航行轨迹预测研究（浅析RAIM预测空洞对飞行的影响）

在航班日常运行中，签派员和飞行员可能会发现一些机场的RAIM预测在某些时间段完好，某些时间段存在空洞。这种情况经常出现，签派放行时如何处理，法规有清晰明确的要求。但如果我们进一步深究，RAIM预测空洞到底会对我们的飞行产生什么样的影响？本篇文章我们以空客A320飞机为例，来探究这个问题。

一、RAIM与RAIM预测

首先，我们需要复习RAIM与RAIM预测的基础知识。在笔者之前的文章《PBN学习笔记》中，对这两个概念有过详细的介绍，大家感兴趣的话可以去搜索阅读。这里我们需要明确一点，即RAIM是一种算法，正常卫星定位需要4颗卫星，当出现第5颗卫星时，即可以通过这种算法，算出同一个地点的多个位置解，然后进行比较，从而确定卫星定位的位置是否可靠，实现故障探测功能（FD功能）。而RAIM预测是根据星历、遮蔽高度角、卫星故障通告等推算飞机运行区域是否有至少5颗几何构型满足要求的卫星，这和RAIM不是一回事。

二、GPIRS位置

复习了基础知识，我们还需要了解空客A320系列飞机导航系统相关的一些知识。飞机导航系统最重要的功能就是确定飞机位置。对于A320系列飞机来说，导航系统可以确定出四种位置：

1. MIX IRS（混合惯导）位置。这是A320系列飞机的FMGC（飞行管理和导航计算机）计算的飞机上3部IRS（惯性基准系统）的加权平均值；

2. GPIRS位置（FCOM手册中为GPS位置）。A320系列飞机有2套GPS系统，2套GPS系统的接收机分别在MMR（多模式接收机）1和2中，MMR接收到的GPS信号传递给IRS，每部IRS独立选择信息源，计算混合IRS/GPS位置，即为GPIRS位置；

3. 无线电位置。A320系列飞机的FMGC使用同侧或对侧的导航设备计算的无线电位置；

4. FM位置。A320系列飞机的FMGC使用前面提到的3种位置，加上一定的修正，计算的飞机的飞行位置。

在飞行过程中，GPIRS位置数据被飞行管理系统FMS不断进行精度标准和完整性标准测试，如果满足要求，GPIRS位置数据和MIX IRS位置数据即会被用于计算飞机的FM位置并显示给飞行员，同时MCDU PROG页面 5R字段和草稿栏上显示GPS PRIMARY（注意此时精度ACCUR显示为HIGH）。如图：

如果精度标准（HIGH/LOW）和完整性标准其中一个没有通过测试，FMS则会使用无线电位置和MIX IRS位置来计算FM位置，同时在MCDU和ND上显示琥珀色的GPS PRIMARY LOST信息：

注意，GPS PRIMARY LOST信息出现的逻辑中提到了精度标准和完整性标准。根据上文提到的RAIM预测的基础知识，RAIM预测空洞即意味着飞机GPS位置不可靠，这会不会导致精度标准和完整性标准通不过测试？假设是的话，那本文提到的问题就有了答案：RAIM预测空洞可能会导致GPIRS 位置数据通不过FMS的精度标准和完整性标准测试，导致FM位置只能使用MIX IRS位置数据和无线电位置数据更新，触发GPS PRIMARY LOST信息。接下来我们需要深入探究GPS PRIMARY LOST触发逻辑中提到的精度标准和完整性标准。

三、GPS PRIMARY LOST

FMGC引入了一个概念叫EPU（不确定位置预测 Estimated Position Uncertainty），在GPS IRS导航方式下， EPU的计算公式为

这里的FOM英文为Figure of Merit，即GPS的品质因素。这是容易忽略但又很关键的一个概念，我们先来看EPU的使用。

A320系列飞机的FMS即飞行管理系统将EPU与要求的导航性能RNP值进行比较，如果EPU不超过RNP值，则精度为HIGH；如果EPU超过RNP值，则精度为LOW。也就是说，EPU直接影响GPS的精度，而从EPU的计算公式我们又可以发现，EPU值的大小又受FOM值的影响。在空客公司的一本技术资料A320 Family Instructor Support 里，笔者找到了对GPS精度和FOM的详细描述：

The GPS provides 2 essential data， additionally to position (Lat/Long/Alt):

-The ACCURACY of the Lat/Long position: it is a direct function of the satellite constellation in view of the aircraft. If the satellites are low on the horizon， or if their respective position is unfavorable， the resulting accuracy will be poor. It is provided as a Figure of Merit.This accuracy can be computed with a high probability of confidence.

从这段英文描述我们可以清晰地看到，飞机视野里的卫星星座和卫星的高度决定了FOM值的大小。RAIM预测要解决的不就是飞机视野里是否有数量足够、分部合适、遮蔽角等满足要求的卫星吗？所以到这里，我们可以得出结论1：

RAIM预测空洞是准确的，会影响 GPS FOM值，而FOM值又会影响EPU，EPU与RNP值的比较决定了GPS的精度是HIGH还是LOW。GPS PRIMARY LOST触发逻辑中的精度就是指这个。

完整性标准又是指什么呢？A320系列飞机FCOM手册中对此的解释是“探测失效并对其提供警告的能力。该标准指示机组对FMS位置可信赖的程度”。这其实就是RAIM里的完整性的概念啊！如果还有所怀疑，我们再来看上文提到的空客公司的技术资料A320 Family Instructor Support里对此的解释：

（紧接上文-The ACCURACY）-The INTEGRITY， which is a direct function of the number of satellites in view of the aircraft， allows a defectuous or erroneous satellite to be rejected. If 5 or more satellites are in view， several combinations of those satellite signals may be used to process “several positions” and to carry out reasonableness tests on the satellite signals themselves.：

看完这段英文解释，我们可以得出结论2：如果RAIM预测空洞是准确的，GPIRS位置数据将无法通过完整性标准测试，导致出发GPS PRIMARY LOST信息。

四、答案

通过上文的分析及我们得出的结论1和结论2，我们对本文提出的问题：如果RAIM预测空洞会对我们的飞行产生什么样的影响就有了答案：RAIM预测空洞，有且仅有可能导致A320系列飞机GPIRS 位置数据通不过FMS的精度标准和完整性标准测试，触发GPS PRIMARY LOST信息（需要特别注意，GPS PRIMARY LOST信息不是仅由RAIM预测空洞导致，还有很多其他因素，即RAIM预测空洞是GPS PRIMARY LOST的充分但不必要条件）。换句话说，如果飞机在空中一直是GPS PRIMARY，没有出现GPS PRIMARY LOST，而且在MCDU上的GPS MONITOR页面MODE/SAT栏3R字段显示NAV/6，那么我们有充分理由相信此时飞机的RAIM功能是完好的，RAIM预测空洞是不准确的。