A320系列飞机航图漂移现象解析_jeppesen航图讲解解析

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A320系列飞机航图漂移现象解析

航图漂移是目前民航客机飞行中普遍存在的现象，本文通过对飞行航路及A320系列飞机在飞行各个阶段飞机位置的分析，剖析了导致航图漂移现象的各种原因及后果。

航图漂移，是指正常飞行中飞机在电子仪表地图上的显示偏离预定航路的现象，由于在电子仪表地图上飞机总是显示在航图中央或者下方的中间位置，故在飞机位置产生偏差的情况下，往往表现为航图的整体左右偏移。

在对A320系列飞机的维护中，经常会有机组反映存在航图漂移的现象，飞机在某些机场的跑道上起飞后还未转弯，在电子仪表地图上的飞机已经偏离跑道的中心延长线，有时还会触发ECAM警告，或者触发地形警告，航图漂移有时也发生在飞机的巡航中。2005年上半年南航深圳分公司执管的15架A320/A319飞机，机组共有6次航图漂移现象的反映，几乎都发生在飞机起飞后不久的爬升阶段。

导致航图漂移现象的原因比较复杂，有时多种因素掺杂在一起，下面就此问题进行剖析。

坐标系与飞行航路

为了确定物体在地球上的位置，人们建立了若干个参考椭球体，并把它作为地球形状的数学模型。不同的参考椭球体使用不同的投影方法在二维平面上得到不同的平面坐标系，进而导致同一个物体在不同的坐标系中的经纬度位置不同。

民航机组目前使用的国内航图，如高空航线图、中低空航线图等均使用北京54国家坐标系。该坐标系是参照前苏联的克拉索夫斯基参考椭球体所建立，航图按照等角正割圆锥投影法绘制。而在国际上，目前大多数国家普遍采用WGS-84坐标系。该坐标系由美国国防部研制确定，以国际大地测量与地球物理联合会（IUGG）第 17届大会所确定的WGS-84参考椭球体为参照。在A320系列飞机上的全球定位系统（GPS）、增强近地警告系统（EGPWS）的地形数据库、飞行管理（FM）位置计算时所采用的地球模型均使用WGS-84坐标系。

中国官方通过《航行资料汇编》（AIP）对外公布国内机场、航路点、导航台的坐标数据，各航空公司航务部门由此确定本公司飞机导航数据库（NDB）中各个位置点的坐标，然后交由霍尼维尔公司或杰普逊公司以ARINC424的标准进行制作，所以NDB内各位置点的经纬度坐标与AIP手册完全一致。机组在飞行准备时，输入公司航路代码后，在电子仪表地图上会显示出一条绿色折线航路，这条航路就是由FM根据NDB内航路上的各位置点连线生成，飞机就是要严格按照这条航路进行飞行。

经过对比检查，NDB中大部分位置点的经纬度坐标与国内航图北京54坐标系下的坐标不同，但差别很小，所以严格意义上讲，在电子仪表地图上显示的飞行航路与国内航图上的航路并不完全一致，存在一定差异，但由于航路通常有相当的宽度，这种微小的差异一般不会对航路显示与飞行操作造成影响。

飞机的各种位置

飞机导航系统最主要的目的之一就是确定飞机的位置。目前A320系列飞机机载导航系统有三种，即惯性导航系统（IRS）、无线电导航系统和GPS，每种导航系统都能确定出各自的飞机位置，然后提供给FM使用。

1.混合惯导位置

A320系列飞机有3套IRS，每套IRS都将计算出飞机惯性位置送给飞行管理制导计算机（FMGC），如果这三个IRS位置均有效，FMGC则根据这3个位置计算出一重力平均值，即“混合惯导（MIX IRS）位置”。当其中一个IRS位置偏差异常时，FMGC在MIX IRS位置的计算中使用一定的法则以消除这个IRS位置的影响（见图1）。

如果其中一个IRS位置失效或者偏差太大（与先前的MIX IRS位置相比偏差大于30海里），FMGC就将此IRS位置剔除，仅使用一个IRS位置，优先权顺序从高到底依次为：本边ＩＲＳ位置、ＩＲＳ３位置、另一边ＩＲＳ位置。

2.无线电位置

A320系列飞机上用以导航计算的无线电导航系统有甚高频全向信标系统（VOR）和测距机系统（DME），由于单一的无线电导航方式无法确定飞机的位置，所以每个FMGC正常情况下使用本边的无线电导航设备、采用DME/DME或VOR/DME的组合方式来最终确定飞机的无线电位置。FMGC或者机组选择的地面导航台可以在SELECTED NAVAIDS页上查看。

3.GPS位置

A320系列飞机都有2套GPS系统，核心部件（MMR或GPSSU）计算出飞机的GPS位置。每个IRS系统接收各自的GPS位置进行混合计算，得到3个全球定位惯性导航系统（GPIRS）位置，FMGC根据误差情况与优先权来决定使用哪个GPIRS位置，优先权顺序从高到低依次为：本边GPIRS位置、GPIRS3位置、另一边GPIRS位置。

GPIRS位置数据不断被FM进行着完整性测试，如果GPIRS位置在MIX IRS位置和无线电位置的允许误差范围之内，并且GPIRS位置比无线电位置的预计位置误差(EPE)小或相等时，GPIRS位置才会被使用，导航(ND)和MCDU上显示“GPS PRIMARY”(即主机GPS)信息，GPS PRIMARY方式有效。如果测试失败，GPIRS位置则被拒用，ND和MCDU上显示“GPS PRIMARY LOST”信息(主GPS方式失效)，GPS PRIMARY方式无效（见图2，FM1位置=GPIRS1位置，其他FM位置均为相应的无线电位置）。

4.FM位置

飞机的FM位置即是FMGC在电子仪表地图上用来显示当前飞机的位置。正常情况下，飞机的FM1位置在ND1上显示，FM2位置在ND2上显示。当其中一个FM位置失效后，剩下的FM位置同时在两侧的ND上显示，此时两侧的ND均应设置为相同的显示方式与量程，否则故障边的ND上将显示“SELECT OFFSIDE RANGE/ MODE”的提示信息。

当IRS未完成校准或者故障，或者FMGC中的FM部分故障后，相应一侧的电子仪表地图不会被显示，ND上显示航图无效（MAP NOT AVAIL）信息。

FM位置的更新

A320系列飞机的FM位置更新有自动更新和人工更新二种方式。

1.自动更新

在飞行的各个阶段，飞机FM位置的自动更新情况如下。

（1）在地面上，起飞推力施加前

如果GPS PRIMARY无效，FM位置=MIX IRS位置；如果GPS PRIMARY有效，FM位置=GPIRS位置。

（2）在地面上，起飞推力施加后

对于件号以“B”字母开头的Legacy FMGC，不管GPS PRIMARY是否有效，均存在“起飞位置更新”功能，即飞机在跑道头起飞，当油门杆置于TOGA位时，FM位置此刻迅速被强制更新为NDB中此条跑道的入口位置。对于件号以“C”字母开头的第二代飞行管理系统（FMS2），如果GPS PRIMARY无效，也存在“起飞位置更新”功能，但如果GPS PRIMARY有效，“起飞位置更新”功能则被抑制，此时FM位置=GPIRS位置。

（3）起飞后不久

起飞推力施加大约2分钟后，FM位置向GPIRS位置(如果GPS PRIMARY有效)或MIX IRS位置接近。

（4）巡航中

如果GPS PRIMARY有效，则“无线电位置更新”功能被抑制，FM位置=GPIRS位置；

如果GPS PRIMARY无效，当飞机处在足够数量的地面导航台的有效范围之内时，FM位置=无线电/IRS混合位置。实际上，当无线电位置有效时，飞机的无线电/IRS混合位置经过滤处理被FM使用时已经与无线电位置基本相同。

只要无线电位置或者GPIRS位置有效，每个FMGC就不断计算着从MIX IRS位置到对应无线电位置或者GPIRS位置的矢量，这个矢量被称为“偏差”，偏差不断被FMGC更新。当无线电位置或者GPIRS位置无效时，偏差被记忆下来，此时FM位置=MIX IRS位置+偏差。

（5）进近中

当AP/FD接通，飞机处在仪表着陆系统(ILS)或航向道(LOC)方式时，即使此时GPS PRIMARY有效，LOC信号也可以被FMGC用来更新飞机的FM位置，此功能被称为“LOC位置更新”。

2.人工更新

（1）非跑道头起飞时

如果飞机不是在跑道头起飞，而是从跑道中间插入，则起飞前机组应当在TAKE OFF页上输入起飞偏差（TO SHIFT）值，那么当油门杆置于TO/GA位时，“起飞位置更新”功能使得FM位置此刻迅速被更新为跑道入口并经TO SHIFT值修正后的位置。

（2）飞行中

机组在空中确认当前飞机的FM位置有较大误差后，可以通过在进程页上的“UPDATE AT”项人工输入导航台（或者航路点、机场）的识别符，当飞机飞临这些位置点的上空时通过人工作动，从而使当前飞机的FM位置强制更新为这些点的坐标位置。

飞机的导航方式及各个位置的情况可以在GPS MONITOR页和POSITION MONITOR页上查看。

原因分析

引起航图漂移现象的原因主要有以下几点。

1.在地面上，IRS校准时输入不正确的PPOS值

当GPS PRIMARY有效时，如果输入的当前位置（PPOS）值误差较小，GPIRS运算法则能够修正IRS的位置误差，飞机起飞后不会存在航图漂移现象。但如果输入的PPOS值误差较大，GPIRS运算法则不能够完全修正IRS位置误差，对于件号以“C”字母开头的FMS2，起飞推力施加时，由于FM位置≠跑道入口位置，所以起飞时必然存在航图漂移现象。由于起飞后不论哪种FMS，飞机的FM位置都是向GPIRS位置接近，所以起飞后的航图漂移现象也都将存在。

当GPS PRIMARY无效时，飞机起飞后，在FM位置从跑道入口位置向MIX IRS位置接近的过程中也将发生航图漂移现象，一旦飞机飞到一定高度，处在足够数量的地面导航台的有效范围之内时，则“无线电位置更新”功能将立即修正飞机的FM位置，航图漂移现象消失。

事实上，不论GPS PRIMARY是否有效，当输入了较大误差的PPOS值后，飞机停在地面上即使不动也可以观察到航图漂移现象。

IRS校准时，机组通常根据飞机停机位前方指示牌上的经纬度值进行输入，但在有些军民混用机场出于国防安全的需要，停机位的经纬度值被人为地设置了误差，有些误差还比较大，所以在军民混用机场及坐标误差较大的其他机场，飞机停在地面上和起飞后极易出现航图漂移现象。

2.机组未按要求进行FM位置的人工更新

飞机没有从跑道头起飞，而是从跑道中间插入后起飞，如果机组在起飞前没有输入TO SHIFT值，结果起飞推力施加后，“起飞位置更新”功能将飞机的FM位置错误地更新为跑道入口位置。

3.NDB中跑道入口、导航台、LOC台的坐标位置不准确或者识别码错误

跑道入口坐标的不准确将导致飞机的FM位置在“起飞位置更新”中产生误差。巡航中，当GPS PRIMARY无效时，FM位置=无线电/IRS混合位置，此时导航台的识别码错误或坐标位置不准确，会导致无线电位置和FM位置的计算产生误差，航图产生漂移。

4.IRS误差太大

IRS位置是采用积分计算，其积累误差随着飞行小时数的增加而增加，当IRS误差较大后，必然导致GPIRS或者无线电/IRS混合位置的计算出现较大误差，从而导致航图漂移。当飞机以IRS ONLY导航方式飞行较长时间，这种积累误差对飞机FM位置的影响将表现得更加突出。

5.GPS系统的故障

GPS系统的故障会导致GPS位置数据的丢失，从而影响GPIRS位置的计算。2005年初，B-2366飞机因为GPS2天线的间断性故障导致空中接收不到卫星信号，没有GPS2位置数据，多次触发“FM/GPS POS DISAGREE”的ECAM警告，并在ND2上产生航图漂移，在更换了GPS2天线后恢复正常。

6.坐标系的不同可能会对FM位置的精度造成影响

IRS位置、无线电位置和GPS位置所处的坐标系不同，在各种混合位置的计算中，可能会造成飞机FM位置的精度下降，从而出现较大误差，导致航图产生漂移。

影响与操作

当飞机FM位置的误差较大时，航图产生漂移，使得原本无碰撞危险的地形可能变成一个潜在危险的地形接近，从而触发EGPWS产生错误的地形警告。

2005年上半年6次航图漂移中，其中有3次触发了地形警告，均发生在从周围有山的机场起飞时，机组在使用原始数据和目视观察后，证实飞机处在正常起飞航路上，故未对飞行安全和操作造成影响。

航图漂移现象有时只发生在某一边的ND上，此时在多功能控制显示组件上大都会显示“FMS1/FMS2 POS DIFF”信息，这表明飞机的FM1和FM2位置相差至少超过了5海里，发生航图漂移一侧的FM位置的误差较大。

航图漂移时，多数时候还伴随着“FM/GPS POS DISAGREE”的ECAM警告，这表明此时飞机的FM位置与GPS位置相差已超过一定范围。如果此时飞机刚起飞或在ILS/LOC进近阶段，机组可以不必理会，但如果发生在爬升、巡航或下降中，机组必须检查在MCDU相应页面上的导航精度指示，如果精度指示为“HIGH”（高），则GPIRS数据可以继续使用，如果精度为“LOW”（低），则机组必须使用HDG/TRK方式，并在POS MONITOR页上比较FM位置与GPIRS位置，如果有一个FM位置与GPIRS位置一致，则可以使用相应的AP/FD，否则必须在SELECTED NAVAIDS页上选择“取消选择GPS”的选项，此时GPS PRIMARY无效，飞机利用“无线电位置更新”功能以确定飞机的位置，必要时机组可以与地面联系，通过地面一次雷达来识别飞机偏离航路的情况并采取措施，同时机组可以考虑关断TERR电门，以抑制EGPWS可能产生错误的地形警告。

结束语

航图漂移是目前民航客机国内飞行中比较普遍存在的一种现象，可能是由飞机外部原因造成，也有可能是飞机内部原因造成，为了准确判断产生航图漂移现象的原因，地面维护人员必须加强与机组的交流，在对起飞机场、当时的导航方式、导航精度、相关系统的工作情况及机组的操作等有了全面了解后，才能做出准确的判断。