Функциональные дополнения GNSS
В этой статье рассмотрены спутниковые и наземные дополнения к GNSS в авиации. Освещены их ключевые характеристики, преимущества и недостатки и подчеркнута их роль в повышении безопасности и эффективности навигации
Функциональные дополнения
Время чтения: ~12-15 минут
В предыдущей статье мы познакомились с концепцией зональной навигации в авиации. Дальнейший её обзор и углубление в тему нам предстоит в рамках библиотеки, которую мы готовим на платформе checkcrosscheck.
Зональная навигация представляет собой метод, при котором воздушное судно выполняет полёт по заданной траектории с определённой степенью точности. Основное внимание уделялось трём основным типам зональной навигации: LNAV (горизонтальная), VNAV (вертикальная) и 4D навигация, включающая в себя временной параметр. Были также обозначены ключевые условия для успешного выполнения полёта с использованием этой технологии.
Зональная навигация представляет собой метод, при котором воздушное судно выполняет полёт по заданной траектории с определённой степенью точности. Основное внимание уделялось трём основным типам зональной навигации: LNAV (горизонтальная), VNAV (вертикальная) и 4D навигация, включающая в себя временной параметр. Были также обозначены ключевые условия для успешного выполнения полёта с использованием этой технологии.
Плюсы зональной навигации
1
Гибкость
позволяет воздушным судам следовать по оптимальным маршрутам, что может сократить время и стоимость полёта
2
Точность
обеспечивает высокую степень соответствия маршруту, что уменьшает риски столкновения и позволяет эффективнее использовать воздушное пространство
3
Автоматизация
автоматическое выполнение сложных манёвров в значительной степени уменьшает нагрузку на пилота гражданского самолёта, где количество членов экипажей сведено к минимуму
Минусы зональной навигации
1
Сложность технической реализации
требует высококачественных систем навигации и обученного экипажа
2
Зависимость от сигналов
воздушное судно должно устойчиво принимать сигналы, что создает потенциальные риски в случае их потери
3
Нужда в сертификации
все системы RNAV и RNP должны быть сертифицированы, что влечёт дополнительные затраты
Однако, несмотря на все преимущества зональной навигации, современные требования к авиационной безопасности и эффективности полётов ставят перед нами задачу поиска новых технологических решений.
Одним из таких решений является система GNSS (глобальная навигационная спутниковая система) и её функциональные дополнения. Эти дополнения рассматриваются как ключ к повышению точности, надежности и целостности навигационной информации, что становится особенно актуальным в сложных метеорологических условиях или в районах с высокой степенью загруженности воздушного пространства.
Одним из таких решений является система GNSS (глобальная навигационная спутниковая система) и её функциональные дополнения. Эти дополнения рассматриваются как ключ к повышению точности, надежности и целостности навигационной информации, что становится особенно актуальным в сложных метеорологических условиях или в районах с высокой степенью загруженности воздушного пространства.
О чём статья?
Раздел 1
Раздел 3
Раздел 4
Раздел 5
Введение
Как усиливающее звено в мире авиационной навигации, глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS) представляют собой мощный инструмент, обеспечивающий безопасное и эффективное управление воздушным движением. Однако, как и любая другая технология, GNSS имеют свои ограничения и недостатки. Именно для преодоления этих ограничений и были разработаны функциональные дополнения.
Три ключевых типа дополнений - бортовые, наземные и спутниковые - каждое со своим уникальным применением и функциональностью. Бортовые функциональные дополнения, в частности, включают автономный контроль целостности приемника (RAIM) и автономный контроль целостности на борту ВС (AAIM). Эти системы играют ключевую роль в мониторинге и обеспечении точности данных, полученных от спутников.
Спутниковые дополнения, известные как SBAS, действуют, расширяя возможности GNSS и предоставляя дополнительную информацию для улучшения точности и надежности. Наземные дополнения, с другой стороны, имеют локальную область действия, как показывает пример ЛККС-А-2000, станции, которая позволяет выполнение заходов на посадку с высокой точностью. Некоторые из них, такие как Австралийская наземная региональная система (GRAS), даже могут иметь расширенную зону действия, охватывая значительные территории.
В мире, где загруженность воздушного движения постоянно увеличивается, эти дополнения играют важную роль в обеспечении безопасности и эффективности полётов. Они являются мостом, соединяющим технологические ограничения с потребностями растущего авиационного сектора. Следуя по этому мосту, мы переходим к пониманию каждого из этих дополнений более подробно.
В мире, где загруженность воздушного движения постоянно увеличивается, эти дополнения играют важную роль в обеспечении безопасности и эффективности полётов. Они являются мостом, соединяющим технологические ограничения с потребностями растущего авиационного сектора. Следуя по этому мосту, мы переходим к пониманию каждого из этих дополнений более подробно.
Бортовые дополнения к спутниковым навигационным системам (ABAS)
В современном воздушном движении навигационные системы являются неотъемлемой частью обеспечения безопасности и эффективности полётов.
Однако, так как основные глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS) не могут гарантировать 100% точность и надежность в любых условиях, появилась необходимость в бортовых дополнениях, которые помогают контролировать и корректировать получаемую информацию.
Однако, так как основные глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS) не могут гарантировать 100% точность и надежность в любых условиях, появилась необходимость в бортовых дополнениях, которые помогают контролировать и корректировать получаемую информацию.
Классификация и основные функции
Спутниковые навигационные системы разделяются на классы: А, В, С. Каждый из них предназначен для определенных типов воздушных судов и соответствующих задач.
Все эти классы оборудования обладают встроенными функциями контроля достоверности информации, получаемой от спутников.
Основной способ достижения этой цели — это использование автономного контроля целостности на борту ВС, или AAIM. В отличие от RAIM, где для гарантии достоверности информации требуется сигнал хотя бы от пяти спутников, AAIM позволяет обойтись данными всего от четырёх спутников. Такой подход обеспечивает возможность продолжать навигационные вычисления даже при ограниченной видимости спутников.
Основной способ достижения этой цели — это использование автономного контроля целостности на борту ВС, или AAIM. В отличие от RAIM, где для гарантии достоверности информации требуется сигнал хотя бы от пяти спутников, AAIM позволяет обойтись данными всего от четырёх спутников. Такой подход обеспечивает возможность продолжать навигационные вычисления даже при ограниченной видимости спутников.
Совмещение с другими системами
Дополнительный способ усиления достоверности информации — сравнение данных GNSS с информацией от других навигационных систем, таких как инерциальные навигационные системы (ИНС) или VOR/DME.
Такое "согласование" данных часто называют "эквивалентом RAIM" или AAIM.
Важное дополнение к GNSS — использование барометрической высоты. Эта информация может быть использована для "согласования" навигационных вычислений, "поддержки" RAIM, когда данных от пятого спутника недостаточно, или даже для сглаживания навигационных определений, когда видимы только три спутника.
Важное дополнение к GNSS — использование барометрической высоты. Эта информация может быть использована для "согласования" навигационных вычислений, "поддержки" RAIM, когда данных от пятого спутника недостаточно, или даже для сглаживания навигационных определений, когда видимы только три спутника.
Проведение прогноза RAIM
RAIM-прогноз стоит в центре подготовки к полёту. Это оценка эксплуатационной готовности GNSS на всем маршруте полёта.
Пилоты используют RAIM-прогноз для определения наиболее точных и надежных маршрутов, особенно при планировании заходов на посадку с использованием GNSS.
Лётный экипаж воздушного судна может проверить готовность RAIM для обеспечения операций по RNAV/RNP по NOTAM (при его наличии) или через службу прогнозирования GNSS.
Лётный экипаж воздушного судна может проверить готовность RAIM для обеспечения операций по RNAV/RNP по NOTAM (при его наличии) или через службу прогнозирования GNSS.
Бортовые дополнения к GNSS обеспечивают необходимую коррекцию и контроль над данными, полученными от спутников. Они играют ключевую роль в обеспечении безопасности и эффективности полётов в различных условиях и являются важным звеном в современной авиационной навигации. Наравне с ними работают спутниковые и наземные системы функционального дополнения, о которых пойдёт речь далее.
Наземные дополнения (GBAS)
Наземные дополнения (Ground-Based Augmentation System, GBAS) представляют собой системы дополнения к основным глобальным навигационным спутниковым системам (GNSS), которые обеспечивают коррекционную информацию и мониторинг целостности сигналов GNSS непосредственно в пределах определенного района, обычно вблизи аэродрома.
Главная цель GBAS - увеличить точность, целостность, доступность и надежность данных GNSS, что позволяет использовать эти системы для осуществления приближения к посадке даже в условиях высокой точности, как, например, в категориях IIIA/IIIB ICAO.
Главная цель GBAS - увеличить точность, целостность, доступность и надежность данных GNSS, что позволяет использовать эти системы для осуществления приближения к посадке даже в условиях высокой точности, как, например, в категориях IIIA/IIIB ICAO.
- Local Area Augmentation SystemЭто американская версия GBAS, которая была разработана для улучшения точности системы WAAS на локальном уровне, особенно при приближении к финальному этапу захода на посадкуLAAS
- GNSS Landing SystemЭто система посадки, основанная на GNSS и использующая GBAS для коррекции. Она позволяет выполнить посадку в сложных условиях, требующих высокой точностиGLS
Преимущества GBAS в сравнении с другими дополнениями
GBAS предоставляют коррекционные сигналы высокой точности, что позволяет авиационным судам выполнить заход на посадку с высоким уровнем точности.
Поскольку GBAS работает на локальном уровне, он может предоставлять данные, специфичные для определенного района, что особенно полезно в сложных географических или метеорологических условиях.
По сравнению с некоторыми традиционными системами навигации, GBAS может быть более экономически целесообразным в плане инфраструктуры.
Недостатки GBAS в сравнении с другими дополнениями
GBAS предоставляют данные только в пределах определенного района, что делает их менее универсальными по сравнению с другими системами дополнения, такими как SBAS.
Поскольку GBAS основаны на наземных станциях, они могут быть подвержены помехам от местных источников.
GBAS предоставляет ценное дополнение к основным GNSS, особенно в районах, где требуется высокая точность навигации. Однако, как и у любой технологии, у GBAS есть свои преимущества и недостатки, и они наилучшим образом подходят для определенных применений и сценариев использования.
Спутниковые дополнения (SBAS)
Спутниковые системы дополнения (SBAS) — это навигационные системы, разработанные с целью улучшения надежности, точности и целостности информации, предоставляемой глобальными навигационными спутниковыми системами (GNSS).
Они обеспечивают коррекционные сигналы и важную информацию о целостности через геостационарные спутники, что позволяет пилотам воздушных судов определять координаты местонахождения с высокой степенью точности.
SBAS состоит из трех отдельных сегментов:
- геостационарные спутники SBAS;
- наземная инфраструктура;
- бортовые приемники SBAS
SBAS состоит из трех отдельных сегментов:
- геостационарные спутники SBAS;
- наземная инфраструктура;
- бортовые приемники SBAS
Наземная инфраструктура включает:
Спутники SBAS ретранслируют данные от наземной инфраструктуры на бортовые приемники SBAS, которые определяют информацию о координатах и времени, используя основную орбитальную систему(ы) и спутники SBAS. Бортовые приемники SBAS получают дальномерную информацию и поправки и используют эти данные для определения целостности и уточнения измеренного местоположения.
Наземная сеть SBAS измеряет псевдодальность между дальномерным источником и приемником SBAS, установленным в точке с известными координатами, и рассчитывает отдельные поправки для погрешностей эфемерид дальномерных источников, погрешностей часов и ионосферных погрешностей.
Предоставляя сигналы дифференциальных поправок, дополнительные сигналы дальности через геостационарные спутники и информацию о целостности для каждого навигационного спутника, SBAS обеспечивает гораздо более высокую эксплуатационную готовность обслуживания, чем основное спутниковое созвездие в сочетании только с ABAS.
- сеть наземных опорных станций, которые контролируют сигналы спутников;
- главные станции, которые собирают и обрабатывают данные опорных станций и формируют SBAS-сообщения;
- станции связи, которые передают эти сообщения на геостационарные спутники;
- ответчики на этих спутниках, которые ретранслируют SBAS-сообщения
Спутники SBAS ретранслируют данные от наземной инфраструктуры на бортовые приемники SBAS, которые определяют информацию о координатах и времени, используя основную орбитальную систему(ы) и спутники SBAS. Бортовые приемники SBAS получают дальномерную информацию и поправки и используют эти данные для определения целостности и уточнения измеренного местоположения.
Наземная сеть SBAS измеряет псевдодальность между дальномерным источником и приемником SBAS, установленным в точке с известными координатами, и рассчитывает отдельные поправки для погрешностей эфемерид дальномерных источников, погрешностей часов и ионосферных погрешностей.
Предоставляя сигналы дифференциальных поправок, дополнительные сигналы дальности через геостационарные спутники и информацию о целостности для каждого навигационного спутника, SBAS обеспечивает гораздо более высокую эксплуатационную готовность обслуживания, чем основное спутниковое созвездие в сочетании только с ABAS.
Описание рабочих областей различных систем
WAAS (Wide Area Augmentation System): Эта система предназначена для региона Северной Америки, в частности для территории США. WAAS разработан Федеральным управлением гражданской авиации США (FAA) для обеспечения авиационных приложений во всех фазах полета.
EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service): EGNOS представляет собой европейскую систему, охватывающую большую часть Европы. Эта система была разработана Европейским космическим агентством (ESA), Европейской комиссией и Евроконтролем.
СДКМ (Система дифференциальных коррекций и мониторинга): Это российская система, разработанная для обеспечения коррекционных сигналов для системы ГЛОНАСС и других GNSS в регионе России.
GAGAN (GPS Aided GEO Augmented Navigation): Эта система разработана для региона Индии и предназначена для улучшения навигации в авиационном и других секторах.
MSAS (MTSAT Satellite-based Augmentation System): Эта система предназначена для региона Японии и создана Японским управлением гражданской авиации.
EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service): EGNOS представляет собой европейскую систему, охватывающую большую часть Европы. Эта система была разработана Европейским космическим агентством (ESA), Европейской комиссией и Евроконтролем.
СДКМ (Система дифференциальных коррекций и мониторинга): Это российская система, разработанная для обеспечения коррекционных сигналов для системы ГЛОНАСС и других GNSS в регионе России.
GAGAN (GPS Aided GEO Augmented Navigation): Эта система разработана для региона Индии и предназначена для улучшения навигации в авиационном и других секторах.
MSAS (MTSAT Satellite-based Augmentation System): Эта система предназначена для региона Японии и создана Японским управлением гражданской авиации.
Ключевые характеристики и их влияние на аэронавигацию
- 1Повышенная точностьSBAS корректируют ошибки, связанные с искажением сигнала, доплеровским эффектом и другими источниками погрешности GNSS.
Это позволяет воздушным судам точно определить свое местоположение во всех фазах полета - 2ЦелостностьSBAS быстро определяют и информируют пользователей о любых проблемах с GNSS, что обеспечивает безопасное использование данных GNSS в авиации
- 3НепрерывностьСистемы дополнения гарантируют стабильное и непрерывное предоставление коррекционной информации, что критически важно для операций авиации
- 4НадежностьSBAS улучшают общую надежность GNSS, обеспечивая дополнительный слой проверки и коррекции
- 5Глобальное покрытиеС учётом различных региональных систем SBAS авиакомпании и пилоты могут рассчитывать на высококачественные данные GNSS в любой точке мира
SBAS представляют собой важное дополнение к глобальным навигационным спутниковым системам, обеспечивая высокую степень точности и надежности для авиационной навигации. Эти системы играют ключевую роль в безопасности и эффективности эксплуатации воздушных судов в гражданской авиации.
Заключение
В современной авиационной индустрии важность точной и надежной навигации не может быть переоценена. Как показывает анализ, спутниковые и наземные дополнения играют ключевую роль в улучшении качества, точности и целостности данных, предоставляемых глобальными навигационными спутниковыми системами.
Спутниковые дополнения, такие как SBAS, предлагают широкую зону покрытия и улучшенную точность на больших расстояниях, в то время как наземные дополнения, например GBAS, способствуют высокой точности на локальном уровне, особенно в районе аэродромов.
Тем не менее, как и любая технология, эти дополнения имеют свои преимущества и недостатки. Невзирая на это, их внедрение представляет собой значительный шаг вперёд в области авиационной безопасности и эффективности.
Плавно переходя к следующему вопросу, стоит отметить, что внедрение новых навигационных систем, в частности зональной навигации, неизбежно влечет за собой изменения в системе организации воздушного движения (ОВД). Эти изменения и их последствия для глобальной авиационной инфраструктуры будут рассмотрены в следующем разделе.
Спутниковые дополнения, такие как SBAS, предлагают широкую зону покрытия и улучшенную точность на больших расстояниях, в то время как наземные дополнения, например GBAS, способствуют высокой точности на локальном уровне, особенно в районе аэродромов.
Тем не менее, как и любая технология, эти дополнения имеют свои преимущества и недостатки. Невзирая на это, их внедрение представляет собой значительный шаг вперёд в области авиационной безопасности и эффективности.
Плавно переходя к следующему вопросу, стоит отметить, что внедрение новых навигационных систем, в частности зональной навигации, неизбежно влечет за собой изменения в системе организации воздушного движения (ОВД). Эти изменения и их последствия для глобальной авиационной инфраструктуры будут рассмотрены в следующем разделе.
Зональная навигация
В современном мире авиации, где безопасность и эффективность являются неотъемлемыми составляющими каждого полета, зональная навигация играет ключевую роль.
Этот сложный, но в то же время крайне важный элемент позволяет нам эффективно использовать воздушное пространство, минимизируя риски и обеспечивая максимальную безопасность пассажиров и экипажа.
Этот сложный, но в то же время крайне важный элемент позволяет нам эффективно использовать воздушное пространство, минимизируя риски и обеспечивая максимальную безопасность пассажиров и экипажа.
Название статьи: Функциональные дополнения
Дата выхода: 17.08.2023
Автор статьи: Георгий Курбацкий
Дата выхода: 17.08.2023
Автор статьи: Георгий Курбацкий
Подписывайтесь и учитесь с нами
All photo and video materials belong to their owners and are used for demonstration purposes only. Please do not use them in commercial projects.
