基于性能的导航（PBN）技术发展研究

摘要：随着全球航空运输业的快速发展，飞行导航技术的进步已成为提升航空器运行效率和安全性的关键因素。基于性能的导航（Performance-Based Navigation，简称PBN）是一种利用卫星导航系统和其他航空传感器，为航空器提供高精度、高可靠性的导航服务的技术。本文探讨了PBN导航的发展，包括其定义、优势、实施阶段和应用前景。本文分析了PBN导航的关键技术，如RNP和RNAV，并讨论了它们在国内外的实施情况和未来发展趋势。本文还强调了PBN导航在提升飞行安全性、增加空域容量和减少地面导航设施投入等方面的作用，探讨PBN导航的发展。

关键词：基于性能导航（PBN）；航路；飞行；卫星导航系统（GNSS）

第一章 PBN导航的定义和原理

PBN导航是一种基于性能的导航方式，它根据航空器的性能和使用需求，分析航空器在空中的位置、速度、航向等参数，以及预先设定的航路和飞行规则，为航空器提供高精度、高可靠性的导航服务。PBN导航系统的实施，提高了航空器的安全性、可靠性和灵活性，同时减少了飞行员的工作负担，提高了航班的准时性和效率。

PBN导航的核心思想是将航空器的导航性能与所需的导航精度相匹配，从而在不同的运行环境和条件下，实现最优的导航效果。PBN导航的原理是利用多种导航源的组合，如全球卫星导航系统（GNSS）、惯性参考系统（IRS）、甚高频全向信标（VOR）、测距仪（DME）等，通过飞行管理系统（FMS）进行数据处理和计算，生成精确的飞行航径和导航指令，引导航空器按照预定的航迹飞行。

与传统的基于仪表的导航（Instrument Flight Rules，简称IFR）相比，PBN导航更加依赖于卫星导航系统（GNSS），提供了更为精确和可靠的导航服务。同时，PBN导航还考虑了飞行员的操作性能和航空器的性能限制，使得飞行过程更加安全和高效。

第二章 PBN导航的关键技术

PBN飞行程序可以利用两类基本导航规范：区域导航（RNAV）和所需导航性能（RNP）。在PBN技术背景下，航空器的定位和引导将综合发挥机载设备和星基、陆基设备的导航能力使航空器可以沿任意期望的航迹运行。PBN 概念明确了特定空域概念下拟实施的运行，对航空器 RNAV 系统的精度、完好性、可用性、连续性和功能性等方面的性能要求。PBN 概念标志着由基于传统陆基导航向 PBN 的转变。传统陆基导航方式下，飞机是通过接收陆基导航设备发送的导航信号沿地面导航台进行向台或背台飞行。区域导航（Area Navigation，RNAV）是通过陆基或星基导航信号的更新，使用飞机的惯导系统连续定位，达到沿任意期望的路径飞行的能力，它允许航空器在指定的区域内自由飞行，不受传统地面导航设施的限制。RNAV的实现需要依靠多种导航源的组合，如GNSS、IRS、VOR、DME等，通过飞行管理系统进行数据处理和计算，生成精确的飞行航径和导航指令。RNAV对机载设备导航性能监视和告警没有要求，而RNP包括了对机载设备导航性能监视和告警的要求，并能向飞行员显示是否达到了预定运行要求。

第三章 PBN导航在国内外的实施情况

目前PBN已经在全球得到了不同程度的推广和应用。在中国，根据《基于性能导航实施路线图》，PBN的实施分为三个阶段：2009年-2012年实现PBN重点应用；2013年-2016年实现PBN全面应用；2017年-2025年实现PBN与新航行系统整合，成为我国发展“新一代航空运输系统”的重要基石。目前，全国实施PBN运行的航路总距离约为1.04万公里，约占全国航路航线总里程的7%。PBN运行有效提高了偏远地区的空域利用率，缩短了航班飞行距离，受到了国际航空界好评。

在国际上，PBN也已经得到了广泛的应用。PBN 技术有助于进一步改善全球空中交通运输系统的安全、效率和可持续性。PBN突出的优点和作用使得航空运输技术先进的国家将其作为研究和应用的重点。基于PBN技术实际使用价值和发展前景巨大，美国、欧洲、澳大利亚等国家和地区都已经开展了PBN的实施工作，并且取得了良好的效果。例如，美国联邦航空局（FAA）已经开始在全美范围内推广PBN，计划在未来几年内将所有航路都转换为PBN运行。美国开展了“下一代航空运输系统”研究，最新公布的 PBN 路线图也明确了未来工作的要点：①取消地基导航设施；②重新设计相关航路；③修改调整间隔标准；④调整终端区空域结构和进离场程序，使RNAV 成为美国空域系统中的主要导航方式。从地基导航过渡到 PBN，开始使用国家基准系（NRS）。欧控则开展了欧洲天空一体化空管研究计划（Single European Sky ATM Research，SESAR）。欧洲航空安全组织（EASA）也已经开始在欧洲范围内推广PBN，并且在2020年前将所有适合实施PBN的航路都转换为PBN运行。 澳大利亚民航局（CASA）也已经开始了PBN的实施工作。目前，澳大利亚已经在一些繁忙的航路上实施了PBN运行，如悉尼至墨尔本和布里斯班至黄金海岸等航线。此外，澳大利亚还在一些机场实施了PBN运行，如悉尼机场和墨尔本机场等。

总体来说，PBN导航的应用前景非常广阔。随着技术的不断进步和完善，PBN将在提高飞行安全性、增加空域容量、提高航班正常性等方面发挥更加重要的作用。同时，PBN也将成为未来新一代航空运输系统的重要组成部分，推动民航事业的可持续发展。

第四章 PBN导航的优势和作用

PBN导航具有多种优势和作用。首先，PBN能够精确引导航空器，提高飞行运行安全性。PBN的导航精度和容差是根据航空器的性能和使用需求进行定义的，因此能够提供更加精确和可靠的导航服务。其次，PBN能够实现垂直引导，执行连续稳定的下降程序，减少可控飞行撞地（CFIT）风险。通过RNAV和RNP的组合使用，可以实现精确的垂直引导，使航空器在进近和着陆阶段更加安全和稳定。此外，PBN还能够提升全天候运行水平，提高航班正常性，保障地形复杂机场运行安全。PBN不依赖于传统的地面导航设施，而是利用多种导航源的组合进行导航，因此能够适应各种复杂的运行环境和条件。最后，PBN能够设计灵活和优化的飞行航径，增加飞机业载，减少飞行时间，节省燃油等。通过飞行管理系统的数据处理和计算，可以生成最优的飞行航径和导航指令，从而提高运行效率和经济效益。

PBN相对于传统导航方式具有很大优势，能有效降低空管的管制工作量和强度，保证航班 飞行安全；降低航空公司的运营成本和提高营运效益；可以减少航空运输对环境的负面影响。与传统地基导航方式相比，应用PBN的优势主要有以下几个方面：

1）精确引导航班，缩小航班运行间隔，有效提高空域流量，特别是核心枢纽机场终端区空

域。空中飞行的航班，可通过机载信息管理系统对来自几个不同导航源的航班空间位置信息进 行处理，确定航班的实时三维空间方位；这样能确保航班的定位精度更高，以实现更精确的引导航班，缩小航班之间的运行间隔，在有限空域内容纳更多航班进行安全、稳定的飞行。

2）可以优化航班空中航径，缩减航程飞行时间，达到减少航油消耗和增加业载的效果。 PBN技术可以根据实际需求合理划设航路，优化航路走向和航路里程，减少起飞航班机载油量， 为增加航班业载能力提供了可能，这个优点对于越洋（或跨洲）远距离飞行航班最为明显。

3）可以增加繁忙枢纽机场终端区空域进、离场程序定位点，有效提高航班流量。高峰小时

终端区空域流量较为紧张，是限制枢纽型机场进一步发展的主要瓶颈，这种情况在具有巨大起 降航班数量需求的核心枢纽机场表现明显。运用PBN技术后，能根据需要增加进离场定位点数量，满足航班以最佳方案从不同方向进离场的需求。执行PBN程序使得航班导航精度很高，航班的进离场轨迹相对集中，能释放出大量可用的终端区空域。

4）减少飞行员和管制员之间的陆空通话数量和航空器雷达引导需求，相当程度上减轻了他们的工作负荷和压力，工作链长度变短，增加了安全裕度。由于航路及终端区的 PBN 程序便于飞行，飞行员不需要地面提供太多的引导即可顺利执行，管制员也无需更多的干预飞行，节省了宝贵的空中频率占用时间，也降低了人为因素导致的空中交通风险。

5）降低我国偏远西部地区的陆基导航系统和空中交通管制基础设施的投入和运行成本，提高我国空中交通系统的整体运行效益。我国东部、中部和西部地区经济发展差距较大，东、

中部地区陆基导航设施比较完善，但西部地区比较缺乏。使用传统陆基导航方式，为满足飞行 航路运行要求需要建设大量的陆基导航台，不仅增加巨额投资成本，而且后续的运行维护、保养费用也会居高不下

第五章 PBN导航的挑战和未来发展

尽管PBN导航具有多种优势和作用，但是在实际应用中也面临着一些挑战和问题。目前，我国民航PBN技术应用主要依赖于美国GPS系统，其他相关星基导航源技术仍有待验证。虽然当前中国、欧盟、俄罗斯都在倾力发展各自的GNSS，但是GPS系统早已完成星座部署，精度较高，技术成熟、稳定可靠，被各大导航设备生产厂商和工业界列为技术标准或规范，广为采用。但是一旦该系统出现失效或其他问题，必然会对中国乃至全球的众多航空器运 行产生严重影响；另一方面，我国的航空器飞行导航完全依靠美国GPS系统，从军事角度而言，就丢失了行动自主权，处于战略被动状态。

其次，PBN的实现需要依靠高性能的机载设备和精确的飞行计划，这增加了航空公司的运营成本和技术难度。PBN的实施需要对空域结构和地面设施进行改造和优化，这也同样需要政府部门和航空公司的合作和支持。此外，PBN技术需要具有互操作性，不同的地域、国家、飞行服务提供者采用的技术应能够互相操作、彼此适用，尤其是当某一国家技术升级后仍需要满足与其他国家未升级技术的协同工作，这样才能确保空管系统在全球范围内的有效运转 ；此外，空管服务不能中断，空管技术的更新必须是连续、平稳地由旧技术发展到新技术，PBN 在实施阶段，原有的空中导航服务不能受到影响，这也加大了 PBN 推行的困难。最后，PBN的发展还需要不断的技术创新和实际应用经验的积累，以适应不断变化的运行环境和需求。

第六章 结论

基于性能的导航（PBN）是近年来国际民航界发展的一项航行新技术，是国际民航组（ICAO）在整合各国区域导航（RNAV）和所需性能导航（RNP）运行实践和技术标准的基础上，推出的一种新型运行概念，涵盖了从起飞和进近着陆、航路到终端区的所有飞行阶段。作为我国建设新一代航空运输系统的核心技术之一，基于性能导航的实施是实现我国民航强国战略计划中的重要组成部分，它的应用和推广将对我国民航的机载设备、机场建设、飞行运行、导航设施布局和空域使用产生重大影响，对有效促进民航持续安全、提高飞行品质、减少地面设施投入、增加空域容量、节省飞行时间、提高飞行安全性和节能减排等方面具有积极作用。PBN 技术的实施和推广也面临着较大挑战，需要对国际民航组织、发达国家以及中国的相关技术标准和政策法规进行深入的学习领会并加以转化，寻求财政支持，同时协调各方利益，不断提升航空器、卫星导航数据链、空管技术支持等面的技术水平。

参考文献

1《PBN导航对民航进近方式发展的影响》 科技视界. 2017（10）

2《传统飞行程序与PBN飞行程序》科技创新导报. 2014，11（16）

3《基于性能导航（PBN）浅析》硅谷. 2013，5（02）

4《基于性能导航（PBN）在国内民航的实施》中国高新技术企业. 2012（23）