作者：飞行部三大队孔祥晖
在航空领域，精准的高度测量如同飞机的 “安全标尺”，对飞行安全和高效运行起着决定性作用。现代飞机主要依赖无线电高度表（RA）、气压高度表和 GPS 高度测量系统，三者各司其职、相互协作，共同构建起一套全面且精确的高度监测体系，助力飞机在复杂多变的天空环境中安全翱翔。接下来，我们将从参考基准、测量原理、应用场景、性能特点等多个维度，深入剖析这三种高度测量方式的奥秘。
一、参考基准：不同起点，各有侧重
1.无线电高度表
无线电高度表以飞机正下方的实际地面（AGL）为参考基准，直接测量飞机与地面间的垂直距离。这种特性使其在飞机近地操作阶段成为不可或缺的 “安全卫士”。当飞机临近机场准备降落时，它能实时、直观地向飞行员展示飞机离跑道表面的高度数值，为精准判断着陆时机提供关键依据。
2.气压高度表
气压高度表的参考基准更为灵活，可选用海平面（QNH，修正海平面气压高度）或机场标高（QFE，场面气压高度）。在标准大气条件下，它依据大气静压与高度的对应关系实现高度测量。当以 QNH 为基准时，显示的是飞机相对于平均海平面的高度；切换至 QFE 基准，则呈现飞机相对于机场跑道表面的高度。在过渡高度以下，飞行员通常将其设置为 QNH，以此在不同机场和空域间维持统一的高度标准，保障飞机垂直间隔安全。
3.GPS 高度
GPS 高度测量以 WGS84（1984 年世界大地测量系统）椭球体模型（MSL，平均海平面）为基准，借助多颗卫星信号，通过三角定位原理确定飞机的空间位置与高度。不过，GPS 高度本质上属于椭球体高度，要转换为相对平均海平面的高度，需借助地理数据库进行复杂运算，且难以充分考量局部大地水准面的起伏，这在一定程度上限制了其测量精度与可靠性
二、测量原理：技术路径，各显神通
1.无线电高度表
无线电高度表运用雷达波往返时间测量原理。飞机发射装置向地面发送 4.3GHz 频段的雷达波，遇到地面反射后，接收装置捕获回波。由于雷达波在空气中的传播速度恒定（光速），依据公式 h = c×Δt/2（h 为飞机高度，c 为雷达波传播速度，Δt 为时间差），便能精确计算飞机高度。其高达 50Hz 的更新率，意味着每 20 毫秒就能输出一次新高度数据，可快速响应飞机高度变化，为起飞、着陆等关键阶段提供及时支持。
2.气压高度表
气压高度表基于大气静压换算原理工作。在标准大气环境下，高度与大气压力存在明确数学关系，海平面气压为 1013.25 百帕，温度 15℃，高度每升高 1000 米，气压约下降 100 百帕。气压高度表通过测量飞机所在位置的大气静压，依据预设的气压 - 高度换算关系，将气压值转换为高度显示。但实际大气受温度、湿度、地理位置等因素影响，会干扰测量精度。
3.GPS 高度
GPS 高度测量依赖卫星信号三角定位。GPS 系统由多颗卫星组成，持续向地球发射包含时间、位置等信息的信号。飞机上的 GPS 接收机接收至少四颗卫星信号后，通过测量信号传播时间，结合卫星已知位置，经复杂计算得出飞机三维位置及高度。然而，受卫星更新率限制，其更新频率通常在 1 - 4Hz，且卫星信号受遮挡或干扰时，测量精度显著降低。
三、测量范围与用途：分工明确，协同发力
1.无线电高度表
无线电高度表的显示测量范围通常为 2500 英尺以下，专注服务于飞机起飞、着陆及低空飞行等关键阶段。起飞时，助力飞行员掌握离地高度；着陆阶段，在决断高度（如 CAT III 盲降中 50 英尺），其精确数据成为自动驾驶拉平或触地警告的触发条件，同时也是近地警告系统（GPWS）的重要数据来源，能及时发出 “TOO LOW GEAR”“SINK RATE” 等语音警报，避免撞地风险。
2.气压高度表
气压高度表可覆盖全高度层，特殊情况下甚至能显示负值。在巡航高度层，它是飞行员确定飞行高度的主要工具，依据空管指令调整设置（QNH 或 QFE），维持安全垂直间隔。在仪表飞行（FL，飞行高度层）中，为飞行员提供统一高度参考，保障空域内有序飞行。
3.GPS 高度
GPS 高度同样具备全高度层覆盖能力，在航路导航中发挥重要作用。飞行员借助其结合其他导航数据规划航线、定位飞机。同时，它可作为备用高度参考，在其他设备故障时提供支持。在现代飞机导航系统中，与其他传感器数据融合，提升导航精度与可靠性。
四、动态响应与精度：性能差异，互补应用
1.无线电高度表
无线电高度表拥有毫秒级动态响应速度，能迅速捕捉高度变化。高度小于 100 英尺时，精度可达 ±1 英尺；其他范围精度为 2%，为近地操作提供精准数据，助力飞机平稳着陆。
2.气压高度表
气压高度表动态响应为秒级，因大气压力变化存在延迟，飞机快速升降时，指示易滞后。其精度约 ±50 英尺，且受温度、气压梯度等气象因素影响大，不同天气下测量误差可能增大。
3.GPS 高度
GPS 高度动态响应受卫星链路制约，更新频率低，飞机高度快速变化时难以及时跟进。关闭选择可用性（SA）后，精度约 ±50 英尺，但卫星信号受干扰、遮挡或存在多径效应时，测量精度大幅下降。
五、地形与天气影响：环境挑战，应对有别
1.无线电高度表
无线电高度表测量值随地形起伏而变，飞越山区、丘陵等地形时读数波动明显。其 4.3GHz 工作频段穿透性强，基本不受晴、雨、雾、雪等天气影响，保障复杂气象下近地操作高度测量稳定。
2.气压高度表
气压高度表不受地形干扰，但对风暴、逆温层等天气现象敏感。风暴中大气压力剧变，逆温层内温度变化不符合标准，均会导致测量误差，影响飞行员高度判断。
3.GPS 高度
GPS 高度测量与地形无关，但在强电离层扰动等特殊天气下，如太阳耀斑爆发引发电离层扰动，会影响卫星信号传播，致使测量精度大幅降低，威胁飞行安全。
六、安装位置与失效模式：设备特性，风险管控
1.无线电高度表
无线电高度表天线安装于机腹且朝下，确保雷达波直射地面。其失效模式主要有地面杂波干扰，周围反射物体多会干扰测量；天线结冰会影响雷达波收发，寒冷天气飞行时需关注并及时除冰。
2.气压高度表
气压高度表依赖静压孔和备用静压源，静压孔安装在机身侧面。静压孔堵塞或管路泄漏会导致测量错误，飞行前检查需重点排查。
3.GPS 高度
GPS 高度测量依靠顶部 GPS 天线接收信号。卫星信号丢失（如进入遮挡区域或受电磁干扰）、欺骗攻击（恶意发射虚假信号）是主要失效风险，需加强信号监测与防护。
七、适航要求与协同工作：规范标准，融合增效
1.无线电高度表
在 CAT II/III 着陆这类低能见度精密进近和着陆操作中，无线电高度表是必备设备。在现代综合导航系统（如波音 EGPWS）中，其数据与其他高度测量数据融合，在导航显示器上以黄色标注，便于飞行员识别。
2.气压高度表
气压高度表是全飞行阶段强制配备设备，为各飞行阶段提供基础高度参考，与其他设备数据相互验证补充，提升测量可靠性。
3.GPS 高度
在满足所需导航性能（RNP）运行要求时，GPS 高度需与其他高度测量设备交叉验证。RNP 进近过程中，飞行员需综合参考多种高度数据，确保精准进近着陆。
现代综合导航系统深度融合三种高度测量设备数据，发挥各自优势，弥补不足。不同飞行阶段，飞行员依据实际需求参考不同数据：起飞时依赖无线电高度表和气压高度表；巡航阶段以气压高度表和 GPS 高度数据为主；着陆阶段无线电高度表至关重要。这种协同工作模式显著提升高度测量准确性与可靠性，筑牢飞行安全防线。
无线电高度表、气压高度表和 GPS 高度测量系统共同构成了航空领域高度测量的核心体系。它们各具特色与局限，我们需深入掌握其原理、性能与应用，方能在各种环境下合理运用，保障飞机安全、高效飞行
评论 (0)