Типы функциональных дополнений GNSS

Основные недостатки GNSS

Функциональные дополнения GNSS

Опыт эксплуатации систем GPS и ГЛОНАСС, как основы GNSS, показал, что этим системам свойственны следующие недостатки:

– чувствительность к умышленным (иногда их называют террористическими), промышленным и атмосферным помехам;

– блокировка сигнала при затенении антенны элементами конструкции воздушного судна во время выполнения маневра;

– недостаточная точность для точного захода на посадку.

Указанные недостатки GNSS могут быть устранены при использовании функ­циональных дополнений GNSS, основное назначение которых – повышение точности, целостности, готовности и непрерывности обслуживания 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.

Дата добавления: 2014-12-27