导航设备在通用航空上的应用浅析

吴夏泉

摘要:针对通用航空的特点，从无线电导航的ADF/NDB导航系统、甚高频导航系统（VOR），以及卫星导航这三个主要的导航设施设备着手分析讨论。分析通用航空导航设备的现状。对通用航空导航设备建设提出建议。

关键词：通用航空；航空电信网（ATN）；广播式自动相关监视(ADS-B)；空管雷达信标系统（ATCRBS）

引言:近年来，随着飞行活动量的增加，提供飞行的机场、航路、空域日渐紧张。如何在现有的空域环境下扩展飞行时空，加速飞行流量，满足日益增长的飞行需求，已成为急待解决的问题。低空空域运行保障在导航设施方面基本上是利用国家现有的用于公共运输航空服务的设施设备。本文从无线电导航的ADF/NDB导航系统、甚高频导航系统（VOR），以及卫星导航这三个主要的导航设施设备着手分析讨论，并进一步对通用航空所用导航设施建设提出建议。

一NDB导航系统

NDB是设置于地面上之传输信号装置，使用190-1750KHz，通常只附上用1020Hz进行调幅调变的局部符号。由于NDB信号包含有方位数据，所以航空器上若搭载ADF，可以用RMI（磁方位指示器）显示机首方向与与地面上之角度。所以若飞行员飞行的角度为零的时候，表示正位于该地上局之正上方，NDB视有效通达距离而定可以输出20瓦至数千瓦，低电力NDB称为罗盘定位器（CompassLocator）与ILS外部记号并设运用在最后进近定位点（FAF）。NDB由于是以垂直偏波且水平面无指向性的方式来发射信号，所以使用T型天线或垂直天线。

航空器从NDB台上空经过时，台站上空航空器接受到的信号会急剧减少。这个锥形无信号区（ConeofSilence）定位的精度，与航空器搭载天线的指向性相关联，在搭载天线显示仪表下侧有空白（NULL）存在的话，其精度高。

无线电定位时，在发射接收信号点存在唯一的传播路径时，可以获得准确的数据。但实际上发射接收的地表面形状是复杂的，所以常形成多重路径传播。利用地表波去的方位数据，而地表波的传播距离会随地表性质而改变。且NDB有效传播距离则会受到发射、传播路径、大气杂音及空间波强度等的影响。NDB的发射天线限制，所以天线的放射效率最高为20﹪左右。大气杂音是因空电而产生，其杂音的程度以低纬度（赤道附近）最低。所以，为了获得相同得传播距离，在低纬度必须实施高电力输出。另外，由于空间波必须比地表波强度低15dB以上，所以这也决定了有效的传播距离。

目前，中国民航NDB导航台的建设基本能够完成日常的导航工作和任务，为各类航空活动提供导航服务，保障空域的正常运行，由于NDB台的应用及其低廉的价格，在通用航空的航空器中也广泛装备有ADF设备，因此，NDB导航系统在低空空域航空活动的导航中发挥着非常重要的作用。但是随着航空导航设备的发展和进步NDB无线电导航方式由于其自身缺点（如导航精度低）将逐渐被更先进的其他导航方式所取代，NDB导航将逐渐淡出民航导航历史舞台。

二甚高频导航系统

VOR(甚高频全向信标)是一种用于航空的无线电导航系统。工作频段为30-300MHz频段。该系统和地面DME系统装在一起时，可以提供电台所在位置磁北为基准的全方位无线电信息和距离信息，因此通常也称为无线电测距导航系统。VOR导航系统是近距导航的主流导航设施，绝大多数现代军民用飞机，包括民航客机、小型通用航空器都配备有VOR接收机。

VOR/DME对空勤人员来说，就是一个VOR信标。VOR信标是世界上最多、最主要的无线电导航设施。许许多多的VOR台站相隔一定距离成网络状散点分布，当飞机上的接收机收到VOR信标的信号，飞行人员就可通过专用仪表判断飞机与该发射台站的相对位置，如果台站信号是带测距的（DME），还可知道飞机与台站的距离，从而确定飞机当前的位置，并知道应以多少度的航线角飞抵目的地。

VOR的还存在着一定的导航误差。由于VOR的无线电信号与电视广播、收音机的FM广播一样，是直线传播的，会被山峰等障碍物阻隔，所以即使距离很近，在地面也很少能接收到VOR信号，通常要飞高至离地600-1000米才收到信号，飞得越高，接收的距离就越远。在5486米以下，VOR最大接收距离约在40到130海里之间，视障碍物等因素而定。在6000米以上，最大接收距离约为130海里。由于此种原因，低空空域飞行时常受到导航设施的限制，缺乏有效的导航服务。

中国民航经过几十年的建设、尤其是90年代的大规模建设，在航路导航方面除NDB外，已有140余个VOR/DME台投入了运行，在我国东部地区航路和航线上，已可全部实现VOR/DME信号覆盖。这些甚高频导航系统主要应用于向公共运输航空提供导航服务，而公共运输航空一般在6000米以上的高空空域运行，低空空域上的通用航空活动同样也可以利用目前已有的VOR导航系统进行导航进行飞行导航，从而保障低空空域的安全有效的运行。

三卫星导航系统

卫星导航系统成为新一代空中交通管理系统的基础，以卫星导航系统为核心的航空应用迅速推动着飞行方式从现有受管制的被动飞行向未来的自由飞行迈进。从陆基导航系统向星基导航系统过渡已经成为国际航空界的共识。

在卫星导航系统中卫星的位置是已知的，用户利用其导航装置接收卫星发出的无线电导航信号经过处理以后，可以计算出用户相对于导航卫星的几何关系，最后确定出用户的绝对位置(有时还可以确定出运动速度)。卫星导航综合了传统导航系统的优点，真正实现了各种天气条件下全球高精度被动式导航定位，特别是时间测距卫星导航系统不但能提供全球和近地空间连续立体覆盖、高精度三维定位和测速，而且抗干扰能力强。能有效覆盖地势地形复杂的低空空域[2]。

中国民航使用的卫星导航系统有美国的GPS全球定位系统，和未来的欧洲的伽利略（Galileo）卫星导航系统。以及我国自主开发的的北斗二代卫星导航系统。由于卫星导航的精度高，以及其满足自由飞行的概念的特点，特别适合在低空空域上活动的通用航空的导航定位需求，低空飞行航空器，通过卫星定位系统自主掌握其飞行方位，准确方便快捷的到达目的地，尤其低空空域上飞行的直升机，使用卫星定位系统就像汽车的GPS导航一样方便。

四建设通用航空导航系统的建议

低空空域运行保障在导航设施方面基本上是利用国家现有的用于公共运输航空服务的设施设备。例如，当前美国有1000多个VOR台，1600多个NDB台，但根据美国的导航发展政策，正在逐步减少这些导航设备的建设，更不可能为低空通用航空建设专门的陆基导航设施。低空空域通用航空活动的快速发展给陆基导航系统带来了巨大挑战。

我国西部多高原山区，地形条件复杂，尚有部分西部机场没有引导飞机起降的仪表着陆系统，航路还没有完全实行雷达覆盖，地面辅助导航设备有限，复杂的地形条件和气象条件对飞行安全不利。若全部加装陆基系统，耗资巨大，甚至很多机场由于受地形条件限制根本无法安装。在西部地区，建设星基导航系统，采用新的航空导航、监视手段和协同运行控制系统，不仅会提高飞行的安全性，还将极大地节省投资，缓解西部地区机场、航路建设需求迫切及耗资巨大的难题。在星基技术得到验证后，在我国东部地区及珠江三角洲地区应用，可以缓解航路繁忙及终端区空中交通拥挤的状况，增加空域容量，缓解管制员的压力，保证飞行安全，减少航班延误。

卫星导航系统（GNSS）成为新一代空中交通管理系统的基础，从陆基导航系统向星基导航系统过渡已经成为国际航空界的共识。星基导航为主，陆基导航为辅。以卫星导航系统为核心的航空应用迅速推动着飞行方式从现有受管制的被动飞行向未来的自由飞行迈进。而低空空域在美国正是所谓的自由空域、非管制空域，因此大力发展卫星导航系统能够对于中国的低空空域的全面开放，以及对于低空空域航空活动保障具有巨大的意义。

参考文献

[1]康楠：美国飞行服务站简介，空中交通管理，2006年第3期

[2]陈团生、刘建军：我国通用航空发展对策分析，交通与运输，2007年3月

[3]郑通和：2008年中国通用航空发展报告，中国民用航空，2008年7月（VOL91）