GPS信號(hào)干擾 介紹與GPS信號(hào)丟失或GPS信號(hào)干擾相關(guān)的駕駛艙效應(yīng)。 一 背景信息 BACKGROUND INFORMATION 本通告提供工程資料,以幫助營(yíng)運(yùn)人了解GPS信號(hào)干擾期間的駕駛艙效應(yīng),并評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)和緩解措施,以達(dá)到營(yíng)運(yùn)人及其監(jiān)管機(jī)構(gòu)滿意的水平。 飛機(jī)曾多次受到外部來源的GPS信號(hào)干擾。干擾源包括便攜式設(shè)備、GPS干擾機(jī)和在機(jī)庫中發(fā)現(xiàn)的GPS中繼器,這些設(shè)備會(huì)在附近區(qū)域造成干擾。在有沖突的地區(qū)還會(huì)出現(xiàn)更大范圍的故意GPS干擾。 在GPS信號(hào)干擾期間,依賴GPS的系統(tǒng)會(huì)受到影響,例如飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(FMC)、近地告警系統(tǒng)(GPWS)的前視地形功能和自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(ADS)空中交通服務(wù)(ATS)功能。本通告不包括不受GPS信號(hào)干擾影響的飛機(jī)系統(tǒng),如飛行控制、飛機(jī)姿態(tài)和航向。 GPS接收機(jī)使用衛(wèi)星信號(hào)來確定準(zhǔn)確的位置。但是,如果所需信號(hào)的頻帶中存在不需要的射頻(RF)能量,則該能量可能會(huì)干擾接收機(jī)的功能,并阻止接收機(jī)跟蹤衛(wèi)星和生成自主GPS位置\速度\時(shí)間(PVT)解決方案的能力。 本通告涵蓋了駕駛艙效應(yīng)以及GPS干擾期間對(duì)飛機(jī)系統(tǒng)的影響?;綠PS干擾的效果類似于GPS信號(hào)丟失;然而,智能干擾或“欺騙”更為復(fù)雜,駕駛艙效應(yīng)可能因智能干擾的復(fù)雜程度而異。 二 GPS干擾(基礎(chǔ)) GPS Jamming (basic) GPS干擾通常會(huì)導(dǎo)致來自一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星的測(cè)量數(shù)據(jù)丟失,接收機(jī)的PVT解決方案退化或丟失,并且不會(huì)導(dǎo)致GPS接收機(jī)輸出誤導(dǎo)性數(shù)據(jù)。GPS位置變得不可用,F(xiàn)MC恢復(fù)使用其他導(dǎo)航源,如慣性導(dǎo)航或常規(guī)導(dǎo)航輔助設(shè)備,如DME-DME或VOR-DME。當(dāng)無線電更新可用且未被禁止時(shí),F(xiàn)MC將開始使用無線電更新來更新FMC位置。 近地告警系統(tǒng)(GPWS)前視地形和自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(ADS)/空中交通服務(wù)(ATS)系統(tǒng)利用GPS數(shù)據(jù),GPS干擾會(huì)影響這些系統(tǒng)。 本文后面將介紹受影響系統(tǒng)的駕駛艙指示和細(xì)節(jié)。 三 GPS智能干擾或“欺騙” GPS Smart Jamming or 'Spoofing’ 當(dāng)干擾信號(hào)具有與所需GPS信號(hào)類似的結(jié)構(gòu)時(shí),干擾影響可能更嚴(yán)重。這種“智能干擾”或“欺騙”可能導(dǎo)致接收機(jī)給出誤導(dǎo)性數(shù)據(jù)。這種干擾更難產(chǎn)生;然而,由于軟件無線電(SDR)等電子技術(shù)的發(fā)展,產(chǎn)生這種信號(hào)的手段變得更加容易獲得和負(fù)擔(dān)得起。 SDR:軟件無線電(Software-DefinedRadio,SDR)是指在由數(shù)字信號(hào)處理器DSP和通用微處理器組成的通用硬件平臺(tái)上運(yùn)行的軟件模塊,用于實(shí)現(xiàn)諸如產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)(調(diào)制)、無線電信號(hào)調(diào)諧/檢測(cè)(解調(diào))等功能的技術(shù)。 欺騙可能導(dǎo)致位置輸出出現(xiàn)不同程度的錯(cuò)誤,即從小錯(cuò)誤到更大更顯著的錯(cuò)誤。如果足夠大,則在使用獨(dú)立導(dǎo)航輔助設(shè)備交叉檢查GPS位置時(shí),可以檢測(cè)出并緩解此類錯(cuò)誤位置輸出。已經(jīng)發(fā)生過多起運(yùn)行事件,其中干擾的目標(biāo)是時(shí)間或日期的變化。日期的更改會(huì)影響空中交通管制(ATC)數(shù)據(jù)鏈路的運(yùn)行。時(shí)間變化可能會(huì)影響FMC時(shí)間預(yù)測(cè)以及ATC數(shù)據(jù)鏈路操作。 智能干擾期間,受影響系統(tǒng)的駕駛艙指示可能因智能干擾的復(fù)雜程度而異。 四 運(yùn)行信息 OPERATING INFORMATION 1、導(dǎo)航GPS信號(hào)可用(正常運(yùn)行) NAVIGATION GPS SIGNAL AVAILABLE (NORMAL OPERATION) FMC使用來自導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)精確計(jì)算飛機(jī)的位置。MAP源通告顯示ND上的FMC數(shù)據(jù)源。參見圖1: 圖1 通過GPS、無線電導(dǎo)航臺(tái)(DME/DME或DME/VOR)和IRS不斷更新FMC位置。更新優(yōu)先級(jí)基于支持系統(tǒng)有效數(shù)據(jù)的預(yù)期準(zhǔn)確性和可用性。 FMC位置更新按以下優(yōu)先級(jí)順序使用導(dǎo)航傳感器位置:
如果啟用了DME更新且DME數(shù)據(jù)可用,則FMC將選擇GPS和DME作為FMC位置的主要更新。如果所有GPS數(shù)據(jù)變得不可用,F(xiàn)MC使用IRS/無線電更新,或在無線電更新不可用時(shí)使用IRS更新。 GPS、IRS和電臺(tái)標(biāo)識(shí)符以及FMC當(dāng)前用于位置計(jì)算的選定無線電導(dǎo)航輔助設(shè)備的頻率顯示在導(dǎo)航狀態(tài)頁面1/2上。參見圖2: 圖2 [1L和1R行]顯示VOR、ILS或GLS識(shí)別碼和相應(yīng)VHF導(dǎo)航控制面板上調(diào)諧的頻率。 [2L–2R行到4L–4R行]顯示最多五個(gè)DME識(shí)別碼和相應(yīng)掃描式DME接收機(jī)調(diào)諧的頻率。 如果該設(shè)備正用于導(dǎo)航,數(shù)據(jù)將以大字體顯示,并突出顯示識(shí)別碼。對(duì)于帶有顏色顯示的CDU,站點(diǎn)識(shí)別碼將變?yōu)榫G色,而不是高亮顯示。 如果設(shè)備接收到數(shù)據(jù)但未用于導(dǎo)航,則數(shù)據(jù)將以大字體顯示,且識(shí)別碼不會(huì)突出顯示。 如果設(shè)備正在調(diào)諧但未接收到,則數(shù)據(jù)將以小字體顯示。 如果導(dǎo)航設(shè)備出現(xiàn)故障,將以小字體顯示FAIL。 如果顯示的頻率沒有對(duì)應(yīng)的識(shí)別碼,則識(shí)別碼字段將為空,并且僅顯示頻率。 [5R行]顯示當(dāng)前選擇用于導(dǎo)航的IRS?!癓”或“R”表示FMC位置計(jì)算中正在使用左或右IRS。“2”表示雙套系統(tǒng),F(xiàn)MC位置計(jì)算中使用了兩套IRS的數(shù)據(jù)。 [5L行]顯示當(dāng)前選擇用于導(dǎo)航的GPS?!癓”或“R”表示FMC位置計(jì)算中正在使用左側(cè)或右側(cè)GPS?!?”表示雙套系統(tǒng),F(xiàn)MC位置計(jì)算中使用了兩套GPS的數(shù)據(jù)。 EFIS控制板位置按鈕 EFIS Control Panel POS Button 當(dāng)選擇EFIS控制面板上的“POS”按鈕時(shí),顯示相對(duì)于FMC位置的GPS、IRS和無線電位置符號(hào)。參見圖3: 圖3:ND上的GPS和IRS位置 CDU 位置參考頁面 Control Display Unit (CDU) POS REF Page 位置參考2/3頁顯示FMC、IRS、GPS和無線電位置。圖4顯示了可用的GPS和無線電位置。 圖4:CDU 位置參考頁里的GPS/IRS/無線電位置 [1L行]顯示FMC計(jì)算出的位置。 [6L行]顯示無線電位置。當(dāng)在導(dǎo)航無線電的范圍內(nèi)時(shí),即使無線電更新被禁止,該行也會(huì)顯示無線電的位置。如果禁止無線電更新,F(xiàn)MC在啟用無線電更新之前不會(huì)將其用作更新源。 位置偏離3/3頁顯示了使用當(dāng)前磁/真參考相對(duì)于FMC位置的位置。圖5: 圖5 導(dǎo)航選項(xiàng)2/2頁面顯示啟用的傳感器和禁用的傳感器。要允許傳感器用作導(dǎo)航源更新,必須將其選擇為“ON”。選擇“ON”允許使用DME-DME或VOR-DME等傳統(tǒng)導(dǎo)航輔助設(shè)備更新FMC位置,前提是它們?cè)谡_幾何結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)。737飛行機(jī)組操作手冊(cè)(FCOM)第1冊(cè)中的禁止VOR/DME用于位置更新補(bǔ)充程序提供了禁止/允許導(dǎo)航源的步驟。 營(yíng)運(yùn)人可以通過默認(rèn)DME Update Off(DME更新關(guān)閉)軟件選項(xiàng)選擇默認(rèn)設(shè)置,以確定正常狀態(tài)是禁止無線電更新還是允許無線電更新。 圖6展示的是所有源都可用: 圖6 2、系統(tǒng)回顧 SYSTEM OVERVIEW 737有兩個(gè)獨(dú)立的全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)。GPS接收機(jī)是兩個(gè)多模接收機(jī)(MMR)的一部分。每個(gè)GPS接收機(jī)都有一個(gè)獨(dú)立的GPS天線。 波音飛機(jī)上的GPS接收機(jī)具有接收機(jī)自主完整性監(jiān)測(cè)(RAIM)算法,用于檢測(cè)和緩解錯(cuò)誤的GPS信號(hào)。這些算法提供了一些針對(duì)干擾出現(xiàn)錯(cuò)誤的保護(hù)。例如,RAIM檢測(cè)智能干擾,接收器跟蹤導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不一致的真實(shí)和虛假衛(wèi)星信號(hào)。在GPS輸出用于大多數(shù)其他功能之前,RAIM水平完整性限制(HIL)必須有效。 737上安裝了兩個(gè)獨(dú)立的慣性參考系統(tǒng)(IRS)。IRS向相應(yīng)的飛機(jī)系統(tǒng)提供姿態(tài)、真航向和磁航向、加速度、垂直速度、地面速度、航跡、當(dāng)前位置和風(fēng)的數(shù)據(jù)。IRS輸出獨(dú)立于外部導(dǎo)航輔助設(shè)備。 737通常安裝有兩臺(tái)飛行管理計(jì)算機(jī)(FMC)。每個(gè)FMC根據(jù)GPS、IRS、DME和VOR計(jì)算多傳感器位置解決方案。IRS數(shù)據(jù)是基礎(chǔ),其他傳感器用于補(bǔ)償IRS誤差。通過卡爾曼濾波估計(jì)IRS誤差,包括位置、速度和姿態(tài)?;谒褂玫膫鞲衅骱蛠碜钥柭鼮V波器的北方和東方位置偏差,F(xiàn)MC計(jì)算95%的水平位置精度-實(shí)際導(dǎo)航性能(ANP)。 圖7顯示了GPS數(shù)據(jù)的路徑及其在飛機(jī)系統(tǒng)中的使用: 圖7:GPS數(shù)據(jù)流/使用框圖 3、駕駛艙指示 FLIGHT DECK INDICATIONS 本部分涵蓋GPS信號(hào)干擾事件期間受影響系統(tǒng)的駕駛艙指示。 3.1 GPS更新不可用或GPS信號(hào)干擾期間的導(dǎo)航 Navigation when GPS Update is Not Available or during GPS Signal Interference 當(dāng)GPS信號(hào)無法更新FMC位置且無線電更新被禁止時(shí),橫向ANP開始增加。 當(dāng)FMC不再接收有效的GPS信息時(shí),POS SHIFT 3/3的GPS位置空白,并且在地面上10分鐘后或在空中30秒后GPS-L INVALID和GPS-R INVALID草稿行信息顯示。參見下面的圖8: 圖8:GPS信號(hào)丟失 在ND上顯示的ANP值不斷增加。參見下面的圖9: 圖9:GPS信號(hào)丟失 對(duì)于具有導(dǎo)航性能測(cè)量?jī)x(NPS)的飛機(jī),PFD顯示ANP值增加。參見圖10: 圖10:ANP值增加時(shí)的NPS標(biāo)尺 當(dāng)ANP超過RNP,累積時(shí)間超過設(shè)定的觸發(fā)警告的時(shí)間,且飛機(jī)在空中飛行時(shí),“UNABLE REQD NAV PERF-RNP”信息如圖11所示。CDU草稿行上將顯示UNABLE REQD NAV PERF––RNP信息。MAP上將額外顯示一條琥珀色UNABLE REQD NAV PERF–RNP信息。前儀表板上的琥珀色FMC燈也將隨著該信息的通告而點(diǎn)亮。對(duì)于帶有NPS的飛機(jī),NPS刻度變?yōu)殓晟NP也顯示在POS SHIFT、 RNP PROGRESS 4/5和RTE LEGS頁面上 圖11:RNP信息UNABLE REQD NAV PERF CDU位置參考頁 CDU POS REF Page 當(dāng)GPS信號(hào)不可用于更新FMC位置且無線電更新被禁止時(shí),F(xiàn)MC將IRS用作唯一的導(dǎo)航源。 在洋面運(yùn)行期間,當(dāng)GPS信號(hào)不可用且飛機(jī)超出任何無線電導(dǎo)航設(shè)備的范圍時(shí),GPS和無線電位置字段均為空白。參見圖12: 圖12:洋面上超出無線電范圍 當(dāng)GPS信號(hào)不可用但飛機(jī)在無線電導(dǎo)航設(shè)備的范圍內(nèi)時(shí),只有GPS位置字段為空。如果無線電更新被禁止,F(xiàn)MC將IRS用作唯一的導(dǎo)航源。參見圖13: 圖13:陸地上在無線電范圍內(nèi) 當(dāng)啟用無線電更新時(shí),F(xiàn)MC使用無線電導(dǎo)航設(shè)備作為導(dǎo)航源,如下圖14中的[1L–1R至4L–4R行]所示: 圖14:FMC無線電位置更新 [1L和1R行]顯示VOR或ILS標(biāo)識(shí)符以及相應(yīng)VHF導(dǎo)航控制面板上調(diào)諧的頻率。 [2L–2R行到4L–4R行]顯示最多五個(gè)DME標(biāo)識(shí)符和相應(yīng)掃描DME接收機(jī)調(diào)諧的頻率。 如果該設(shè)備用于導(dǎo)航,數(shù)據(jù)將以大字體顯示,并突出顯示標(biāo)識(shí)符。對(duì)于帶有顏色的CDU,站點(diǎn)標(biāo)識(shí)將變?yōu)榫G色,而不是高亮顯示。 GLS進(jìn)近(如果安裝) GLS approaches (As installed) 當(dāng)GPS信號(hào)在GLS進(jìn)近過程中丟失時(shí),以下是自動(dòng)駕駛儀斷開時(shí)的駕駛艙指示: 當(dāng)GPS信號(hào)在GLS進(jìn)近過程中丟失時(shí),以下是自動(dòng)駕駛接通、失效后被動(dòng)保護(hù)(fail passive)選裝時(shí)的駕駛艙指示: 當(dāng)GPS信號(hào)在GLS進(jìn)近過程中丟失時(shí),以下是自動(dòng)駕駛儀接通、失效后保持工作(fail operational)選裝時(shí)的駕駛艙指示: 3.2 GPS燈和不正常檢查單 Global Positioning System (GPS) Light and Non Normal Checklists (NNC) GPS接收機(jī)失效 GPS Receiver Failure 兩個(gè)GPS接收機(jī)故障將點(diǎn)亮GPS燈以及機(jī)長(zhǎng)和副駕駛主警告燈。 GPS信號(hào)丟失或信號(hào)干擾不會(huì)導(dǎo)致GPS燈點(diǎn)亮,因?yàn)闆]有系統(tǒng)故障。導(dǎo)航更新模式降級(jí)到下一個(gè)可用傳感器。當(dāng)ANP超過RNP時(shí),將顯示“UNABLE REQD NAV PERF - RNP”信息。 UNABLE REQD NAV PERF - RNP不正常檢查單(NNC)中的步驟基于檢測(cè)到的設(shè)備故障。檢查單不包括GPS信號(hào)丟失或信號(hào)干擾。 其他不正常檢查單 Other Non-Normal Checklists (NNC) 不可能為所有情況制定檢查單。在所有情況下,機(jī)長(zhǎng)必須評(píng)估情況,并使用正確的判斷來確定最安全的行動(dòng)方案。 3.3 近地警告系統(tǒng)(GPWS)前視地形 Ground Proximity Warning System (GPWS) Look-Ahead Terrain GPS是近地警告系統(tǒng)(GPWS)位置數(shù)據(jù)的主要來源。當(dāng)GPS信號(hào)不再可用時(shí),GPWS使用慣導(dǎo)數(shù)據(jù)作為備份。只要慣導(dǎo)水平位置不確定性保持在所需的精度限制內(nèi),地形將繼續(xù)顯示在ND上,前視地形警報(bào)將繼續(xù)工作。一旦慣導(dǎo)位置不確定性超過所需的精度限制,地形將從ND上移除,“TERR POS”信息將顯示在ND上。發(fā)生的近地警告有效。 GPS信號(hào)干擾期間,近地警告系統(tǒng)(GPWS)前視地形 Ground Proximity Warning System (GPWS) Look-Ahead Terrain during GPS signal interference GPWS前視地形功能可檢測(cè)GPS位置和高度數(shù)據(jù)的跳變。在這種情況下,GPWS步進(jìn)檢測(cè)算法使GPS位置輸入無效,并使用IRS數(shù)據(jù)。如果IRS水平位置不確定性超過精度限制,則地形將從ND上移除,并顯示TERR POS信息。當(dāng)GPS輸入穩(wěn)定60秒時(shí),指示恢復(fù)正常。 GPWS無法檢測(cè)到GPS位置或高度的微小和逐漸變化。在這種情況下,根據(jù)GPS位置地形數(shù)據(jù)庫中的地形,當(dāng)達(dá)到威脅閾值時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)與前視地形功能相關(guān)的警報(bào)。在GPS智能干擾期間,出現(xiàn)了多起運(yùn)行事件,其中出現(xiàn)了錯(cuò)誤的GPWS前視地形警報(bào)。 近地地形抑制(TERRINHIBIT) Ground Proximity Terrain Inhibit (TERR INHIBIT) GPWS地形抑制電門選擇到TERR INHIBIT(地形抑制)位后,它將抑制GPWS前視地形和障礙物顯示。TERR INHIBIT信息顯示。 近地警告系統(tǒng)根據(jù)無線電高度和氣壓高度、空速、下滑道偏差和飛機(jī)構(gòu)型綜合信息提供警報(bào)。這些警報(bào)將繼續(xù)工作,如果出現(xiàn)警報(bào),則警報(bào)有效。GPWS警報(bào)在以下情況下發(fā)生:
這些功能也仍然有效:
GPWS警報(bào)發(fā)生時(shí)是有效的。按照FCOM中的說明完成與警報(bào)相關(guān)的機(jī)動(dòng)。 3.4 跑道感知和咨詢系統(tǒng)(RAAS)(如果安裝) Runway Awareness and Advisory System (RAAS) (as installed) 在配備RAAS的飛機(jī)上,當(dāng)GPS信號(hào)丟失時(shí),RAAS將不可用,跑道不工作(INOP)燈亮起。發(fā)生的近地警報(bào)有效。 3.5 空中交通管制(ATC)數(shù)據(jù)鏈 Air Traffic Control (ATC) data link 對(duì)于安裝了空中交通管制(ATC)數(shù)據(jù)鏈路功能的飛機(jī),當(dāng)受到強(qiáng)制改變時(shí)間或日期的GPS干擾(智能干擾)時(shí),此類干擾將影響數(shù)據(jù)鏈路的運(yùn)行。
3.6 GPS信號(hào)干擾期間的自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視廣播(ADS-B) Automatic Dependent Surveillance - Broadcast (ADS-B) during GPS signal interference ADS-B OUT ADS-B OUT 在GPS干擾期間或GPS信號(hào)丟失時(shí),ADS-B Out不起作用:
當(dāng)有效的GPS位置數(shù)據(jù)可用時(shí),ADS-B操作恢復(fù),燈熄滅。 3.7 電子飛行包(如果安裝) EFB (as installed) 一些EFB應(yīng)用程序使用GPS數(shù)據(jù),GPS干擾可能會(huì)影響這些應(yīng)用程序。 4、附加信息 ADDITIONAL INFORMATION FAA發(fā)布的飛行禁令和咨詢通告以及FAA不提供空中導(dǎo)航服務(wù)地區(qū)的飛行禁令SFAR的完整列表發(fā)布在FAA網(wǎng)站上,網(wǎng)址為: http://www./air_traffic/publications/us_restrictions 5、總結(jié) SUMMARY 基本GPS干擾對(duì)飛機(jī)系統(tǒng)的影響與因任何原因丟失GPS信號(hào)的影響相似;然而,更復(fù)雜的智能干擾或“欺騙”會(huì)產(chǎn)生各種額外的駕駛艙效應(yīng)。 當(dāng)機(jī)組遇到GPS信號(hào)干擾時(shí),應(yīng)盡快向ATC報(bào)告。他們還需要了解對(duì)需要GPS信號(hào)(如RNP-AR和GLS進(jìn)近)的導(dǎo)航程序的影響。此類程序在這些事件期間可能無法使用,可能需要替代程序。如果出現(xiàn)UNABLE REQD NAV PERF - RNP信息,請(qǐng)執(zhí)行該信息的檢查單。 |
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