关于通用机场导航设施建设的思考

2018-12-22文/韩晓

中国工程咨询 2018年6期

文 / 韩晓

通用航空与公共航空运输构成民用航空的“两翼”，是民用航空的重要组成部分。建设发达的立体交通运输体系不仅要有发达的公共航空运输，还应有发达的通用航空来支持。从民航的发展规律来看，通用航空是公共航空运输发展的基础。

相比运输机场，通用机场的飞行作业类型导航方式的选择，直接影响到通用航空发展的质量和深度。以下重点从通用机场建设的角度，进行了导航设施建设模式的分析和思考，为工程实践提供一定的参考。

一、飞机导航系统发展历程

飞机导航系统（aircraft navigation system）是指确定飞机的位置并引导飞机按预定航线飞行的整套设备（包括飞机上的和地面上的设备）。飞机导航系统的功能，主要是引导飞机沿预定航线飞行，并引导飞机进、离场，完成进场着陆和离场飞行。导航的关键在于确定飞机的瞬时位置。确定飞机位置有目视定位、航位推算和几何定位三种方法。目视定位是由驾驶员观察地面标志来判定飞机位置；航位推算是根据已知的前一时刻的位置和测得的导航参数来推算当前飞机的位置；几何定位是以某些位置完全确定的导航点为基准，测量出飞机相对于这些导航点的几何关系，进而定出飞机的绝对位置。

早期的飞机主要采用目视飞行，飞行员通过观察公路、铁路、河流、山峰、城镇或湖泊等地标来确定飞机的方位。20世纪20年代开始发展仪表导航。飞机上有了简单的仪表，靠人工计算得出飞机当时的位置。30年代出现无线电导航，首先使用的是中波四航道无线电信标和无线电罗盘。40年代初开始研制超短波的伏尔导航系统和仪表着陆系统。50年代初惯性导航系统用于飞机导航。50年代末出现多普勒导航系统。60年代开始使用远程无线电罗兰C导航系统，作用距离达到2000公里。为满足军事上的需要还研制出塔康导航系统，后又出现伏尔塔克导航系统及超远程的奥米加导航系统，作用距离已达到10000公里。1963年出现卫星导航,70年代以后发展全球定位导航系统。直到80年代DME加盟无线电导航后，才从定向到定位前进了一步。现在以GPS为代表的卫星导航系统是被广泛应用的精确定位的一种主要导航方式。

目前，国内民用运输机场主要采用全向信标/测距仪（DVOR/DME）导航方式，配合仪表着陆系统（ILS）完成进近和着陆，一般也都已设计了基于卫星导航的PBN（基于性能的导航）飞行程序。此外，由于历史原因，许多民用机场仍保留无方向性信标台（NDB）作为指点标使用，NDB台也可作为归航台使用，飞行程序设计时，可使用向台和背台飞行方法。

图1 通用航空服务功能

相比民用运输机场，由于通用航空飞机的使用功能不同，机型种类多样，机载设备差异等原因，并考虑到投资建设和后期维护成本，仪表着陆系统（ILS）和导航台站的建设也根据实际需求确定。导航设施的配置方案，直接影响到机场的飞行程序设计方案和机场的飞行方法的选择，进而将对机场能够从事的飞行任务的种类等产生根本性的影响。以下重点从机场使用功能、机载设备差异、导航频率资源等方面，分析通用机场的导航设施建设模式。

二、通用机场导航设施建设方案的影响因素

（一）机场使用功能

通用航空是指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动，包括从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、教育训练、文化体育等方面的飞行活动。通用航空所使用的航空器一般分为四类：固定翼飞机、直升机、旋翼机和无人驾驶飞行器。从服务的角度来看，通用航空有三大功能：公共服务功能、经济建设服务功能和消费市场服务功能。

由于通用航空的服务功能多样，执行的规章包括CCAR-121、CCAR-135、CCAR-91等，飞行方法有所不同，比如：工业、农林、警务及应急救援飞行等一般为目视飞行，主要在机场或起降点周边飞行；短途运输、公务航空等一般为点对点的仪表飞行，需加入航路航线飞行。

（二）建台环境限制

根据民航局《民用航空导航台建设指导材料》、《民用航空通信导航监视台（站）设置选址技术审查办法（试行）》等相关文件要求，机场设置导航台站，需根据飞行程序设计方案进行台站选址，并进行遮蔽角测量、电磁环境测试、信号覆盖分析等工作，结合工程建设条件分析，论证台址方案的可行性和台站的建设方案。

其中，涉及到台站的建设方案，又分为全向信标/测距仪台（DVOR/DME）和无方向性信标台（NDB）两种主要的方案。全向信标/测距仪台（DVOR/DME）可提供方位和距离信息，造价较高，能够实现航空器的定位；无方向性信标台（NDB）仅能实现向台和背台飞行，造价低，但无法实现航空器的定位。

（三）机场用地限制

此外，由于目视跑道及仪表跑道升降带的尺寸不同，机场的用地范围有较大差异。根据《民用机场飞行区技术标准》（MH5001），以飞行区等级2B、跑道长度1200米为例，仪表跑道的升降带宽度为自跑道中线及其延长线向每侧延伸75米，非仪表跑道为40米；升降带长度为在跑道入口前，自跑道端或停止道端向外延伸至少60米。因此，同等跑道长度条件下，采用目视飞行的通用机场比仪表飞行的通用机场仅飞行区用地将节省50%左右。

机场采用仪表运行时，要求地面导航设施配置方案应与飞行区的升降带尺寸等条件相配套，如此才能保证飞行安全。并且，从机场规划的角度考虑，机场远期的发展可能涉及到飞行区等级的提升，进而会对机场的导航方式的变化及用地规模等提出规划要求。因此，不同使用功能的通用机场，是否建设地面导航台站，也需要统筹考虑征地条件及机场未来发展规划等因素。

（四）导航频率资源限制

近年来，我国民用航空器的数量以及机场、航路和管制扇区的不断增加，运输机场对航空频率的需求量迅速增长，导航频率资源的使用日益紧张，提高频率资源利用率是保障我国民航健康发展的迫切需求。

参照《国际民用航空公约》附件10推荐的导航台地理间隔计算方法，同波道情况下，一台有效发射功率50瓦的VOR要距离仪表着陆系统保护点至少148公里；邻波道情况下，则至少需要相隔9.3公里。考虑到仪表着陆系统均配置测距仪，相同频率仪表着陆系统应相距200公里以上，间隔50kHz的相邻频率仪表着陆系统应相距80公里以上。

除专供公务机等喷气式飞机使用的通用机场外，一般通用机场不设置仪表着陆系统，但仪表飞行的通用机场，一般会考虑设置全向信标/测距仪台（DVOR/DME）或无方向性信标台（NDB），即需要满足上述导航台地理间隔要求。而通用机场将与运输机场共用分享日益紧张的导航频率资源，这就需要统筹考虑通用机场的导航设施建设方案及频率分配。

因此，通用机场是否建设地面导航设施也要综合考虑周边机场的建设规划和机场等级。距离周边的运输机场较近的通用机场，在机场选址阶段，就应重点关注机场导航设施配置方案对邻近机场的影响，包括信号覆盖及频率冲突等方面。

（五）拟使用机型的机载设备限制

通用航空不同于运输航空，其主要区别在于，两者使用机型的类型、大小、航空器性能、机载设备等差别较大。部分通用航空飞机存在无增压舱、升限较低、未安装VOR接收机等限制条件，在高原、高高原等山区飞行时难以达到部分航路的最低安全高度，无法实施点对点的航路仪表飞行，仅能低空本场或转场飞行，此类情况下，建设地面导航设施的意义不大。执行短途运输、公务航空等飞行活动的航空器一般不存在上述限制，此类通用机场，可根据实际建设需求，结合信号覆盖、导航频率资源分配等因素，统筹规划地面导航设施的建设。

图2 通用机场导航设施建设方案影响因素

三、通用机场的导航设施建设模式分析

根据上述分析，通用机场的导航设施建设方案的主要影响因素包括：机场使用功能、建台环境限制、机场用地限制、导航频率资源限制、拟使用机型的机载设备限制等，如图2所示。

具体到通用机场的导航设施建设模式，建议首先确定通用机场的使用功能、近远期的拟使用机型及其机载设备的配置情况，并结合不同服务功能的飞行方法，明确机场的跑道类别，即目视跑道或者仪表跑道。

在此基础上，目视飞行一般不需要建设地面导航台站；仪表飞行需要导航信号引导飞行器到达或飞离机场，建设本场的导航设施是必要的。若实施仪表飞行的通用机场，需在充分论证台址方案的可行性和台站的建设方案后，包括电磁环境测试、遮蔽角测量、飞行程序设计要求、信号覆盖分析等，并统筹考虑机场征地条件、未来发展规划、导航频率资源分配、投资效益等因素，确定合理的导航设施建设方案。

结合实际工程经验，建议以短途运输、公务飞行、飞行培训等功能为主的通用机场需设置地面导航台站，并优先考虑全向信标/测距仪台（DVOR/DME），其他以本场飞行为主的通用机场，可以考虑目视飞行，如需采用仪表飞行方法，建议可重点从机场建设投资成本的角度考虑，优先考虑设置无方向性信标（NDB）台作为归航台使用，后期根据机场的远期发展规划，做好导航设施台址的预留及保护工作，结合机场的实际运行情况，研究对机场导航设施进行升级改造。