2.20. Системы функционального дополнения gnss

Для удовлетворения требований потребителей к характеристикам обслуживания существующих глобальных спутниковых радионавигационных систем: GPS и GLONASS (точности, целостности, доступности и непрерывности обслуживания) на всех этапах полета, данные системы в различной степени нуждаются в функциональных дополнениях. В соответствии с принятым обозначением, существует три категории функциональных дополнений: бортовые наземные и спутниковые.

Бортовые системы функционального дополнения

Одним из видов бортового функционального дополнения является автономный контроль целостности в приемнике навигационной информации потребителя (RAIM – Receiver Autonomous Integrity Monitoring). RAIM применяется в том случае, когда в зоне радиовидимости приемника находится более четырех навигационных спутников в приемлемой геометрией их расположения. При наличии пяти видимых спутников местоположение пользователя можно определить с помощью пяти независимых расчетов псевдодальностей. Если результаты не согласуются между собой, можно сделать вывод, что от одного или более спутников поступает неверная информация. Если в зоне радиовидимости находится шесть или более спутников, то приемник, выполнив соответствующее количество независимых вычислений, окажется в состоянии выявить спутник, который передает неверную информацию, и исключить его из числа используемых, для вычисления местоположения потребителя.

Принцип действия RAIM проиллюстрирован на рис. 35, на котором показан подход к определению наличия ошибок в системе GPS, выходящих за рамки требований по целостности.

Рис. 35. Иллюстрация сохранения а) и нарушения б) целостности при

навигационном обслуживании.

В данном случае в зоне радиовидимости видны пять навигационных спутников (под условными номерами: 1, 2, 3, 4, 5) и соответственно, возможны пять навигационных решений. В приведенном примере, центр круга является точным местоположением пользователя, а радиус в 100 м - допустимой ошибкой в определении местоположения удовлетворяющей целостности. Все пять навигационных решений, по каждой группе из четырех спутников (рис. 35, а) рассеяны вследствие ошибок в системе GPS, но все они находятся внутри круга радиусом 100 м. Разница между любыми из пяти решений не должна выходить за пределы круга радиусом в 100 м, что будет, для данного случая, соответствовать требуемой точности системы. Отказ спутника №5 (рис. 35, б) привел к тому, что некоторые навигационные решения вышли за пределы круга, что свидетельствует о нарушении целостности системы GPS, и данный спутник исключается из числа используемых.

RAIM для GPS или GLONASS не функционирует в глобальном масштабе в течение 100% времени. Функционирование RAIM зависит от таких параметров как минимального применяемого угла маски приемника, этапа полета, перерывов в работе спутников и географического местоположения потребителя.

Примечание: минимальным применяемым углом маски называется минимальный угол возвышения спутника относительно горизонта пользователя, при котором данный спутник можно надежно использовать для навигационных расчетов. Изменение минимального применяемого угла маски зависит от окружающей среды, конструкции и размещения антенны, высоты и углового положения воздушного судна.

Для обеспечения данной функции может применяться и другое бортовое функциональное дополнение, обычно называемое автономной системой контроля целостности на борту воздушного судна (AAIM – Aircraft Autonomous Integrity Monitoring). Инерциальная навигационная система является мощным функциональным дополнением для систем GPS и GLONASS. Она может использоваться в течение тех коротких периодов времени, когда антенна спутниковой системы затенена воздушным судном, при его маневре или когда в зоне радиовидимости находится недостаточное, для точного определения местоположения, количество спутников.

Наземные системы функционального дополнения

В наземных системах функционального дополнения (GBAS – Ground-based Augmentation System) называемых также наземными системами с локальной зоной действия и предназначенных для обеспечения точного захода на посадку и посадки, станция слежения за навигационными спутниками размещается на территории аэродрома или вблизи него. Навигационные сигналы такой станции принимаются воздушными судами находящимися в окрестностях аэродрома. В сигналах содержится информация о целостности спутников и навигационные поправки, позволяющие в данной местности повысить точность определения координат потребителя. Наземная региональная система функционального дополнения строится на базе многих станций LAAS (см. ниже) имеющими перекрывающие зоны действия.

Спутниковые системы функционального дополнения

Представляется невозможным и экономически неоправданным обеспечить охват наземными системами функционального дополнения все этапы полета воздушного судна. Одним из путей обеспечения функционального дополнения на больших пространствах является применение геостационарных спутников передающих воздушным судам функционально дополняющую информацию. Такое построение называется спутниковой системой функционального дополнения с широкой зоной действия или региональной (SBAS - Satellite-based Augmentation System).

Использование геостационарных спутников для обеспечения SBAS связано с определенными ограничениями. Орбиты этих спутников проходят над экватором, поэтому в высоких широтах угол возвышения спутников относительно горизонта мал. Это означает, что сигналы спутников могут затеняться элементами конструкции воздушного судна или рельефом местности и поэтому нельзя рассчитывать, что такие системы смогут обслуживать все этапы полета, в частности, точные заходы на посадку и посадки по повышенным (кат. II, III) категориям ICAO.

В таблице 2.11 приведены примеры требуемых функциональных дополнений GNSS (GPS и GLONASS).

Таблица 2.11

Примеры требуемых функциональных дополнений GNSS (GPS и GLONASS)

Операция/ этап полета	Тип RNP	Общая архитектура функционального дополнения
		Дополнительное средство	Основное средство	Единственное средство
1	2	3	4	5
Полет по маршруту	RNP 1 и выше	ABAS	ABAS*	ABAS* или ABAS + SBAS
Начальный или промежуточный этап 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 плос-кости)	RNP 0,3/125	ABAS	ABAS* или ABAS + SBAS	ABAS* или ABAS + SBAS
Точный заход на посадку до высоты 60 м (200 фут) (Категория І ICAO)	RNP 0,02/40	ABAS + SBAS	ABAS + GBAS	ABAS + GBAS

* Бортовые системы функционального дополнения обеспечивают ограниченную готовность обслуживания. Это может приводить к эксплуатационным ограничениям, основанным на прогнозировании состояния спутникового созвездия перед вылетом.