必要なナビゲーション性能

必要航法性能( RNP ) は、航空機が空間内の 3D で定義された 2 つのポイント間の特定の経路を飛行できるようにする パフォーマンス ベース ナビゲーション(PBN)の一種です。

エリア ナビゲーション (RNAV) システムと RNP システムは基本的に似ています。両者の主な違いは、機上パフォーマンス監視と警告の要件です。機上ナビゲーション パフォーマンス監視と警告の要件を含むナビゲーション仕様は、RNP 仕様と呼ばれます。そのような要件がないナビゲーション仕様は、RNAV 仕様と呼ばれます。したがって、ATC レーダー監視が提供されていない場合は、地形に関する安全なナビゲーションはパイロットが自ら監視する必要があり、RNAV の代わりに RNP を使用する必要があります。

RNPは、特定の手順または特定の空域ブロックに必要なパフォーマンスのレベルも指します。RNPが10の場合、ナビゲーションシステムは半径10海里の円内で位置を計算できなければなりません。RNPが0.3の場合、航空機ナビゲーションシステムは半径3/10海里の円内で位置を計算できなければなりません。^[1]これらのシステムの違いは、通常、機内ナビゲーションシステムの冗長性の機能です。

関連用語として「実際のナビゲーション性能」を表す ANP があります。ANP はナビゲーション システムの現在の性能を指し、「RNP」は特定の空域ブロックまたは特定の計器手順に必要な精度を指します。

一部の洋上空域では、RNP 能力値が 4 または 10 です。航空機が実現できる RNP のレベルによって、距離に関して航空機間で必要な間隔が決まります。機上 RNP システムの精度向上は、従来の非レーダー環境に比べて大きな利点となります。これは、任意の高度で一定量の空域に収まる航空機の数は、必要な間隔の数の 2 乗であるためです。つまり、RNP 値が低いほど、必要な距離間隔基準が低くなり、一般的に、必要な間隔を失うことなく一定量の空域に収まる航空機の数が多くなります。これは、航空交通管制の運用に大きな利点となるだけでなく、航路の制限が少なくなり、高度を利用できる可能性が高まるため、洋上を飛行する航空会社にとって大きなコスト削減の機会となります。

RNP値が現在0.1まで低下したRNPアプローチでは、航空機は混雑した空域、騒音に敏感な地域の周り、または困難な地形を通過する正確な3次元曲線飛行経路をたどることができます。^[1]

RNP 手順は、1998 年に適用されるようになったPANS-OPS (ICAO Doc 8168)で導入されました。これらの RNP 手順は、現在の PBN コンセプトの前身であり、ルートでの運用のパフォーマンスが定義されています (フライオーバー手順、飛行経路の可変性、空域バッファーの追加などの飛行要素の代わりに)。ただし、設計上の大きな利点はありませんでした。その結果、ユーザー コミュニティへのメリットが不足し、実装はほとんどまたはまったくありませんでした。

1996年、アラスカ航空は、ガスティノー海峡を通ってアラスカ州ジュノーに向かう進入でRNP進入を採用した世界初の航空会社となった。アラスカ航空のスティーブ・フルトン機長とハル・アンダーソン機長は、アラスカ航空のアラスカ運航のために30以上のRNP進入法を開発した。 ^[2] 2005年、アラスカ航空は混雑を避けるためにレーガン・ナショナル空港へのRNP進入を採用した初の航空会社となった。 ^[3] 2009年4月、アラスカ航空はFAAから自社のRNP進入法を検証する承認を得た初の航空会社となった。^[3] 2010年4月6日、サウスウエスト航空はRNPに転換した。^[4]

2009年以来、ペルー、チリ、エクアドルの規制当局は、 LAN航空と共同で設計された25以上のRNP AR進入手順を導入しています。^{[5]メリットとしては、温室効果ガスの排出削減や山岳地帯にある空港へのアクセス改善などが挙げられます。}マチュピチュ近くのクスコでRNP AR進入を使用することで、LANが運航するフライトにおいて悪天候による欠航が60パーセント減少しました。^[6]

2011年10月、ボーイング、ライオンエア、インドネシア民間航空局は、南アジアにおけるRNP精密航法技術の先駆者として、インドネシアのアンボン空港とマナド空港という地形的に困難な2つの空港で、カスタマイズされたRNP AR（Required Navigation Performance Authorization Required）手順をテストするための検証飛行を実施しました。^[7]

2011年の白書に触発され、ICAOは2018年11月に、平行滑走路の間隔を短縮し、騒音、排出量、飛行距離を削減しながら交通の流れを改善するためのRNP-Authorization Required（EoR）基準を確立しました。デンバー国際空港と同様に、カルガリー国際空港でも3年以上かけて実施され、軌道ベースの運用に到達する前に、最終進入要件が20マイルから4マイル（32.2kmから6.4km）に引き下げられました。到着する航空機の40％がRNP-AR飛行に対応しているため、1か月あたり3,000回のRNP-ARアプローチで33,000マイル（53,000km）を節約し、連続降下と関連して、初年度で温室効果ガス排出量を2,500トン削減できます。 ^[8]

RNP システムの現在の具体的な要件は次のとおりです。

• 曲線経路を含む、信頼性、再現性、予測可能性を備えた所望の地上経路をたどる能力。
• 垂直プロファイルが垂直ガイダンス用に含まれている場合、垂直角度または特定の高度制約を使用して、目的の垂直パスを定義します。

RNP APCH は、TF や RF を含む標準 RNAV で使用されるすべてのレグ タイプとパス ターミネータをサポートします。RNP AR 手順は、次の 2 つのレグ タイプのみをサポートします。

• TF レグ: 修正までのトラック: 2 つの修正間の測地線パス。
• RF レグ: フィックスまでの半径。これは、ポジティブ コース ガイダンスによってサポートされる曲線パスです。RF レグは、半径、円弧の長さ、およびフィックスによって定義されます。すべての RNP 対応 FMS システムが RF レグをサポートしているわけではありません。RF レグの使用は、ファイナル アプローチ フィックスの前に許可されます。RNP AR APCH 操作については、以下の「特別な航空機および乗務員の許可が必要なアプローチ」セクションを参照してください。

パフォーマンス監視およびアラート機能は、システムのインストール、アーキテクチャ、および構成に応じて、次のようなさまざまな形式で提供される場合があります。

• 必要なナビゲーションシステム性能と推定されるナビゲーションシステム性能の両方の表示と指示。
• システムのパフォーマンスを監視し、RNP要件が満たされていない場合に乗組員に警告する。
• クロストラック偏差表示は RNP に合わせてスケーリングされ、ナビゲーションの整合性を個別に監視および警告します。

RNP システムは、ナビゲーション センサー、システム アーキテクチャ、および操作モードを利用して、RNP ナビゲーション仕様の要件を満たします。センサーとデータの整合性と妥当性のチェックを実行する必要があり、不適切なセンサーへの逆戻りを防ぐために特定の種類のナビゲーション エイドを選択解除する手段を提供する場合があります。RNP 要件によって、航空機の操作モードが制限される場合があります。たとえば、飛行技術エラー (FTE) が大きな要因となる低 RNP の場合、乗務員による手動飛行が許可されないことがあります。意図された操作またはニーズに応じて、デュアル システム/センサーのインストールが必要になる場合もあります。

RNP 仕様の性能要件を達成できる RNAV システムは、RNP システムと呼ばれます。特定の性能要件はナビゲーション仕様ごとに定義されているため、RNP 仕様に承認された航空機は、すべての RNAV 仕様に自動的に承認されるわけではありません。同様に、厳格な精度要件を持つ RNP または RNAV 仕様に承認された航空機は、それほど厳格でない精度要件を持つナビゲーション仕様に自動的に承認されるわけではありません。

海洋、遠隔、航路、ターミナル運航の場合、RNP仕様はRNP X（例：RNP 4）として指定されます。^{[a] [b]}

進入航法仕様は計器進入のすべてのセグメントをカバーします。RNP仕様は、RNPを接頭辞として、短縮されたテキスト接尾辞を使用して指定されます。例：RNP APCH（RNP進入の場合）またはRNP AR APCH（RNP許可が必要な進入の場合）

RNP 4、Basic-RNP 1、RNP APCH のパフォーマンス監視およびアラート要件には、共通の用語とアプリケーションがあります。これらの各仕様には、次の特性の要件が含まれています。

• 精度: 精度要件は、精度要件が指定されている次元の 95% 総システム誤差 (TSE) を定義します。精度要件はRNAVナビゲーション仕様と調和しており、常に精度値と等しくなります。RNP ナビゲーション仕様のユニークな点は、精度が監視されるパフォーマンス特性の 1 つであることです。
• 性能監視: 航空機、または航空機とパイロットの組み合わせは、TSE を監視し、精度要件が満たされない場合、または TSE が精度値の 2 倍を超える確率が 10 ⁻⁵より大きい場合に警告を発する必要があります。この要件を満たすために運用手順が使用される範囲で、乗務員の手順、機器の特性、および設置の有効性と同等性が評価されます。
• 航空機の故障: 航空機機器の故障は耐空性規制の範囲内で考慮されます。故障は航空機レベルの影響の重大度によって分類され、故障の可能性を減らすか、その影響を緩和するようにシステムを設計する必要があります。誤動作 (機器は動作しているが適切な出力を提供しない) と機能喪失 (機器が機能しなくなる) の両方が対処されます。デュアル システム要件は、運用の継続性 (例: 海洋および遠隔地での運用) に基づいて決定されます。航空機の故障特性に関する要件は、RNP ナビゲーション仕様に固有のものではありません。
• 宇宙信号障害：航行信号の宇宙信号特性はANSPの責任である。^[9]

RNP ナビゲーション仕様の最終的な効果は、TSE 分布の境界を設定することです。パス定義エラーは無視できると想定されるため、監視要件は TSE の他の 2 つのコンポーネント、つまり飛行技術エラー (FTE) とナビゲーション システム エラー (NSE) に限定されます。FTE は、特定の飛行制御モード内ではエルゴード^[c]確率過程であると想定されます。その結果、FTE 分布は、特定の飛行制御モード内では時間とともに一定になります。ただし、対照的に、NSE 分布は、次のようないくつかの変化する特性により、時間とともに変化します。

• 選択されたナビゲーションセンサー:全地球航法衛星システム(GNSS)やDME/DMEなど、位置を推定するために使用されるナビゲーションセンサー。^[d]
• 航空機の位置と補助航法支援装置の相対的な形状: すべての無線航法支援装置は、特定の特性は変化するものの、この基本的な可変性を備えています。GNSS のパフォーマンスは、航空機と比較した衛星の相対的な形状によって影響を受けます。^[e] DME/DME 航法ソリューションは、航空機の 2 つの DME 間の包含角 (90° が最適) と DME までの距離によって影響を受けます。これは、航空機の DMEトランスポンダーは距離が長くなるにつれて範囲エラーが大きくなる可能性があるためです。
• 慣性基準単位: 最終更新以降、時間の経過とともにエラーが増加します。

TSE は、上記を含むさまざまな理由により、時間の経過とともに大幅に変化する可能性がありますが、RNP ナビゲーション仕様では、TSE ディストリビューションが操作に適した状態を維持することが保証されています。これは、TSE ディストリビューションに関連する次の 2 つの要件に起因します。

• TSE が飛行時間の 95% にわたって必要な精度以上を維持するという要件。
• 各航空機のTSEが指定されたTSE制限（精度値の2倍に相当）をアナウンスなしで超過する確率は10 ⁻⁵未満です。

通常、10 ⁻⁵ TSE 要件はパフォーマンスに大きな制約を課します。たとえば、クロストラック エラーの正規分布を持つ TSE を持つシステムでは、10 ⁻⁵監視要件によって標準偏差が 2 × (精度値)/4.45 = 精度値/2.23 に制限されますが、95% 要件では標準偏差が精度値/1.96 まで大きくなることが許可されます。

これらの特性は、満たさなければならない最小要件を定義しますが、実際の TSE 分布を定義するものではありません。実際の TSE 分布は、通常、要件よりも優れていることが期待されますが、より低い TSE 値を使用する場合は、実際のパフォーマンスに関する証拠が必要です。

航空機にパフォーマンス監視要件を適用する場合、個々のエラーの管理方法には大きなばらつきが生じる可能性があります。

• 一部のシステムは実際のクロストラック誤差とアロングトラック誤差を個別に監視しますが、他のシステムは、監視を簡素化し、航空機のトラックへの依存を排除​​するために、たとえば典型的な楕円形の 2-D 誤差分布に基づいて、ラジアル NSE を監視します。
• 一部のシステムでは、FTE の現在の値を TSE 分布のバイアスとして取得することにより、FTE をモニターに含めます。
• 基本的な GNSS システムの場合、精度と 10 ^{−5 の要件は、機器規格で定義されている ABAS 要件と、標準化された}コース偏差インジケータ(CDI) ディスプレイの FTE 分布の副産物として満たされます。

パフォーマンス監視をエラー監視と見なさないことが重要です。パフォーマンス監視アラートは、システムが十分な整合性で位置が精度要件を満たしていることを保証できない場合に発行されます。このようなアラートが発行される場合、考えられる理由は位置データを検証する能力の喪失です (衛星の不足が潜在的な原因です)。このような状況では、その時点での航空機の最も可能性の高い位置は、パイロット ディスプレイに表示される位置とまったく同じです。目的の経路が正しく飛行されたと仮定すると、FTE は必要な制限内であるため、アラートの直前に TSE が精度値の 2 倍を超える可能性は約 10 ⁻⁵です。ただし、アラートがないからといって、TSE が精度値の 2 倍未満であると想定することはできません。TSE は大きくなる可能性があります。例としては、固定エラー分布に基づいて FTE を考慮する航空機があります。このようなシステムでは、FTE が大きくなると、TSE が精度値の何倍も大きくなっても、システムからアラートは発行されません。このため、FTE を監視するための運用手順が重要になります。

海洋および遠隔大陸の空域は現在、RNAV 10 と RNP 4 の 2 つのナビゲーション アプリケーションによって提供されています。どちらも主に GNSS に依存して空域のナビゲーション要素をサポートしています。RNAV 10 の場合、ATS 監視は必要ありません。RNP 4 の場合、ADS コントラクト(ADS-C) が使用されます。

大陸の航路空域は現在、RNAV アプリケーションによってサポートされています。RNAV 5 は中東 (MID) およびヨーロッパ (EUR) 地域で使用されていますが、2008 年現在、B-RNAV (ヨーロッパでは Basic RNAV、中東では RNP 5) として指定されています。米国では、RNAV 2 が大陸の航路空域をサポートしています。現在、大陸の RNAV アプリケーションは、レーダー監視や管制官とパイロット間の直接音声通信を含む空域仕様をサポートしています。

到着と出発を含む既存のターミナル空域の概念は、RNAV アプリケーションによってサポートされています。これらは現在、欧州 (EUR) 地域と米国で使用されています。欧州のターミナル空域 RNAV アプリケーションは、P-RNAV (Precision RNAV) と呼ばれています。RNAV 1 仕様は P-RNAV とナビゲーション精度を共有していますが、この地域ナビゲーション仕様は RNAV 1 仕様の要件を完全に満たしているわけではありません。2008 年現在、以前は US RNAV タイプ B と呼ばれていた米国のターミナル空域アプリケーションは、PBN 概念と整合され、現在は RNAV 1 と呼ばれています。Basic RNP 1 は、主にレーダーのない低密度のターミナル空域でのアプリケーション用に開発されています。将来的には、経路空域とターミナル空域の両方で、より多くの RNP アプリケーションが開発される予定です。

アプローチ コンセプトは、計器進入のすべてのセグメント、つまり初期、中間、最終、および進入復行をカバーします。RNP APCH 仕様では、初期、中間、および進入復行セグメントで 1.0 NM、最終セグメントで 0.3 NM の標準ナビゲーション精度が要求されています。通常、この飛行段階の特徴は、計器進入手順が使用されていない滑走路への新しい手順、さまざまなテクノロジに基づいて既存の計器進入手順を置き換えるかバックアップとして機能する手順、および厳しい環境での空港アクセスを強化するために開発された手順 (RNP APCH および RNP AR APCH) の 3 種類の RNP アプリケーションです。

ニュージーランドのクイーンズタウン空港での0.3NMと0.1NMへのRNP進入は、カンタス航空とニュージーランド航空が国際線と国内線の両方で使用する主な進入方法です。地形の制限により、ILS進入は不可能であり、従来のVOR/DME進入では空港レベルから2,000フィート以上の降下制限があります。RNP進入と出発は、地形レベルより下の曲線経路をたどります。^[10]

RNP計器進入手順（認可が必要）またはRNP AR（以前は特別航空機および乗務員認可が必要またはSAAARと呼ばれていました）^{[11] [12]}進入手順は、パフォーマンスベースのNASコンセプトに基づいています。進入を実施するためのパフォーマンス要件が定義され、航空機はこれらのパフォーマンス要件に対して認定されます。地上ベースの航行援助装置の従来の障害物評価領域は、定義済みの航空機機能と航行システムに基づいています。障害物評価のRNP AR基準は柔軟性があり、独自の運用環境に適応するように設計されています。これにより、進入手順に必要なアプローチ固有のパフォーマンス要件が可能になります。運用要件には、地形や障害物の回避、空域の衝突回避、環境制約の解決が含まれます。

RNP AR APCH は、進入手順のどのセグメントでも標準 RNP 値よりも低い横方向の TSE を必要とする RNP 進入手順として定義されます。RNP 進入には、カテゴリ II/III ILS 操作と同様に、特別な航空機および乗務員の許可を必要とする機能が含まれます。すべての RNP AR 進入では、航空機および乗務員のパフォーマンス要件に基づいて、横方向の障害物評価領域と垂直障害物クリアランス面が縮小されています。次の特性が RNP APCH と異なります。

• RF レグ セグメントは、PFAF (精密最終進入フィックス) 後に使用できます。
• 進入手順のどのセグメント（初期、中間、最終、または進入失敗）でも、横方向の TSE 値が 0.10 NM まで低下します。

RNP 0.3 未満の最小ラインを使用して RNP AR アプローチを実行する場合、単一障害点によって、アプローチに関連付けられた RNP 値に準拠した誘導が失われることはありません。通常、航空機には少なくともデュアル GNSS センサー、デュアル飛行管理システム、デュアル航空データ システム、デュアル自動操縦装置、および単一の慣性基準ユニットが必要です。

RNP 1.0 未満の進入復行で RNP AR 進入を実施する場合、単一障害点によって進入復行手順に関連付けられた RNP 値に準拠した誘導が失われることはありません。通常、航空機には少なくともデュアル GNSS センサー、デュアル飛行管理システム、デュアル航空データ システム、デュアル自動操縦装置、および単一の慣性基準装置が搭載されている必要があります。

航空機が航空交通管制（ATS）ルートに沿って、手順通りに、または空域内で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。^[13]

• 航空電子工学における頭字語と略語
• 航空記事の索引

 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。

• 「世界中で求められるナビゲーション パフォーマンス プログラム」。GE Step Ahead。2013年 10 月 23 日。