захода на посадку RNP APCH на основе Baro-VNAV разработаны только для аэродрома Минеральные Воды и опубликованы в сборнике АНИ №11 ЦАИ. (в АИПе РФ данные схемы опубликованы как LNAV). Есть несколько замечаний к данным схемам. Во-первых, на них опубликован градиент снижения, а не угол траектории в вертикальной плоскости (VPA), что является предпочтительным. Также не указана минимальная температура, для которой разрешены полеты с использованием Baro-VNAV.

В 2012 году схемы Baro-VNAV планируется разработать для аэродромов Хабаровск, Казань, Санкт-Петербург, Сургут, Салехард.

По данным из материала «Об итогах работы Росавиации в 2011 году и основных задачах на 2012 год» на территории России установлено 37 комплектов оборудования GBAS, но до сих пор не введены в эксплуатацию из-за отсутствия необходимой аппаратуры летного контроля. Используется лишь одна система установленная в аэропорту Тюмень (Рощино) и уже опубликованы соответствующие схемы. Поэтому на данный момент внедрение точных заходов на посадку по I категории ИКАО ГНСС/GBAS, к сожалению, также не соответствует намеченным планам.

В период 2013-2017 годы планируется внедрение заходов на посадку на основе APV при использовании SBAS (в случае, если российская система SDCM сможет поддерживать эти процедуры). По словам Федерального космического агентства РОСКОСМОС, дальнейшее развертывание космических аппаратов «Луч-5Б» и «Луч-5В» будет осуществляться до 2014 года, а работы по сертификации системы для применения авиационными потребителями на территории РФ запланированы после полного развертывания орбитального сегмента в рамках ФЦП «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы». Но опять, же требуется время, чтобы разработать и опубликовать схемы для SBAS.

В итоге к 2022 году, согласно плану намечается полное развертывание инфраструктуры ГНСС в воздушном пространстве Российской Федерации. Рассчитано внедрить:

- RNAV-1 на основе DME/DME и ГНСС (до 100% международных аэропортов)

- RNP APCH на основе Baro-VNAV (до 100% международных аэропортов, где это необходимо)

- APV при использовании SBAS (в случае, если российская система SDCM сможет поддерживать эти процедуры)

- ГНСС/GBAS по I категории (до 100 аэропортов, в том числе все международные)

Планируется также начать внедрение заходов на посадку по II/III категориям ИКАО с использованием GBAS, заходов на посадку типа RNP AR APRCH и постепенно отказаться от традиционных схем маневрирования.

Если темпы развития останутся прежними, сложно представить, что данные планы осуществимы в столь короткий срок.

Резолюция А37/11 Ассамблеи ИКАО кроме схем заходов на посадку на основе PBN с вертикальным наведением (APV) призывает внедрить схемы захода с помощью только бокового наведения. Если внедрение схем захода на посадку с вертикальным наведением и точного захода по GBAS пока не удается осуществить в срок, почему бы ни пересмотреть план и не включить в него схемы бокового наведения LNAV по GNSS, которые уже имеются для 12 аэропортов?

На основе данного плана 9 ноября 2010 года был издан приказ «Об утверждении типов требуемых навигационных характеристик для маршрутов зональной навигации». Его целью было утвердить на территории России спецификации RNAV-10, RNAV-5, RNAV-1. Текст приказа вызвал волну критики в авиационных кругах, вследствие своего несоответствия терминологии Руководства по PBN ИКАО, а также отсутствия точных указаний, как и где эти спецификации применять, что делает данный документ бесполезным.

С 1994 г. в России разработчики схем использовали документ: «Руководство по построению аэродромных схем и определению безопасных высот пролета препятствий» В 2000 г. Руководство было дополнено п. 5.7.1 Заход на посадку методом зональной навигации, основанной на спутниковой навигационной системе (GNSS). С переходом мировой авиации на применение концепции PBN, изменился подход к построению зон учета препятствий, набор спецификаций. В этой связи положения п. 5.7.1 Руководства устарели для применения построения схем GNSS. [17]

ФГУП ГосНИИ «Аэронавигация» разработала пока неутвержденный нормативно-правовой документ - «Методика по построению схем маневрирования…» (в трех томах: «…с применением традиционных радиотехнических средств», «…при использовании методов зональной навигации» и «…на основе RNP AR APCH»). Данная методика, по сути, является сокращенным вариантом документов ИКАО «Правила аэронавигационного обслуживания. Производство полетов воздушных судов» (PANSOPS) Doc 8168 и «Руководства по построению схем на основе санкционированных требуемых навигационных характеристик (RNP AR)» (Doc 9905). Все государства (кроме США, которые используют TERPS) активно применяют Doc 8168 и Doc 9905, и никто не разрабатывает собственные инструкции и методики. Более того под документы ИКАО созданы соответствующие программные продукты. Утверждение новой методики приведет к невозможности использования имеющегося дорогостоящего специализированного программного обеспечения для проектирования аэродромных схем. Специалисты по построению схем обученные по PANSOPS должны будут заново изучать новую методику, анализировать разницу между двумя документами. Doc 8168 имеется на русском языке и многие разработчики схем в настоящее время руководствуются именно этим документом.