エリアナビゲーション

エリアナビゲーション（RNAV 、通常/ ˈɑːr n æ v /「アーナヴ」と発音）は、航空機がビーコンに直接行ったり来たりするのではなく、ナビゲーションビーコンのネットワーク内で任意のコースを選択できるようにする計器飛行方式（IFR）ナビゲーションの方法です。これにより、飛行距離を節約し、混雑を減らし、ビーコンのない空港への飛行が可能になります。エリアナビゲーションは以前は「ランダムナビゲーション」と呼ばれていたため、頭字語はRNAVです。^[1]

RNAV は、ステーション参照ナビゲーション信号の範囲内、または自己完結型システム機能の制限内、あるいはこれらの組み合わせで、航空機が任意のコースを飛行できるようにするナビゲーション方法として定義できます。

アメリカでは、RNAVは1960年代に開発され、最初のルートは1970年代に発表されました。1983年1月、連邦航空局は、航空機が地上のビーコンではなく慣性航法システムを使用しており、費用便益分析の結果、 RNAVルートシステムを維持することが不利であることが判明したため、アメリカ本土のすべてのRNAVルートを取り消しました。^{[2] RNAVは、}衛星航法の大規模な導入後に再導入されました。

航空の継続的な成長により空域容量に対する需要が増加し、運用効率の向上によりエリアナビゲーションが望ましいものになっています。

RNAV システムは、従来の地上ベースのルートや手順と同様の方法で進化しました。特定の RNAV システムが特定され、そのパフォーマンスは分析と飛行テストの組み合わせによって評価されました。陸上での運用の場合、初期のシステムでは位置を推定するために超高周波全方向無線範囲(VOR) と距離測定装置(DME) が使用され、海洋での運用では慣性航法システム(INS) が採用されました。空域と障害物のクリアランス基準は、利用可能な機器のパフォーマンスに基づいて策定され、要件の仕様は利用可能な機能に基づいていました。このような規定された要件により、新しい RNAV システム機能の導入が遅れ、適切な認証を維持するためのコストが高くなりました。このような規定された要件の仕様を回避するために、機器要件を定義する代替方法が導入されました。これにより、利用可能な機器の機能とは無関係にパフォーマンス要件を指定できるようになり、パフォーマンス ベース ナビゲーション(PBN) と呼ばれています。したがって、RNAV は現在 PBN のナビゲーション技術の 1 つであり、現在他に使用できるのは必要なナビゲーション パフォーマンス(RNP) のみです。 RNP システムは、RNAV のナビゲーション機能にオンボード パフォーマンス監視と警告を追加します。1990 年代に業界で下された決定の結果、現代のシステムのほとんどは RNP です。

多くの RNAV システムは、非常に高い精度を提供し、RNP システムが提供する多くの機能を備えているものの、そのパフォーマンスを保証することはできません。これを認識し、空域要件で RNP システムの使用が必要ない場合、オペレーターが不必要な費用を負担することを避けるために、多くの新しいナビゲーション要件と既存のナビゲーション要件では、RNP システムではなく RNAV が指定され続けるでしょう。したがって、RNAV と RNP の運用は今後何年も共存することが予想されます。

しかし、RNP システムは運用の整合性を向上させ、ルート間隔を狭めることが可能になり、特定の空域でのナビゲーションに RNP システムのみを使用できるように十分な整合性を提供できます。したがって、RNP システムを使用すると、安全性、運用性、効率性において大きなメリットが得られます。RNAV アプリケーションと RNP アプリケーションは今後数年間共存しますが、RNP システムを搭載した航空機の割合が増加し、移行コストが減少するにつれて、徐々に RNP アプリケーションに移行することが予想されます。

RNAV 仕様には、特定のナビゲーション機能の要件が含まれています。これらの機能要件には次のものが含まれます。

1. 飛行中のパイロットの主視野内にある航法ディスプレイに表示される航路に対する航空機の位置を継続的に示すもの。
2. アクティブな（To）ウェイポイントまでの距離と方位の表示。
3. アクティブな（To）ウェイポイントまでの地上速度または時間の表示。
4. ナビゲーションデータ保存機能；および
5. センサーを含むRNAVシステムの適切な障害表示。

必要な横方向のナビゲーション精度を達成できないのは、航空機の追跡と位置決めに関連するナビゲーション エラーが原因である可能性があります。主な 3 つのエラーは、経路定義エラー (PDE)、飛行技術エラー (FTE)、ナビゲーション システム エラー (NSE) です。これらのエラーの分布は、独立、ゼロ平均、ガウス分布であると想定されます。したがって、合計システム エラー (TSE) の分布もガウス分布であり、標準偏差はこれら 3 つのエラーの標準偏差の平方和 (RSS) に等しくなります。

PDE は、RNAV システムで定義された経路が目的の経路、つまり地上を飛行すると予想される経路と一致しない場合に発生します。ナビゲーションに RNAV システムを使用する場合、意図した経路を表す定義済みの経路がナビゲーション データベースにロードされていることを前提としています。ウェイポイントでのフライバイ旋回が可能な旋回 (ウェイポイントへの近さと風のベクトルが再現可能でない可能性があるため)、ウェイポイントのフライオーバーが必要な旋回 (風のベクトルが再現可能でない可能性があるため)、または航空機が目標高度に到達したときに発生する旋回 (目標高度はエンジン推力と航空機の重量によって異なるため) に対しては、一貫性のある再現可能な経路を定義できません。これらの場合、ナビゲーション データベースにはポイントツーポイントの目的の飛行経路が含まれますが、フライバイまたはフライオーバー経路を定義して操作を実行する RNAV システムを考慮することはできません。定義経路がなければ意味のある PDE と FTE を確立できず、旋回にばらつきが生じます。また、方向に基づくパスについては決定論的で繰り返し可能なパスを定義することはできず、結果として生じるパスの変動はルート設計で調整されます。

FTE は、航空乗務員または自動操縦装置が定義された経路または航路をたどる能力に関係し、表示エラー (例:コース偏差指示器(CDI) の中心合わせエラー) も含まれます。FTE は自動操縦装置または航空乗務員の手順によって監視できます。これらの手順を他の手段でサポートする必要がある範囲は、たとえば、飛行の段階 (離陸、上昇、巡航、降下、着陸) や操作の種類によって異なります。このような監視サポートは、マップ表示によって提供できます。

NSE は、航空機の推定位置と実際の位置の差を指します。

縦方向の性能とは、経路に沿った位置に対するナビゲーションを意味します (例: 4-D 制御)。ただし、現時点では、4-D 制御を必要とするナビゲーション仕様はなく、縦方向の次元には FTE はありません。現在のナビゲーション仕様では、NSE と PDE を含む経路に沿った精度の要件が定義されています。PDE は無視できると見なされます。経路に沿った精度は、位置報告 (例: 「ABC まで 10 NM」) と手順設計 (例: フィックスを横切ったら航空機が降下を開始できる最小セグメント高度) に影響します。

RNAV 仕様は、RNAV X (例: RNAV 1) として指定されます。表現「X」(記載されている場合) は、空域、ルート、または手順内で運航する航空機の集団によって飛行時間の少なくとも 95% で達成されることが期待される、海里単位の横方向のナビゲーション精度を指します。

RNAV アプローチの仕様はありません。

航空機が航空交通管制（ATS）ルート、手順、または空域に沿って運航する資格があるかどうかは、手動または自動で飛行計画を通じてATCに通知されます。飛行計画の手順は、適切なICAO文書に指定されています。^[3]

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 この記事には、連邦航空局のウェブサイトまたは文書からのパブリック ドメインの資料が組み込まれています。

• RNAV チュートリアル – フロリダ国際大学
• 現代のナビゲーションを理解する – エアバス