Типы функциональных дополнений GNSS

 

2.2.1. Общие сведения

 

Для преодоления ограничений и недостатков, свойственных GNSS, должны использоваться различные функциональные дополнения. Существуют три типа функциональных дополнений: бортовые, наземные и спутниковые.

Бортовые функциональные дополнения подразделяются на автономный контроль целостности приемника (RAIM) или автономный контроль целостности на борту ВС (AAIM).

Наземные функциональные дополнения (GBAS) с локальной зоной действия в пределах до 37 км (20 м. миль) – локальная контрольно-корректирующая станция (ЛККС). Примером такой станции может быть ЛККС-А-2000. ЛККС представляет собой контрольные устройства, размещаемые в аэропорту или в аэроузловой зоне. Использование корректирующих сигналов такой станции позволяет производить заходы на посадку по категориям I – III. Наряду с локальной зоной действия, GBAS могут быть с расширенной зоной действия. Примером такой GBAS является Австралийская наземная региональная система дополнения (GRAS), которая охватывает территории Австралии и Новой Зеландии. В России планируются к использованию Региональные дифференциальные подсистемы на основе импульсно-фазовых радионавигационных систем “Пустырник”.

Спутниковые функциональные дополнения (SBAS).Наземные функциональные дополнения не позволяют охватить все этапы полета и в этой связи для охвата обширных районов в дополнение к космическим сегментам GPS и ГЛОНАСС используются спутниковые системы, позволяющие передавать дополнительную информацию.

 

2.2.2. Бортовые функциональные дополнения

 

В соответствии с Американским стандартом [5] спутниковые навигационные системы делятся на классы: А, В, С и подклассы. Далее рассматриваются только классы.

Класс А – оборудование, сочетающее в себе навигационный датчик, опреде­ляющий трехмерные координаты ВС: широту (φ), долготу (λ), высоту (h), время (UTC) и вектор путевой скорости (W). А также навигационный вычислитель, решаю­щий навигационные задачи и имеющий ряд сервисных и справочных функций. Это самый распространенный класс оборудования СНС, которое устанавливается на ВС, не имеющих бортовых навигационных комплексов последнего поколения (КС ПНО, FMS). Для гарантирования целостности в приемник встраивается устройство, обла-дающее функцией автономного контроля целостности в приемнике (RAIM) (см. далее).

Класс В – оборудование, состоящее из навигационного датчика и устройства передачи данных φ, λ, h, UTC, W в бортовые навигационные комплексы (КС ПНО, FMS). Оборудование класса В можно рассматривать как один из датчиков много-функциональных навигационных систем, в которых происходит коррекция коор-динат по данным от СНС, или счисление координат по получаемой от СНС инфор-мации, и в которых происходит решение всех навигационных и сервисных задач на более высоком уровне, определяемом возможностями этих систем, как правило, большими, чем у оборудования класса А.

Класс С – оборудование класса С, как и класса В, является датчиком для бор-товых навигационных комплексов, обеспечивающих автоматический и директорный режим выполнения полета. Взаимодействие с бортовым комплексом всегда двусто-роннее с целью поддержки всех алгоритмов работы оборудования СНС в процессе обработки информации от спутников. Таким образом, оборудование класса С “встроено” в комплексные системы пилотажно-навигационного оборудования (КС ПНО, FMS) и является его составной частью. В силу этого и ряда других факторов оборудование класса С считается более надежным, чем классов А и В. Это оборудование, как правило, не имеет своих органов управления и индикации, а обращение к СНС, т.е. управление оборудованием СНС класса С производится через многофункциональные пульты. Оборудование СНС класса С взаимодействует не только с навигационным оборудованием ВС. Как датчик параметров полета (φ, λ, h, UTC, W), оно используется в системах TCAS, ADS, дисплеях навигационной обстановки, ответчиках режима S и других.

 

Функция RAIM. Бортовое оборудование СНС классов А, В и С имеет функцию наблюдения за достоверностью информации, получаемой от спутников. Ее назначение:

– своевременно обнаружить неустойчиво работающий спутник и исключить его из обработки для навигационных определений;

– рассчитать текущую ошибку определения координат и, сравнивая расчетное значение с максимально допустимым на данном этапе полета, предупредить летный экипаж о выходе расчетной ошибки за предельные значения;

– определить геометрию спутников в заданной точке, в заданное время и пре-дупредить экипаж о том, что требуемая точность и надежность навигации по СНС в этой точке не будут обеспечены, выдавать сообщение об отказе СНС в целом и не-возможности ее использования для навигации.

Для решения этих задач бортовое оборудование СНС должно иметь функцию RAIM или ее эквивалент (AAIM).

Алгоритм работы RAIM заключается в следующем. В СНС производятся не-сколько независимых определений координат по спутникам, находящимся в поле зрения, результаты которых сравниваются между собой. По результатам этих расчетов определяется четыре устойчиво работающих спутника и по этим “отфильтрованным” спутникам производится определение навигационных параметров (φ, λ, h). При этом “фильтрующие” расчеты при работе RAIM не используются для навигационных расчетов. Но если функция RAIM отфильтровала один из 5-ти видимых спутников, то RAIM перестает работать, о чем информируется летный экипаж ВС. Воспринимать такую информацию следует так: навигационные расчеты продолжают выполняться, но они никак не контролируются и нужно быть очень внимательным. Как правило, при пропадании RAIM должны быть предусмотрены специальные навигационные процедуры, например, отказ от захода на посадку по СНС.

Если бортовым оборудованием СНС принимается информация 6 и более спут-ников, то RAIM после исключения из обработки одного спутника и подключения дру-гого продолжает работать и контролировать надежность навигационных определе-ний.

Автономный контроль целостности на борту ВС. Альтернативным способом контроля достоверности информации, получаемой от СНС, является сравнение этой информации с навигационной информацией, получаемой от других навигационных систем, таких как ИНС, VOR/DME и называемой “эквивалент RAIM” или AAIM. Этот способ имеет только одно преимущество по сравнению с RAIM – при его применении нет необходимости обрабатывать сигналы от одного дополнительного спутника, что позволяет продолжать навигационные определения с гарантией их достоверности при видимости только 4-х спутников.

Использование информации о барометрической высоте при стыковке оборудо-вания СНС с датчиком высоты производится в целях:

– “согласования” навигационных определений, что существенно ускоряет про-цедуры математической фильтрации;

– “поддержки” RAIM, когда барометрическая высота используется как сфера по-ложения только для алгоритма RAIM и только в тех случаях, когда нет возможности осуществить RAIM по пятому спутнику (т.е. обрабатываются сигналы только от 4-х спутников);

– “поддержки” навигационных определений, когда барометрическая высота ис-пользуется как сфера положения в режиме “Approach” (при вводе давления QNH) и при условии, что видимых спутников не хватает для работы оборудования в режиме “3D”, т.е. при видимости 3-х спутников. При этом, как только в обработку включается 4-й спутник, навигационные определения (φ, λ, h, UTC, W) производятся по этим 4-м спутникам, а барометрическая высота поддерживает RAIM и выполняет функцию сглаживания.

Проведение RAIM-прогноза.

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).

Таблица 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.

Реализация дифференциального метода возможна при наличии двух приемо-индикаторов, один из которых находится на земле, а другой – на борту ВС. Геодезические координаты наземного приемоиндикатора (именуемого контрольной станцией) в системе координат ПЗ-90.02 известны с высокой точностью. Точность определения координат контрольной станции должна быть не ниже: по ши­роте и долготе 5 см, по высоте - 0.5 м относительно поверхности эллипсоида. Контрольная станция принимает сигналы спутников и определяет текущие координаты, которые в дальнейшем сравниваются с координатами привязки контрольной станции. По результатам сравнения определяются поправки в координаты для данного района и для текущего момента времени. Полученные поправки передаются потребителям по специальной линии радиосвязи (рис. 2.1).

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:

– наземная инфраструктура;

– спутники SBAS;

– 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);

– европейская EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay 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

 

Таблица 2.2

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

 

 

---

Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 766; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!