摘要：本文从实现4D-RNAV所需要的环境要素出发、重点分析了实施4D-RNAV的技术要求和实现4D-RNAV的方法。作者认为实施4D-RNAV首先要建立民航同步时钟系统，其次要有先进的机载设备。
关键词：4D-RNAV；同步时钟系统；飞行管理系统
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）03-0208-02
4D-RNAV的实现是一个复杂的系统工程，要实现它的环境要素有很多，例如：助航基础设施、导航数据库、飞行数据库、机场的地形数据库、机载设备、程序设计标准和飞行程序设计、飞机性能及民航同步时钟系统。作者认为实施4D-RNAV首先要建立民航同步时钟系统，其次要有先进的机载设备。
一、实现4D-RNAV对同步时钟系统的需求
由于飞机的飞行活动是在一定的时间和空间内进行的，所以首先要解决时间同步问题。时钟同步系统主要用来处理传输设备各部分各转接通信段之间、传输设备与交换设备以及交换设备和交换设备之间的同步问题。只有良好的同步，数字信息的传递才不会出现误码、滑码的现象，进而保证通话质量，保证飞行安全。飞行活动对飞行中通话的质量和同步性要求很高，需要有一套同步的时钟系统，来保证通话质量和信息传递的同步。同时各类空管、通信导航和气象设备也需要时钟系统同步，避免由于时钟不一致而引起错误，从而造成安全隐患或事故。
1.时钟同步的定义及结构。民航时钟同步是指两个及以上信号之间在频率或相位上的有效瞬间频率差或相位差在容许的误差范围内，使数据正确有效地通过通信网内各节点设备传输。时钟同步系统主要由以下四个部分构成：主参考时钟PRC（primary reference clock）、各级大楼集成时钟系统BITS（building integrated timing system）、传输链路及网管监控系统。
2.民航同步时钟系统的可行性方案。通过分析时钟同步系统的结构可知同步时钟系统的建立有两种方案：①建立独立的民航时钟同步系统。建立民航自有的时钟同步系统，按照空中交通管理系统的实际情况，可概括为总体规划、分层建设和分步实施。首先在北京、上海两地分别设置整个民航通信网络的主参考时钟，在目前存在的7个空管分局分别建立受控铷钟为时钟源的区域基准钟。使用主用主参考时钟形成以各地区空管分局为同步区域的混合同步网，各区域基准钟经由传输链路直接同步于主参考时钟，形成我国的民航时钟同步网。据此，可将时钟同步网分成三个等级：一级节点采用主参考时钟；二、三级节点分别采用二、三级同步节点时钟。
图1-1 时钟同步网
如图1-1所示，运用两个独立的PRC构成一级时钟后，在地区管理局各建立一个以GPS接收机+铷钟构成的高精度区域主参考时钟LPR。以LPR为中心，通过BITS系统，建设本地区范围内的时钟同步网。
二、建设基于电信运营商同步网的民航时钟同步系统
随着计算机网络的发展，电信运营商的同步网已经成为主要支撑网之一。民航可以利用已建成的电信运营商的同步网，引接电信运营商的本地各级时钟至民航机房内，经过各级大楼集成时钟系统，建立民航界的时钟同步。
三、实现4D区域导航需要的飞控条件
1.基本的座舱系统配置要求和飞行控制原理。①基本的座舱系统配置。要实现4D区域导航驾驶舱内要安装的最基本设备有：电子姿态指示仪EADI、多功能显示板MFD、MFD控制板、水平状态指示仪HIS、状态板、（键盘）数据输入板、驾驶盘。如下图所示。
图1-2 实现4D-RNAV的航空电子系统
②飞行控制原理。飞行器的控制主要通过飞行管理系统来实现。飞行管理系统（FMS）是一个集成的综合电子系统，是最先进的机载电子设备的代表，具有强大的导航、性能计算、制导和显示功能。FMS是高级区域导航系统和性能管理系统的组合，它具有大容量的导航数据库，在飞机正常飞行区域内，计算机能提供从起飞到降落的闭环制导功能。其主要组成有：飞行管理控制计算机（FMCS）、惯性基准系统、自动飞行控制系统、自动油门（A/T）、电子飞行仪表系统（EFIS），其中FMCS是飞行管理系统的中枢。FMCS由飞行管理计算机（FMC）和控制显示单元（CDU）组成。FMC是多微机系统，它主要由三台微处理机、电源组件以及电池组件构成。导航微处理机执行与导航计算、侧向和纵向操作指令计算和CDU管理等相关的功能。性能微处理机完成大部分与性能计算有关的功能，即垂直操纵引导和飞行包线保护。输入/输出微处理机按照相关的规则在计算机和飞机各设备之间传递信息。导航功能的数据管理和计算是由计算机内的软件来完成的，其主要功能是：导航数据库管理、三维位置的计算、速度计算以及导航设备的选择和调谐。
2.飞行数据库。4D飞行数据库是按照同步时钟系统的时间，给一定区域内的有计划的飞行航线分配时间。传统的导航数据库一般由美国杰普逊航图发行公司提供，提供的具体内容有：导航设备的类别、位置、频率、标高、识标和级别；机场的归航位置、跑道长度和方位、标高和仪表着陆系统设备；航路数据；终端区域程序和ILS进近。所有的数据只是一些离散的点，飞行管理系统要根据航空公司计划的飞行路线把这些离散的点整合成一条航线。飞机在各个航线的时间上是独立的，相互没有任何联系，一旦发生时间和空间上的冲突，完全依靠管制员协调。飞行数据库应该满足以下要求：飞行数据库的建设可以按照自顶至下的原则，上层为一个地区甚至是一个国家的飞行数据库，中层是一个管制区域的飞行数据库，下层是某个具体航线的飞行数据。一定区域飞机的飞行活动都遵循同样的时钟系统和飞行航线，那么飞行活动就有了动态相关性。
四、4D-RNAV实施的理想环境
所有4D-RNAV飞行程序应该符合ICAO.8168文件《航行服务程序-航空器运行》（PANS-OPS）的相关设计要求；并且符合局方相关飞行程序设计的要求和规范。在实施4D-RNAV的终端区运行时，在95%的飞行时间内机载4D-RNAV系统的水平轨迹保持准确度等于或小于±1海里。除了仪表飞行规则（IFR）飞行所要求的设备外，至少还要求两套4D-RNAV系统，其中一套用于备用。对于使用两个以上导航源的系统，若主导航源故障，要能自动切换到备用导航源。
参考文献：
[1]杜实，刘娜，郝佳欢.中国民航大学学报[J].中国民航大学大学出版社，2010，7.
[2]刘娜.基于RNP/RNAV4D轨迹的运行环境的研究[z].