RNP进近程序培训系统研究与设计论文
摘 要：针对目前我国高原机场的特征，以及RNP进近程序在高原机场的优势及社会需求，通过结合RNP进近程序相关知识与设计标准，采用客户服务器（B/S）模式，完成基于RNP进近程序培训系统的开发，并对该系统进行了测试，以达到为民航相关工作人员提供了一个培训平台。
关键词：RNP；进近程序；三层架构；系统测试
1.引言
根据民航的定义，海拔高度在1500-2438米之间的为一般高原机场，我国现有12个一般高原机场。海拔高度高于2438米的称为高高原机场，我国现在共有10个[1]。高原机场的复杂气象条件是低海拔机场无法比拟的，体现在温差大、风速大、风向多变，经常伴随严重的乱流和风切变，天气变化迅速。而且高原机场大多建设在山谷、半山腰，净空条件恶劣，起飞着陆常常在山谷中进行，飞行技术难度大、飞行程序复杂，而且没有备降场，一遇恶劣天气，航班常常延误或被取消，给航空公司带来巨大损失。
RNP飞行程序设计不依赖地基导航设备，不受地形遮蔽和导航台信号覆盖范围等不利因素的影响，同时还可以根据需要，在飞机性能允许情况下设计出任意的转弯轨迹，选择地形最佳的飞行轨迹，引导飞机以安全的侧向距离避开障碍物而不是飞越障碍物上空。同时，由于RNP飞行程序离场的爬升梯度远远小于传统仪表飞行程序的设计梯度，在高原机场飞机爬升性能显著下降的情况下，执行RNP进行程序使得航空公司获得更多得商载，降低飞机着陆的天气标准，减少备降和延误得发生[2]。
正是由于RNP进近程序在高原机场中体现的众多优势，并在拉萨贡嘎机场得到了成功应用后，RNP进近程序已经在我国众多高原山区机场得到了较大的发展。目前，我国民航已经在拉萨、林芝、九寨、丽江、等多个机场进行了试飞甚至运行[3]。虽然RNP程序应用得到了很大的提高，但是，RNP导航技术在国内还是只处于起步阶段，众多民航相关工作人员对RNP导航飞行技术的认识还不够深入，特别在培训方面也是比较缺乏的。因此，基于RNP进近程序的培训系统的设计与推广是很有必要的。
2.RNP进近程序原理
RNP进近原理包含有三方面：RNP/RNAV曲线进近、RNP/RNAV同时平行进近与RNP/RNAV同时汇聚进近。RNP/RNAV曲线进近原理主要是以TF与RF为基础[4]，其中TF表示至定位点的大圆轨迹；RF表示至定位点的固定半径轨迹。RNP/RNAV曲线进近的运行可以充分根据地形的特征，设计出任意的曲线航段，提高飞机的越障裕度，减低进近天气标准。RNP/RNAV同时平行进近的运行能较大地缩小了水平间隔，增大了进近空域的容量，优化了管制指挥，提高了安全裕度。RNP/RNAV同时汇聚进近的应用主要能较大程度地减小了运行间隔，优化了空域资源的配置，使管制在终端区的指挥更加灵活。
RNP进近程序的设计标准主要包含有六方面：一、政策标准，主要参考FAA中8620的部分条款，包括民用区域导航离场程序与终端着陆区域设计标准等；二、程序标识，一个典型的区域导航进近程序图将描述广域增强系统(WAAS)、有垂直引导的仪表程序(PIV)、水平导航(LNAV)和盘旋的最低标准。三、起始进近航段和中间进近航段，如果需要终端进场区(CLAA)，应用指令826.045，第5段。四、数据精度，RNP程序设计上使用0.01单位的测量精度完成计算，平均海平面高(MSL)和高于接地点的高度(HAT)精确到英尺。五、RNP值，区域导航程序的各个航段有一个特定的RNP值，主要是水平与垂直标准值的确定。六、最大允许下滑角，针对不同的`飞机机型，确定最大允许下滑角，主要是通过灯光设置确定。
3.系统的设计与实现
3.1 系统的需求与设计概要
根据RNP的定义以及进近原理，我们知道，实行RNP进近飞行，可以灵活地安排飞机在空域中的飞行线路和间隔，解决了在复杂机场和地形下的导航问题、最大限度地优化了飞行航机、提高了机场的飞行安全裕度，通过缩短航程、减少延误、返航或备降，大大降低了公司成本。但是，RNP导航技术在国内还不够成熟，主要表现在国内没有能力进行RNP相关导航程序（各种航路）的设计，对RNP技术本身包括其参数的控制以及特情的处理办法的理解不够深入，尤其RNP导航技术相关知识的普及工作开展不够，目前需要借助于波音公司、纳沃斯公司等协助，即目前缺乏比较成熟的RNP进近程序培训系统的出现。
在RNP进近程序培训系统设计中我们将选择B/S结构，采用基于JAVA技术并且符合J2EE开发规范的系统应用平台，使用Tomcat作为服务器容器，POSTGRESQL 作为数据库，使系统具有良好的可维护性和可扩展性。系统采用门户服务器通过统一的目录服务管理，保证用户认证机制的一致性。用户授权机制通过角色的定义管理实现，通过定义某些角色能进行的操作权限，和定义用户拥有的角色，限定用户的操作权限，实现对用户的授权。该系统需要对RNP导航技术原理以及程序设计标准进行介绍；对系统用户的角色和权限进行分配，使得不同的用户访问不同的功能模块；需要对整个的培训过程进行记录统计，包括需求的建立、课程管理、培训资料的管理、培训计划的发布和实施；系统将对个人的信息以及文件进行管理，允许用户之间通过培训系统发送消息，并对消息的收发进行管理。
3.2 功能模块实现
3.2.1 系统框架结构
为了让软件的系统结构更符合“高内聚、低耦合的思想”，模块之间独立开发以及代码的重用，RNP进近程序培训系统采用了三层架构的思路。通常意义上的三层架构是将整个业务应用划分为：表现层（UI）、业务逻辑层（BLL）、数据访问层（DAL）。我们打算将系统前台即界面采用Html代码和JavaScript代码结合显示，后台采用的Java代码。用户浏览页面时进行查询时，通过RPC远程调用业务逻辑层以及数据访问层的Dao代码，将查询的结果反馈给前台页面，这其中可以采用异步的JAVA和XML技术提高用户显示的体验。
具体来说，系统前台使用RPC远程调用Operation接口，用Callback以对象的形式访问后台数据；框架后台使用轻量级数据库持久层访问框架，自动将用户查询内容封装为Entity进行使用，后台的逻辑通过operation-entity-dao三者共同完成。系统的前台采用Html代码JavaScript结合，为了提高用户体验，系统中使用了AJAX技术将数据库返回的结构更好的出现在表现层中。系统框架如图1所示。
3.2.2 系统功能模块划分
根据上述的概要设计及用户设计要求，我们可以得出RNP进近程序培训系统的相关的功能模块，主要由系统管理、用户管理、RNP相关原理介绍、RNP进离场程序、RNP非正常程序、培训管理和消息管理组成，然后各功能模块又可以进一步进行细分。得到RNP导航技术培训系统的功能结构如图2所示。
由于文章的篇幅问题，我们将以培训管理模块为例进行详细说明。该模块主要包含有五方面。一、培训课程管理，该功能模块显示全部以及筛选出的符合条件的已提交培训课程信息列表，根据需求对其进行局部修改或者删除操作。二、培训需求管理，该功能模块显示全部或者筛选出符合条件的培训需求列表，添加修改删除培训需求，将培训需求转为计划。三、培训计划管理模块，该功能模块显示全部以及显示筛选出的符合条件的培训计划列表，根据公司业务需要发布计划。四、已发布计划列表模块，该模块显示全部以及显示筛选出的符合条件的已发布培训计划列表信息。五、培训资料管理模块，该功能需显示全部以及显示筛选出的符合条件的培训资料列表信息、下载或者删除培训资料以及上传培训资料。以培训课程管理功能为例，其修改功能可以局部调整课程信息，删除项实现对应行培训课程删除，添加项能够实现添加新增课程信息的功能：通过必要信息的填写，提交表单来实现。该模块中需要输入数据项有：筛选课程功能和添加课程功能。其中筛选课程功能需要提供课程名然后进行检索；添加课程功能需要提供课程名称，学分，课时以及课程描述然后提交新课程。具体的设计流程图如图3所示。图4为该系统培训课程管理界面图。
3.3 系统的测试
系统测试的方法主要包含有黑盒测试、白盒测试、单元测试、集成测试、回归测试与验收测试六种。其中单元测试是一种最低级别的测试活动，软件在单元测试活动中，独立的软件单元将与其他软件单元隔离的情况下进行测试；这能体现软件工程中的“高内聚、低耦合”的思想。而集成测试是单元测试的逻辑扩展。在软件系统的设计中，单元集成是指多个单元聚合组合成模块，多个模块又聚合成程序的更大部分
本文选用单元测试和集成测试对培训模块进行案例分析。其中，单元测试是一种最低级别的测试活动，是将独立的软件单元将与其他软件单元隔离的情况下进行测试。如选择培训需求管理菜单，那么普通用户可以提高培训课程，培训需求请求；查看已发布的培训信息；自由下载培训资料和考试资料；而管理员用户还能根据航空公司业务实际情况，修改删除提高培训课程，修改删除培训需求请求及发布员工查看。在培训模块的功能单元测试完成之后，必须进行培训模块的集成测试，是指多个单元聚合组合成模块，多个模块又聚合成程序的更大部分。集成测试采用的方法是测试软件单元的组合能否正常工作，以及与其他组的模块能否集成起来工作；最后还要测试构成系统的所有模块组合能否正常工作。根据培训的流程图建立培训课程和需求，将需求转换为培训计划并将其发布、最后通过培训测试进行考评。
4.小结
本文通过分析了目前RNP进近程序在我国高原机场运行的优势，并结合了RNP导航技术相关原理，包括了RNP进近分类、RNP程序设计标准等知识。在此基础上结合软件工程的思想，开发了RNP进近程序培训系统，该系统采用客户服务器（B/S）模式，具有系统管理、用户管理、RNP原理介绍、RNP进离场、RNP非正常程序例子分析、培训管理、系统站内消息的收发管理等功能；各功能模块相互独立，体现了软件设计中的“高内聚低耦合”的思想，最后用了单元测试与集成测试对该系统的功能进行了测试，为实施RNP的机场以及飞行员提供了一个技术和知识的培训平台。由于我国RNP导航技术只处于起步阶段，因此，系统的各个功能模块还有待进一步的细化，同时由于该系统只针对飞机的进离场程序培训，还没有涉及到航路方面。相信以后通过RNP技术的逐步推广与应用，会使得该系统得到进一步的完善。
参考文献：
[1]黄仪方,等.高原特殊机场航班延误的气象因素分析[J].成都:高原山地气象研究,2009,29(2):37-40.
[2]陈湘燕,等.高原机场及航线实施RNP/RNAV运行优势探讨[J].中国民航飞行学院学报,2007,18(4):20-23.
[3]肖欢畅,王红力.RNP进近应用研究[J].信息科学,2010,(04)：99-100.
[4]曾鸣.RNP进近方法的优缺点[J]. 中国民用航空,2010,120(12):3.
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