愚蠢的地球人

我一直想写一篇关于飞机GPS干扰的文章，一直没找到机会写，直到昨天我自己遭遇了一次严重的GPS干扰事件。

昨天飞晚班回重庆，着陆前10分钟，在我们飞过沙坪坝上空时，飞机弹出一个“ADS-B故障”的信息，我们明白这是遇到了GPS干扰。但这时候我们还以为这只是一次普通的干扰，对这种由于GPS干扰导致的ADS-B故障我们最近几年经常遇到，早就习以为常了，一般这种干扰只会持续几秒钟就会消失，因为通常干扰范围是局部的，以我们飞机的速度很快就能脱离这个干扰区域，而且就算是持续受到干扰，对我们飞机影响也不大，因为我们飞机有三套高精度的惯性导航系统，它们可以完全不依赖外部的GPS信号来工作。

可是随后我在无线电频率里听到一架在我前面的山东航空的飞机报告管制员说他们遭遇GPS干扰中止进近拉升了，这时候我才意识到这次的干扰可能跟之前不一样，于是我们开始评估风险，我们着重检查了飞机的导航系统，并通告管制员帮我们通过地面雷达监控我们飞机的位置和高度。

没过多久，飞机又弹出一个“FMS/GPS位置不一致”的信息，这个信息意味着GPS受到的不是普通的干扰——普通的干扰属于“压制式信号干扰”，只是用一个杂乱无章的无线电噪声淹没掉正常的GPS卫星信号，使得GPS接收机无法从这一堆噪声中提取出有用的信息，也就无法计算出经纬度位置数据，失去了GPS定位，飞机的位置精度会略微下降一点点，但还是能满足除了RNP进近之外的大多数飞行程序的要求。但是这个“FMS/GPS位置不一致”的告警信息意味着GPS接收机接收到了一组精心伪造的无线电信号并解码计算出了一个错误的经纬度位置信息，这种升级版的干扰被称为“GPS欺骗”。虽然GPS欺骗很难对飞机的导航系统产生严重的影响，因为飞机的FMGS计算机会识别出明显不合理的GPS位置信息并将其舍弃掉，但是错误的位置信息会对飞机的增强型近地警告系统（EGPWS）造成极大的影响，因为EGPWS系统的位置信号是直接来源于GPS接收机而不是FMGS计算机，EGPWS系统在发出告警之前并不会对GPS接收机提供的位置信息做有效性校验。

果然这个信息弹出来没多久，驾驶舱里PULL UP警告就开始响了起来，当时我的内心也是慌得一批，倒不是担心会撞山——因为我很清楚我飞机当时的位置根本没有任何撞山的可能。我在重庆飞了近20年，这条航路我太熟悉了：当时我们正左转向五边准备建立盲降，我左前方是鹅公岩长江大桥，江对岸是南岸区，虽然正前方是南山，但是南山海拔最高的地方也只有600米，而我们当时的高度在1500米以上。

那我慌啥呢？非业内人士可能不知道“PULL UP”警告有多严重，可以这么说，这个警告是飞机上最严重的警告，没有之一！99%的飞行员一辈子都不会在真飞机上听到这个警告，如果你触发了这个警告，在现在的处罚制度下，基本上就可以宣告你的职业生涯终结了。不过好在这是个假警告，所以我们三个人的饭碗暂时是保住了，算是虚惊一场。现在的重点是如何决策，现在我有两个选择，一是直接中止进近拉升，二是忽略警告继续进近。

原则上讲，PULL UP警告是最高优先级、立即动作级警告，根本没时间给你去思考判断和决策，你要做的只能是立即执行地形避让的记忆项目：迅速前推油门杆到底同时断开自动驾驶并向后拉杆到底。这个原则曾经是不容置疑的，关键时刻能保命。但问题是在GPS干扰越来越频发的当今，这种地形避让操作带来的衍生风险也不容忽视：首先，迅速带杆到底的操作对飞机的飞控系统是一个很大的挑战，虽说空客的正常法则会保护飞机不进入失速，但是飞行数据上必然会出现很多超限，每一个超限都够飞行员喝一壶了，如果造成旅客受伤你更是吃不了兜着走了；其次，警告持续响你就得持续爬升，势必会导致穿越多个高度层，在繁忙的机场很容易跟空中其他飞机造成飞行冲突，任何一个冲突都可能会造成事故征候级别的后果，何况受到干扰的飞机不止你一架，大家全都满油门大角度爬升，估计空管都要疯掉了。所以空客公司在最近的一个“关于应对虚假TAWS告警”的技术通告里面很委婉的提示飞行员，首先，如果在安全高度之上“不应当机械的执行TAWS记忆项目”；其次，在明确GPS受到干扰并执行完地形意识简令之后可以考虑关闭飞机的TERR告警功能。不过，可能为了免责，空客还是强调触发TAWS告警之后处置原则依然是立即执行地形避让的记忆项目。

在犹豫了0.01秒之后我选择了违反原则，忽略警告，继续进近。虽然从结果来看我的选择是对的，如果我选择拉升避让，可能后果会非常严重。但是直到现在我一直在反复思考这个问题：飞行员一直以来被要求原则上应当无条件服从机器的告警指示，是因为我们一直以来都认为机器比人更可靠，人会犯错，机器不会，但是当这个机器明确被证实存在某个Bug，在某些情况下会给出错误的指示，当这种情况发生时，我们是否还应该遵循之前的原则。

不多说了，最后留点科普时间给大家粗略的讲解一下飞机FMGS计算位置的方法。

首先讲一下惯性导航系统（INS），惯导是一种完全自主的导航方式，它不依赖任何外部信号，仅通过飞机自身，就能实时计算出自身的位置、速度、姿态信息。惯导的核心部件有两个，一个是激光陀螺：负责测量飞机的俯仰、倾斜、转弯角度等，跟位置计算没啥关系，这里就不细说了。另一个核心部件是加速度计：负责测量飞机在空间坐标系中xyz三个方向的加速度。根据牛顿运动定律，加速度对时间积分得到速度，速度对时间积分得到位移，初始位置加位移就是飞机的当前位置。惯导的短时精度非常高，但惯导有一个无法避免的缺陷——累计误差。因为积分运算会不断累积测量过程中的微小偏差，随着飞行时间延长、飞行距离增加，这些误差会一点点累积，导致位置精度逐渐下降。飞行时间越久，惯导算出的位置与真实位置偏差就越大，单纯依靠惯导，无法满足长途飞行的高精度定位需求。

再说一下GPS定位，GPS是我们最熟悉的定位方式，飞机通过接收卫星发射的信号，实时测算与多颗卫星的距离，通过计算得出自身的位置。它的优势十分突出：定位精度高，且误差不会随飞行时间累积，无论飞多久，只要能稳定接收卫星信号，就能保持较高的位置准确性。但GPS的短板也很明显：信号极易受干扰。就像此前提到的GPS干扰问题，一旦GPS失效，飞机就会失去这一精准定位来源。

飞机上的FMGS计算机融合惯导与GPS各自的优点，将二者数据融合，取长补短，打造出稳定又精准的定位最优解。工作原理简单来说就是利用惯导短时精度高的优点来对接收到的GPS位置进行校验，采纳可信GPS位置，舍弃不可信GPS位置，不断修正惯导的累积位置偏差。

所以大家大可不必担心GPS干扰甚至GPS欺骗会对飞机FMGS的定位导航造成严重的影响，就算是受到严重的GPS干扰，飞机位置也不会突然发生剧烈的变化，最多不过是随着时间的累积，慢慢的发生微小漂移。再说了，失去GPS辅助以后FMGS还会降级到无线电位置更新，利用地面导航台的方位距离信息来计算自身的位置，并修正惯导的漂移。就算是无线电位置更新也不可用，惯导仅依靠自身的精度也能维持一段时间的导航精度。这就是为什么如果没有GPS的飞机如果执行RNAV10的跨洋航线会限制纯惯导的飞行时间不能大于6小时。因为据说惯导漂移的适航认证要求每小时漂移距离不得大于2海里，纯惯导飞行6小时基本能满足RNAV10的要求。实际飞行时我观察过惯导的漂移量，一般每小时只有零点几海里的误差，远低于适航认证的上限。RNP AR(0.3)进离港的GPS空洞期最大允许5分钟也跟这个有关，其逻辑就是在GPS信号丢失之后，惯导仅靠自身的精度能保证在5分钟之内位置偏差不会超过0.3海里。

最后再说一下受到GPS干扰之后，如果两部GPS都失效的情况下到底能不能飞RNAV进离港程序的问题。我查阅了RNAV1的设计规范，发现设计规范并不强制机载设备必须具备GNSS，可使用 GNSS、DME/DME 或DME/DME/IRU中的任意一种，只有RNP进近和RNP AR进近才强制必须具备GNSS，普通RNP进近要求1部GPS，RNP AR要求两部GPS。但是实际运行中我发现国内几乎所有机场的RNAV进离港程序都要求GNSS，所以在这些机场运行时，一旦GPS失效，就只能申请飞传统进离港程序。不过也有例外，比如成都双流机场的进离港程序就没有要求必须要有GNSS，理论上，双GPS失效的情况下只要DME/DME/IRU可用，在成都双流机场一样能飞RNAV进离港程序，只不过最后进近只能接盲降或者VOR程序，不能飞RNP进近。