Используемая статистика теста является функцией остатка измерения псевдодальности (разницы между ожидаемым измерением и наблюдаемым измерением) и степени избыточности. Статистика теста сравнивается с пороговым значением, которое определяется на основании требуемой вероятности ложной тревоги (Pfa).
Автономный мониторинг целостности приемника (RAIM) обеспечивает мониторинг целостности GPS для авиационных приложений. Чтобы приемник GPS мог выполнять функцию RAIM или обнаружения неисправностей (FD), ему должны быть видны как минимум пять видимых спутников с удовлетворительной геометрией. RAIM имеет различные реализации; один из них выполняет проверку согласованности между всеми решениями положения, полученными с различными подмножествами видимых спутников. Приемник выдает предупреждение пилоту, если проверка согласованности не удалась.
Доступность RAIM является важным вопросом при использовании такого типа алгоритма в приложениях, критичных для безопасности (например, в авиации); Фактически, из-за геометрии и технического обслуживания спутников RAIM не всегда доступен, а это означает, что антенна приемника иногда может иметь в поле зрения менее пяти спутников.
Доступность также является показателем эффективности алгоритма RAIM. Доступность зависит от геометрии созвездия, которое находится в поле зрения, и других условий окружающей среды. Если доступность рассматривается таким образом, ясно, что это не функция включения-выключения, означающая, что алгоритм может быть доступен, но не с требуемой производительностью обнаружения сбоя, когда он происходит. Таким образом, доступность является фактором производительности алгоритма и характеризует каждый из различных типов алгоритмов и методологий RAIM.
Обнаружение и исключение неисправностей
Прогнозирование RAIM
GNSS отличается от традиционных навигационных систем тем, что спутники и зоны с ухудшенным покрытием находятся в постоянном движении. Следовательно, если спутник выходит из строя или выводится из эксплуатации для технического обслуживания, не сразу становится ясно, какие области воздушного пространства будут затронуты, если таковые имеются. Место и продолжительность этих отключений можно предсказать с помощью компьютерного анализа и сообщить пилотам в процессе предполетного планирования. Однако этот процесс прогнозирования не полностью репрезентативен для всех реализаций RAIM в различных моделях приемников. Инструменты прогнозирования обычно консервативны и, таким образом, прогнозируют более низкую доступность, чем та, которая фактически встречается в полете, чтобы обеспечить защиту моделей приемников самого низкого уровня.
Поскольку RAIM работает автономно, то есть без помощи внешних сигналов, он требует избыточных измерений псевдодальности. Для получения решения о трехмерном положении требуется как минимум четыре измерения. Для обнаружения неисправности требуется не менее 5 измерений, а для выделения и исключения неисправности требуется не менее шести измерений, однако часто требуется больше измерений в зависимости от геометрии спутника. Обычно в поле зрения находятся от семи до 12 спутников.
Используемая статистика теста является функцией остатка измерения псевдодальности (разницы между ожидаемым измерением и наблюдаемым измерением) и величины избыточности. Статистика теста сравнивается с пороговым значением, которое определяется на основании требований к вероятности ложной тревоги (Pfa) и ожидаемому шуму измерения. В авиационных системах Pfa фиксируется на уровне 1/15000.
Сайты прогнозов RAIM
Чтобы пилоты могли быстро определить, будет ли RAIM на маршруте или на уровне захода на посадку, FAA и ЕВРОКОНТРОЛЬ создали веб-сайты «уровня диспетчеризации», которые прогнозируют статус RAIM в соответствии с требованиями предполетной проверки.
The given work describes integrity conception for navigation as one of the main requirement for aviation. It consists review of all available data sources used in the multisystem navigation receiver for provide integrity requirements. Based on integrity requirements RAIM algorithm for produced navigation receivers was developed and realized. Practically implementation of RAIM was shown as a test results.
Главным требованием к навигационной системе является ее способность непрерывно определять координаты объекта с заданной точностью. Однако, во время эксплуатации спутниковых систем для целей навигации могут возникать отказы спутников или наземной системы управления. Отказы могут привести к тому, что координаты объекта будут определяться с погрешностями, превышающими заданные. Поэтому на практике для оценки состояния СНС используется понятие целостности.
Под целостностью понимают способность системы обеспечить такое своевременное предупреждение, когда она не в состоянии удовлетворить требованиям к заданной точности. Поэтому одна из задач поддержания целостности в условиях информационной избыточности и при наличии отказа бортовой аппаратуры одного из спутников заключается в выявлении этого неисправного спутника, и исключении его из обработки (одновременный отказ двух или более спутников не рассматривается ввиду крайне малой вероятности этого события).
На сегодняшний день существует несколько способов осуществления контроля целостности системы:
Алгоритм RAIM дает ответ на два вопроса:
Использование алгоритма RAIM требует избыточности измерений, то есть для решения задачи определения координат требуется 4 спутника. Для выявления аномалии спутника требуется, по крайней мере, 5 спутников и минимум шесть для исключения неисправного КА из решения навигационной задачи. В мультисистемном приемнике спутниковой навигации для обеспечения целостности могут использоваться данные от разных источников:
В общем виде функцию RAIM можно представить в следующем виде:
Результат работы алгоритма RAIM приведен ниже. Показано определение местоположения при наличии сбойного спутника без использования алгоритма RAIM и при его использовании. Для проверки работы алгоритма RAIM использовался сценарий имитации, в котором в один из спутников вводится линейно нарастающая ошибка в псевдодальности.
RAIM контролирует расчет GPS координат местоположения объекта, в случае их переопределения. То есть, в том случае когда доступно больше спутников, чем необходимо для определения позиции, полученные дополнительные псевдо измерения должны быть совместимы с рассчитанными координатами позиции. Значения полученные от псевдо измерения, которые существенно отличается от ожидаемого значения могут привести к ложному определению передающего сигнал спутника или иной проблемы нарушающей целостность сигнала (например, ионосферной дисперсии).
Автономный контроль целостности ( RAIM ) обеспечивает целостность системы GPS мониторинга в авиационных приложениях. Для того чтобы GPS приемник мог осуществить RAIM-контроль или составить функцию ошибок(функция разности предполагаемых и наблюдаемых значений измерений),ему должно быть доступно как минимум пять спутников системы. RAIM имеет несколько способов реализации; один из них заключается в проверке совместимости рассчитанных координат положения объекта, при использовании всех возможных групп видимых спутников. Приемник выдает предупреждение пилоту, в случае если в результате проверки рассчитанные таким образом координаты не совместимы. Необходимым условием реализации метода RAIM в любом случае является наличие не менее 5 спутников видимых антенной GPS приемника; алгоритм RAIM, фактически, является статистическим методом.
В связи с этим каждому проведенному тесту – заключению о согласованности полученных от разных групп спутников координат – отвечает определенная вероятность, которая является мерой надежности этого теста о выявления сбоя, когда тот случится. Эта вероятность характеризует целесообразность и надежность проведения данного теста, она зависит от геометрии видимого созвездия спутников и условий окружающей среды, в районе где находится GPS приемник. Целесообразность в данном случае является фактором прооизводительности того или иного алгоритма и характеризует каждый из существующих алгоритмов и методологий системы RAIM. Методы RAIM используются в системах GPS мониторинга и навигации. В качестве примера таких систем можно привести систему GPSMobile.
Анатолий Липин Доцент кафедры Аэронавигации Санкт-Петербургского государственного университета ГА
Эксперт » A viation EX plorer»
В п. 2.16 ФАП РТОП к средствам радионавигации и посадки отнесены как традиционные средства так и GNSS. Далее рассмотрены вопросы связанные с GNSS.
Навигационное обслуживание GNSS обеспечивается с помощью различных комбинаций следующих элементов GNSS, установленных на земле, на спутниках и (или) на борту ВС:
В ФАП РТОП представлено наземное оборудование:
– ЛКСС предназначена для формирования и передачи ВС дифференциальных поправок к псевдодальностям навигационных спутников и информации о целостности сигналов, излучаемых навигационными спутниками;
– ЛКСМ – средство (система) мониторинга, регистрации и хранения состояния навигационного обслуживания GNSS в районе аэродрома.
ЛКСМ вместе со средствами индикации на рабочих местах диспетчеров позволяет определить возможность, с учетом требований по точности определения пространственного положения, выполнения намеченной операции с использованием GNSS по типу созвездий: ГЛОНАСС, ГЛОНАСС + GPS в районе аэродрома и подходе.
Наличие ЛКСМ является обязательным условием для допуска к полетам с использованием GNSS для допущенных операций в районе аэродрома, если запись и хранение информации GNSS, относящихся к этим операциям с использованием GNSS, не осуществляется каким-либо другим образом.
Мониторинг сигнала GNSS
О каких операциях идет речь с применение GNSS? Использование GNSS предполагает выполнение полета методом зональной навигации. В России на многих аэродромах публикуются SID RNAV (GNSS), STAR RNAV (GNSS), не точный заход на посадку RNP APCH и точный заход на посадку с применением GLS.
Система мониторинга предназначена для регистрации, хранения и доведения информации о мониторинге сигналов GNSS до органов ОВД и пользователей воздушного пространства. Доведение информации производится в случае, если необходимо предпринять меры, направленные на обеспечение безопасности полетов, которые могут включать:
– введение эксплуатационных ограничений на использование конкретного вида обслуживания GNSS в зависимости от уровня эксплуатационной готовности;
– оповещение пользователей воздушного пространства об имеющихся несоответствиях характеристик навигационного обслуживания GNSS.
Система мониторинга может использовать для этих целей информацию, поступающую к ней по каналам связи от удаленных ЛКСМ и ЛККС.
Доведение информации до органов ОВД и пользователей воздушного пространства осуществляется по различным каналам связи, а также через публикацию извещения об оперативных изменениях в правилах проведения и обеспечения полетов и аэронавигационной информации (NOTAM).
Следует отметить, что положения ФАП РТОП предъявляют требования к органам ОВД по информированию пилота о качестве сигнала GNSS в районе аэродрома, при заходе на посадку и вылете.
Функции RAIM
Заход на посадку на конечном участке, основанный на GNSS, со спецификациями: RNP APCH, RNP AR APCH, относится к неточному заходу на посадку.
У многих российских эксплуатантов в Руководстве по производству полетов (РПП) в Части А, главе 8 представляется подобная информация:
«При выполнении полетов с обязательным применением спецификаций PBN, основанных на GNSS: RNP APCH, RNP AR APCH пилоту необходимо убедиться в способности GNSS обеспечить приемлемый уровень характеристик. Для этого необходимо запросить у полетного диспетчера RAIM REPORT, позволяющий оценить непрерывность и точность данных GNSS на всех этапах маршрута. Кроме того, перед заходом на посадку за 15 мин произвести RAIM контроль».
Функции RAIM заключаются в оценке возможности использования GNSS для соответствующего этапа полета: маршрут, STAR, заход на посадку, SID.
Другим способом контроля целостности информации, получаемой от GNSS, является сравнение этой информации с навигационной информацией, получаемой от других навигационных систем, например, от инерциальной системы. Называется этот алгоритм Aircraft autonomous integrity monitoring (AAIM). Таким образом на борту ВС есть возможность определить качество принимаемого сигнала GNSS и принять решение о выполнении конкретной процедуры маневрирования в районе аэродрома.
Согласно РПП пилот обязан контролировать качество сигналов GNSS, Основанием этого является использование положений Doc 9849, Руководство по глобальной навигационной спутниковой системе (GNSS). Отметим, что в российских нормативных документах такие требования отсутствуют.
Отсутствие требований
В ФАП «Организация воздушного движения в Российской Федерации» (ФАП ОрВД) представлено:
«3.19. Органы ОВД должны незамедлительно информировать пользователей воздушного пространства и соответствующие службы о любом отказе или неполадках средств радиотехнического обеспечения полетов, средств и систем связи, навигации, наблюдения и посадки, имеющих существенное значение для обеспечения безопасности и/или эффективности производства полетов и/или предоставления диспетчерского обслуживания воздушного движения.
5.8. При получении доклада от экипажа воздушного судна о невозможности выполнять полет по стандартному маршруту вылета зональной навигации (отказ оборудования зональной навигации, аномалия системы спутниковой навигации, метеоусловия) и принятии экипажем решения продолжать выполнение полетного задания орган ОВД обязан принять меры к назначению маршрута без применения зональной навигации.
5.8.1. При заходе на посадку с использованием системы спутниковой навигации орган ОВД, осуществляющий управление на конечном этапе захода на посадку, информируется экипажем воздушного судна об основной и резервной системах захода на посадку.
5.8.2. При невозможности выполнять посадку по системе спутниковой навигации экипаж воздушного судна информирует орган ОВД, осуществляющий управление на конечном этапе захода на посадку, о решении на продолжение захода на посадку по резервной системе или об уходе на второй круг.
5.8.3. При получении информации об отказах технических средств, обеспечивающих посадку по зональной навигации, орган ОВД, осуществляющий управление на конечном этапе захода на посадку, информирует об этом экипажи воздушных судов, находящиеся у него на обслуживании и использующие зональную навигацию, и рекомендует заход на посадку по выбранной резервной системе».
Из содержания п. 3.19 видно, что органы ОВД незамедлительно информируют пилотов об отказе или неполадках средств навигации (GNSS), к которым можно отнести и неприемлемый уровне характеристик GNSS для захода на посадку, а из п. 5.8 видно, что пилот информирует диспетчера о невозможности выполнять посадку по GNSS.
При этом орган ОВД и пилот используют функцию RAIM для оценки качества сигнала GNSS. На рис. 1 представлена картинка планшета ЛККС из которой видно, что ЛККС осуществляет прогноз начиная от 1 часа в интервале 1 – 8 часов, а пилот на ВС имеет возможность осуществить прогноз для выполнения полета по трассе, STAR и неточный заход на посадку RNP APCH, RNP AR APCH с интервалом времени 5 минут в интервале ±15 минут относительно расчетного времени прибытия (ЕТА), рис. 2.
Рис. 1. Планшета ЛККС
Рис. 2. Страница экран CDU Topflight Thales–Smith FMS2 для определения прогноза GPS
Таким образом, на борту ВС информация о качестве сигнала GNSS может быть поручена более оперативно по сравнению и информацией от диспетчер ОВД.
В ФАП «Подготовка и выполнение полетов в гражданской авиации Российской Федерации» в разделе «Снижение, заход на посадку и посадка» отсутствуют положения о получении информации от органа ОВД о приемлемом уровне характеристик GNSS.
Есть еще один аспект, который не оговорен в ФАП РТОП – уровень деградации сигнала GNSS.
Спецификации PBN
На российских аэродромах, с опубликованными SID RNAV (GNSS), STAR RNAV (GNSS), используется спецификация RNAV1. На некоторых аэродромах, например, Самара, Минеральные Воды, Мурманск, Тюмень информация о спецификации PBN отсутствует.
В этой связи вопрос. О каком уровне деградации сигнала GNSS диспетчеру ОВД необходимо информировать пилота? Если от RNAV1, RNAV 2 и RNAV 5, то и заход на посадку не возможен, а если RNP APCH и RNP AR APCH, то заход по STAR RNAV (GNSS) и SID RNAV (GNSS) будет возможным.
Следует отметить и тот факт, что в Санкт-Петербурге (Пулково) заходу на посадку по ILS предшествует STAR RNAV (GNSS) и отсутствует STAR сформированный на традиционных средствах навигации. В этом случае, если диспетчер ОВД сообщит о деградации сигнала GNSS, то возможность выполнить полет по STAR RNAV (GNSS) до IAF будет невозможен, но применяя векторение ВС оно будет выведено диспетчером в IAF. Однако, при интенсивном воздушном движение будут определенные сложности.
Кто будет информировать удаленного пилота
Если с ВС гражданской авиации вопрос по информированию о качестве сигнала GNSS в ФАП РТОП оговорен, то кто будет информировать удаленного пилоты, управляющего беспилотным ВС? В ФП ИВП опубликовано:
«52. Использование воздушного пространства беспилотным воздушным судном в воздушном пространстве классов A, C и G осуществляется посредством установления временного и местного режимов, а также кратковременных ограничений в интересах пользователей воздушного пространства, организующих полеты беспилотных воздушных судов, на основании плана полета воздушного судна и разрешения на использование воздушного пространства, за исключением:
а) выполнения полетов беспилотными воздушными судами в пределах прямой видимости, осуществляемых беспилотными воздушными судами с максимальной взлетной массой до 0,25 кг в светлое время суток на высотах менее 150 метров от земной или водной поверхности вне диспетчерских районов, диспетчерских зон, маршрутов обслуживания воздушного движения, маршрутов полетов воздушных судов, районов аэродромов (аэроузлов, вертодромов), запретных зон, зон ограничения полетов, специальных зон, мест проведения публичных мероприятий и официальных спортивных мероприятий, а также на удалении не менее 3 км от неконтролируемых аэродромов и посадочных площадок;
б) выполнения полетов беспилотными воздушными судами в пределах прямой видимости, осуществляемых беспилотными воздушными судами с максимальной взлетной массой от 0,25 кг до 30 кг в светлое время суток на высотах менее 150 метров от земной или водной поверхности вне диспетчерских районов, диспетчерских зон, маршрутов обслуживания воздушного движения, маршрутов полетов воздушных судов, районов аэродромов (аэроузлов, вертодромов), запретных зон, зон ограничения полетов, специальных зон, мест проведения публичных мероприятий и официальных спортивных мероприятий, а также на удалении не менее 5 км от неконтролируемых аэродромов и посадочных площадок».
Предполагается, что беспилотное ВС не должно мешать гражданским ВС, однако при ухудшении качестве сигнала GNSS оно может оказаться там, где его не ждут.
Резюме
Законодателю при внесении изменений в нормативные документы необходимо анализировать влияние предлагаемых изменения на сопутствующие документы.
Следует отметит положительный опыт ИКАО по внесению изменений в Приложения к Конвенции о международной гражданской авиации, документы серии PANS-OPS и документы серии Doc. При внесении изменений в документ, они всегда увязываются с положениями других документов, которые затрагивает изменение.
В связи с тем, что GNSS не обладает 100% готовностью, перед выполнением полета экипаж ВС осуществляет оценку эксплуатационной готовности GNSS с использованием RAIM-прогноза.
Для получения RAIM-прогноза при полете по конкретному маршруту задается дата, аэродром вылета, время вылета, пункты маршрута, истекшее время прохождения пунктов по маршруту, аэродром посадки и истекшее время посадки. Если планируется заход на посадку методом зональной навигации с использованием оборудования (датчика) СНС, то выполняется отдельный RAIM-прогноз, поскольку пороги RAIM для захода на посадку значительно меньше, чем на маршруте и в аэроузловой зоне (см. табл. 2.1).
Пороги срабатывания RAIM
Этап полета
Значение допуска
км
м. мили
По маршруту
3.7
2.0
В районе аэродрома
1.9
1.0
Заход на посадку
0.6
0.3
Если фактическая точность определения местоположения ВС будет хуже, чем указано в табл. 2.1, то экипаж применяет навигационные процедуры, которые прописаны в Руководстве по производству полетов эксплуатанта.
Соблюдение требований [5] является обязательным для бортового оборудования СНС, устанавливаемого на воздушных судах, выполняющих полеты по ППП. Исключение составляет применение не сертифицированных по [5] приемников СНС при выполнении полетов по ПВП, когда соблюдаются все правила и процедуры их выполнения, а оборудование СНС используется для обеспечения навигации в районах, где наземные навигационные средства отсутствуют или ненадежны. Каких-либо требований к не сертифицированной аппаратуре не предъявляется, т.к. ее использование ограничено строгим выполнением установленных правил и процедур ПВП, такой способ использования приемников СНС считается “вспомогательным” и не влияет ни на ПВП, ни на процедуры при выполнении визуальных полетов.
При использования оборудования СНС в качестве основного навигационного средства, в дополнение к требованиям [5] применяются наземные (GBAS) и спутниковые функциональные дополнения (SBAS).
В наземных и спутниковых функциональных дополнениях важное место отводится повышению точности определения места ВС путем дифференциального метода корректировки спутникового сигнала.
2.2.3. Наземные функциональные дополнения
Дифференциальный метод.Суть дифференциального метода корректировки спутникового сигнала основана на относительном постоянстве значительной части погрешности СНС как во времени, так и в пространстве.
Данный метод приема сигнала относится к дифференциальному режиму ра-боты СНС и позволяет повысить не только точность определения местоположения ВС, но и целостность сигнала.
Кроме существенного улучшения точности GNSS, дифференциальный метод позволяет существенно повысить целостность навигационной информации.
Дифференциальный метод используется как в наземных, так и в спутниковых функциональных дополнениях GNSS.
Наличие наземной системы функционального дополнения (GBAS) позволяет обеспечить все виды захода на посадку, вылета и маневрирование на рабочих пло-щадях аэродрома: ВПП, рулежных дорожках и перроне.
GBAS включает в себя наземные и бортовые подсистемы. Наземная подсистема с помощью ОВЧ-передачи цифровых данных передает в бортовую подсистему корректирующие поправки к координатам и сведения о целостности сигналов спутников GNSS.
GBAS выполняет следующие функции:
1) обеспечение поправок к псевдодальности;
2) обеспечение данных для конечного этапа захода на посадку;
3) прогнозирование данных об эксплуатационной готовности дальномерного источника;
4) обеспечение контроля целостности источника дальномерных измерений GNSS.
Рис. 2.1. Передача поправок на борт воздушного судна
В том случае, когда наземная система функционального дополнения предна-значена для обслуживания только в районе аэродрома, она имеет локальную зону действия и является ЛККС (Local Area Augmentation System LAAS).
В наземных системах функционального дополнения ЛККС станция слежения размещается на аэродроме или вблизи него. Сигналы такой системы принимаются ВС в окрестности аэропорта на расстоянии порядка 37 км. На рис. 2.2 представлена рабочая область LAAS при условии расположения передающих антенн в непосредственной близости от ВПП.
Рис. 2.2. Рабочая область ЛККС (LAAS)
2.2.4. Спутниковые системы функционального дополнения
В спутниковых системах функционального дополнения (SBAS) представляется информация о целостности, дополнительные сигналы дальности и дифференциальная информация, что вместе взятое обеспечивает все виды полетов, в том числе и точные заходы на посадку AVP-I и AVP-II.
SBAS состоит из трех отдельных сегментов:
– бортовые приемники SBAS.
Наземная инфраструктура включает сеть станций слежения и обработки, которые принимают данные от геостационарных спутников, рассчитывают целостность, поправки и дальномерную информацию, формирующие сигнал в пространстве спутниковых систем функционального дополнения.
Космические сегменты SBAS включают в себя геостационарные спутники, расположенные на орбитах в плоскости экватора на высоте 35786 км. Спутники SBAS ретранслируют этот сигнал от наземной инфраструктуры на бортовые приемники SBAS, которые определяют информацию о координатах и времени от основной орбитальной системы GNSS и геостационарных спутников SBAS. Бортовые приемники SBAS получают дальномерную информацию и поправки, и используют эти данные для определения целостности и уточнения определения местоположения ВС.
В настоящее время используются четыре широкозонных (спутниковых) системы функционального дополнения:
– американская WAAS(Wide Area Augmentation System);
– индийская GAGAN(GPS and GEO (Geostationary Earth Orbit) Augmented Navigation)
– японская MSAS(Multi-Functional Satellite Based Augmentation System).
Рабочие области спутниковых систем функционального дополнения представлены на рис. 2.3. На территории Российской Федерации возможно использование EGNOS только в самой западной части.
Применение GNSS совместно с функциональными дополнениями позволяет выполнять операции с учетом соответствующего типа RNP, указанными в табл. 2.2.
Рис. 2.3. Рабочие области SBAS
Функциональные дополнения GNNS и типы операций
Операции/этап полета
Тип RNP
Общая архитектура функционального дополнения
Дополнительное средство
Основное средство
Самодостаточ-ное средство
Полет по маршруту
RNP 1 и выше
ABAS
ABAS
ABAS или ABAS+SBAS
Начальный или промежуточный участок захода на посадку, неточный заход на посадку, вылет
RNP 0.3
ABAS
ABAS или ABAS+ SBAS
ABAS или ABAS+SBAS
Неточный заход на посадку (с наведением в вертикальной плоскости)
RNP 0.3/125
ABAS
ABAS или ABAS+SBAS
ABAS или ABAS+SBAS
Точный заход на посадку по категории I
RNP 0.02/40
ABAS+SBAS
ABAS+GBAS
ABAS+GBAS
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
