AIRCRAFT BASED AUGMENTATION SYSTEMS Systémy rozšíření GNSS na palubě letadla

Úvod – co je GNSS Augmentation (rozšíření) Rozšíření GNSS jsou způsoby zlepšení a zpřesnění navigačních schopností GNSS, za použití dodatečných informací, které zakomponujeme do výpočtu 3 základní přístupy: SBAS (Satellite Based Augmentation System) GBAS (Ground Based Augmentation System) WAAS, EGNOS ABAS (Aircraft Based Augmentation System)

Požadavky na navigační systémy Nav. Systém musí dodávat spolehlivé informace a v případě jejich nedostupnosti musí na tuto skutečnost neprodleně upozornit. Takovému přístupu se říká sledování integrity. ICAO stanovuje požadavky na nav.systém, RNP, z hlediska: Integrity – správnost a důvěryhodnost Kontrola správnosti údajů a včasné upozornění v daných mezích – alert limit, time to alert Dostupnosti (Availability) Procenta času, kdy systém správně pracuje Spojitosti (Continuity) Schopnost celého systému vykonávat svou funkci bez neplánovaných přerušení po dobu provozu. Pravděpodobnost, že systém bude po celou dobu fáze letu funkční. Přesnosti (Accuracy) Stupeň souhlasnosti mezi předpokládanou nebo změřenou pozicí a skutečností

Chyby GNSS Příčiny Chyba Ionosférické efekty ± 5 metr Posunutí orbitů Chyby satelitních hodin ± 2 metr Multipath efekt ± 1 metr Troposférické efekty ± 0.5 metr Nepřesnosti hodin a chyby v zaokrouhlení

ABAS RAIM - Receiver Autonomous Integrity Monitoring – autonomní sledování integrity přijímačem Algoritmus vystavuje navigační data testu konsistence. Potřebuje viditelnost alespoň 5 satelitů K určení pozice je třeba 4 satelitů, při viditelnosti 5 satelitů vytvoří 5 skupin po 4 a porovná získané pozice. Pro 6 a více satelitů dokáže chybný satelit identifikovat a vyloučit z výpočtu.

RAIM Dva základní přístupy: FDI – Fault Detection and Isolation. Při viditelnosti N satelitů postupuje takto: Provede N výpočtů polohy a pro každý výpočet použije N-1 satelitů. Pro N=6 to tedy znamená, že vytvoří 6 skupin po 5 satelitech (z 5 satelitů dokáže určit, že je jeden chybný) Nalezne chybný satelit a vyřadí ho z navigačního výpočtu FDE – Fault detection and Exclusion Pracuje se skupinou 6 satelitů. Při odhalení chyby vybere jinou skupinu 6 satelitů, které projdou kontrolou integrity. Tudíž vyřadí chybný satelit, ale neidentifikuje ho.

RAIM RAIM splňuje RNP pro fáze letu: Oceanic a En-route Naopak pro NPA i PA požadavky nesplňuje.

AAIM Aircraft Autonomous Integrity Monitoring Sledování integrity za pomoci přístrojů na palubě letadla. Je to nejen systém sledování integrity GNSS, jeho koncept nabízí i přesnější a spolehlivější určení polohy, než ze samotného GNSS Integrace s palubními přístroji: Např. Barometr, Přesné hodiny Již prostá integrace barometru podstatně zvyšuje průměrnou dostupnost autonomního sledování integrity.

Integrace GNSS Integrace GPS s dalšími satelitními systémy GLONAS a GALILEO (s jeho integrací se počítá) Využití například při špatné viditelnosti nebo geometrii satelitů, nebo v případě znovuzavedení SA Integrace s INS INS – např. akcelerometr, gyroskop, používá vstupy z rychloměru, výškoměru atp. Integrace s inerciálními navigačními systémy se jeví jako velice efektivní a může překlenout nedostatky vlastní každému z těchto systémů – např. nespojitost GNSS a s časem narůstající chybu INS. GNSS neustále kalibruje INS

Architektura integrace GNSS a INS V závislosti na požadavcích užití se používají 3 postupy: Uncoupled mode (rozpojený mód) GNSS i INS poskytují nezávislé vyhodnocení polohy, procesor je buď vybere nebo spojí Loosely coupled mode (volně spojený mód) INS pomáhá zpřesnit GPS výpočty a je zpětně kalibrován. Tightly coupled mode (těsně spojený mód) V integrovaných zařízeních. Do procesoru putují surová data.

Těsně spojený mód

Rozpojený a volně spojený mód

Závěr Díky koncepci ABAS je možné znatelnou měrou zvýšit použitelnost GNSS systémů pro letecké aplikace a to nejen monitorováním integrity GNSS, ale také podstatným zpřesněním informací, které jsou hybridní systémy schopny dodávat. Společně s dalšími rozšiřujícími systémy mají potenciál učinit GNSS spolehlivým a přesným navigačním systémem budoucnosti.