目的地机场RAIM预测不可用时，能否放行飞机？

前一段，马累（马尔代夫首府）机场的ILS检修，一检修就检修了好几个月。由于马累机场除了ILS进近，就只剩下RNP和VOR这两种进近方式了，群里对“目的地机场RAIM预测不可用时，能否放行飞机”这个问题讨论很热烈。

要回答这个问题，我们还是先来了解一下RAIM的基础知识。

什么是RAIM？

RAIM是Receiver Autonomous Integrity Monitoring的缩写，即接收机自主完好性监控。它是一种用于评估GPS信号完好性的技术。它在GPS应用中起到特别重要的作用。RAIM根据GPS用户接收机的多余观测值监测用户定位结果的完好性，其目的是在GPS导航过程中检测出发生故障的卫星，并保障导航定位的精度。

RAIM和GPS导航的关系是什么？

GPS卫星导航系统中，有多种因素影响用户接收机的定位精准，比如卫星星历误差（卫星轨道与实际轨道之间的差值）；卫星时钟误差（GPS卫星时钟与GPS系统时间之间的差值）；SA政策（SA是美国国防部对非特许用户降低GPS系统定位精度的政策。目前已经提出了3种不同的架构来为GPS提高精准度：

1、星基增强系统SBAS(Satellite-Based Augmentation System)

通过在地球同步轨道卫星（GEO geostationary earth orbit）上搭载卫星导航增强信号转发器，可以向用户播发星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息，实现对原有卫星导航系统定位精度的改进。全球已经建立起了多个SBAS系统，如美国的WAAS（Wide Area Augmentation System）、俄罗斯的SDCM（System for Differential Corrections and Monitoring）、欧洲的EGNOS（European Geostationary Navigation Overlay Service）、日本的MSAS（Multi-functional Satellite Augmentation System）以及印度的GAGAN（GPS Aided Geo Augmented Navigation）。 

2、地基增强系统GBAS(Ground-Based Augmentation System)

提供基于地面要素的GPS增强。 GBAS是一种差分技术（在位置已精确测定的已知点上配备一台GPS接收机作为基准站并和用户同时进行GPS观测，将得到的单点定位的结果与基准站坐标比较，求解出实时差分修正值，以广播或数据链传输方式，将差分修正值传送至附近GPS用户，以修正其GPS定位，以提高局部范围内用户的定位精度）。

3、基于飞机的增强系统ABAS（Aircraft-Based Augmentation System）。

与其余的增强系统不同，基于飞机的增强系统（ABAS）只关注其完好性，而不是提供解决方案的准确性（即不提供校正）。航空器GPS接收机的RAIM功能就属于ABAS技术的一种。

GPS接收机为何需要有RAIM功能？

由于GPS信号本身不包括关于其完好性的任何内部信息。GPS卫星可能发送略微不准确的信息，但是接收机没有办法使用标准技术来确定这一点。RAIM功能使用冗余信号来产生几个GPS伪距（由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得到的距离）并对它们进行比较，并使用统计功能确定故障信号。 接收机自主完好性监控（RAIM）为GPS接收机提供信号的完好性监控。

RAIM是如何检测和排除故障的？

传统GPS接收机RAIM仅使用故障检测(FD-fault detection)功能，而较新的GPS接收机具有故障检测和排除(FDE-fault detection and exclusion）功能，这使得它们能够在存在GPS故障的情况下继续操作。该测试统计使用伪距测量残差（预期测量和观察测量之间的差）和冗余量的函数。 将检验统计量与基于假警报的要求概率确定的阈值进行比较。该阈值是基于对虚警率和预期测量干扰的要求来确定的。在航空系统中，虚警率固定在1/15000。

水平完好度极限(HIL)（horizontal integrity limit）或水平保护极限(HPL)（horizontal protection limit）是表示以GPS位置解决方案为中心的u圆的半径的数字，并且保证将接收器的真实位置包含在RAIM的规格内方案（即满足虚警率PFA (probability of false alarm)和漏检率PMD（Missed detection probability）。水平保护极限 HPL作为RAIM阈值和在测量时的卫星几何形状的函数来计算。将水平保护极限HPL与水平报警极限(HAL)进行比较，以确定RAIM是否可用。

RAIM的使用有什么特点和局限？

RAIM是自主操作的，没有外部信号的辅助，RAIM技术具备对卫星故障反应迅速、完全自主、无需外界干预、费用低、全球范围内均可用等多种优点。它需要冗余伪距测量。为了获得3D位置，需要至少4次测量。为了检测故障，需要至少5次测量。为了隔离和排除故障，需要至少6次测量，然而基于卫星的具体几何位置，通常需要更多的测量。通常需要7到12颗卫星。

为什么需要RAIM的可用性预测？

美国联邦航空局规定所有机载GPS接收机都必须具备RAIM功能，为了使GPS接收机执行RAIM或故障检测 (FD fault detection）功能，至少需要5个满足几何形状的卫星。以GPS系统为例，一共有24颗卫星围绕地球运转，每12小时绕地球一圈。在特定时间区域范围内有可能出现观测少于5颗卫星的情况：GPS接收机位置过低、地面障碍物影响、部分卫星由于角度原因受到电离层和地形的干扰，这都会造成定位误差。另外机载RAIM无法得到GPS的例行维修、故障和其它暂停服务信息；这些都会影响RAIM的使用。所以当24颗GPS卫星或更多的卫星可用时，则认为RAIM可用。 如果GPS卫星的数量为23或更少，则必须使用批准的地面预测软件检查RAIM的可用性。RAIM预测在计算机的帮助下预测GPS信号中断的位置和持续时间。

如果飞行准备期间发现预测RAIM在飞行阶段内不可用，该航班能否放行？

因为卫星的相对位置是持续变化的，因此要在飞行前检查预达时间的RAIM可用性。如果预测RAIM不可用，则必须使用其他导航系统。对于只能使用RNAV航路和RNP进近程序飞行的情况，驾驶员应推迟飞行直至相应飞行时间，预测RAIM可用。

对于机场RAIM信息的获取还可以通过航行通告获得. 

如果飞行准备期间预计RAIM的可用性满足整个飞行阶段，是否说明整个飞行阶段RAIM是绝对可靠的？

由于在进近模式中RAIM 警告限制更加严格，因此对比航路模式，进近模式中RAIM中断的发生可能性更高。例如航空器的高度和天线位置可以影响卫星信号的接收，此外可能有意外的卫星中断故障，所以RAIM可用性预测不是绝对可靠的。

飞行前准备期间签派员提供的RAIM可用性预测与机载GPS预测有什么区别？

对于部分选装了GPS预测功能的飞机，机载设备能够提供选定时间点前后一段时间的RAIM预测，但是机载GPS预测无法获得某一卫星例行维修、故障和其它暂停服务信息，也无法计算飞行程序的地形遮蔽影响。

另外，在民航局咨询通告AC-91-FS-2015-27《飞行程序》提到：“因为卫星的相对位置是不断变化的，因此不能根据机场已有的经验推测其他时间段的卫星接收，应定期检查RAIM的可用性。如果RAIM不可用，则必须使用其他导航和进近系统，选择其他目的地或者推迟飞行时刻直至预计到达时刻的RAIM可用。长航线飞行时，驾驶员应在飞行中重复检查目的地的RAIM预报，以确保能及时发现起飞后发生的计划外卫星中断。”所以对于只能使用卫星导航的航路和机场，必须要求签派员提供RAIM可用性预测。

如何理解RAIM可用性预测和RAIM功能？

以 GPS导航卫星为例，地面计算机计算并预测理论上可能少于5颗卫星的特定区域和时间，这就是RAIM可用性预测，类似于日常天气预报。而RAIM是GPS接收机的一种功能，目的是监控GPS卫星的可靠性。而RAIM功能的运作至少需要5颗满足条件的卫星，所以说，RAIM的可用性预测为RAIM功能提供时间上的可用性预报。

RAIM功能是FMC评价导航精度的重要依据之一。机组不需要直接监控RAIM结果，只需要监控ANP值有没有超过RNP值即可。ANP 是FMC 根据RAIM、更新方法以及其它因素计算的，它的值一直波动。只要ANP 不超过RNP即满足精度要求。如果ANP 增加超过RNP，则会出现UNABLE REQD NAV PERF – RNP 警报。大多数运输航空公司的航空器GPS实施依赖于具有RAIM功能的基于GPS传感器的FMC，或者依赖于同时具有RAIM和AAIM（Aircraft Autonomous Integrity Monitoring-航空器自主完好性监控）功能基于GPS传感器的FMC。

RAIM和AAIM的区别与联系？

RAIM 仅依靠卫星信号来实现完好性功能。而AAIM混合使用GPS信号和其它机载导航传感器的信息来实现完好性功能.具有多传感器 RNAV 能力的航空器，可以依赖于GPS传感器的完好性能力，包括 RAIM 和航空器自主完好性监测（AAIM）。所以即使是在因星座构型不佳或卫星数量不足而导致RAIM 短时丢失情况下，只要ANP 不超过RNP即满足精度要求。也允许继续使用 GPS 信息。AAIM 完好性性能必须至少等同于 RAIM 性能。

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