РД-2 «Работы по использованию авиацией широкозонных

Работы по использованию
авиацией широкозонных
дифференциальных
подсистем ГНСС за рубежом
Президент РОИН
проф. , д.т.н. Соловьев Ю.А.
Системы функциональных дополнений
глобальных навигационных спутниковых
систем
Российская система дифференциальной коррекции и мониторинга
радионавигационных полей (СДКМ) является функциональным дополнением к
спутниковым навигационным системам ГЛОНАСС и GPS и обеспечивает
улучшение характеристик этих систем для решения задач, требующих высокой
точности и надежности
Обеспечивают потребителей
WAAS
EGNOS
MSAS
GAGAN
СДКМ
- Информацией о целостности
навигационного поля
- Уточненной эфемеридновременной информацией
- Корректирующей информацией
к измерениям
- Информацией о качестве
функционирования спутниковых
навигационных систем ГЛОНАСС
и GPS (в перспективе и Galileo)
Локальные (ведомств.) - 150 км
Региональные - 1000 км
Широкозонная (СДКМ) - до 5000 км
Требования ИКАО к ГНСС для сигнала в
пространстве (SARPs 3.77, 2006)
Типовая операция
На маршруте
На маршруте и в
зоне аэродрома
Начальный заход,
промежуточный
заход, неточный
заход (NPA),
вылет
Заход на посадку
с управлением по
вертикали (APV-I)
Заход на посадку
с управлением по
вертикали (APV-II)
Точный заход на
посадку по
категории I
Точность
в
горизонт
альной
плоскост
и, м,
Р=95%
3700
Точность Целост
по
ность
вертикали
, м, Р=95%
-7
300
Порог
срабат
ывани
я по
горизо
нтали,
м
7400
-7
15
1850
1-10 /ч
-7
10
556
-7
10
40
50
6
40
20
6
40
От 15,0 до
10,0
Не
назначена
Не
назначена
Не
назначена
1-10 /ч
16
20
16
8,0
16
От 6,0 до
4,0
1-2*10
за
заход
-7
1-2*10
за
заход
-7
1-2*10
за
заход
740
220
1-10 /ч
Время
предуп
режден
ия, с
Порог
срабатыв
ания по
вертикали
,м
Непрерыв Эксплуатацио
ность
нная
готовность
Не
назначена
Не
назначена
Не
назначена
От 1-10 /ч
-8
до 1-10 /ч
-4
От 1-10 /ч
-8
до 1-10 /ч
-4
От 1-10 /ч
-8
до 1-10 /ч
1-8*10 в
любые 15
с
-6
1-8*10 в
любые 15
с
-6
1-8*10 в
любые 15
с
-4
-6
От 0,99 до
0,99999
От 0,99 до
0,99999
От 0,99 до
0,99999
От 0,99 до
0,99999
От 0,99 до
0,99999
От 0,99 до
0,99999
Структура ШДПС WAAS ФАА США
Состав: ОЦУ, ШГС, ШКС, НСПД (ЗС), ГКА, потребители - ВС
Наземные станции WAAS
Зоны ГКА ШДПС WAAS
Характеристики ШДПС WAAS
• Заказчик – ФАА США.
• Состав: 38 ШКС, в том числе 4 в Канаде и 5 в
Мексике, 3 ШГС, 4 земных станций для закладки
данных на ГКА, 3 ГКА (Intelsat Galaxy XV в точке
133º з.д. и Telesat Canada в точке 107º з.д.,
Inmarsat-4F3 98з.д.) и два оперативных центра
управления.
• Точность: ,  1...2 м; Н - 2...3 м (2 м по ФРНП).
• В 2003 г. принята в эксплуатацию ФАА для
обеспечения маршрутных полетов и захода на
посадку ВС с управлением в горизонтальной и
вертикальной плоскостях до Н= 75 м. 2008г. полн. развертывание. Продолжаются работы в
направлении обеспечения захода на посадку по
категории I ИКАО, расширяется зона на Канаду и
Мексику, внедряются средства для
использования сигнала L5 GPS.
Стандарты (SARPs) ИКАО для ШДПС
• Определен облик SBAS – функции, –161…–153
дБВт, 1575,42 МГц, 500 сим/с, др. радиочастотные
х-ки, нав. инф-я (3.71-3.73, стр. 100-102).
• Доб. B (стр.207-250) радиочастотные х-ки, PRN,
типы передаваемых сообщений, передаваемые
параметры спутниковых поправок, определения
протоколов применения данных, передаваемые
ионосферные поправки, метод расчета поправок.
• Доп.D12-D17 (стр.438-444) – структура (WAAS,
EGNOS, MSAS), ошибки, радиочастотные х-ки,
нав. инф-я, блок данных конечного участка
захода на посадку (FAS),
Типы передаваемых сообщений
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Тип Содержание
0 "Не использовать" (режим проверки SBAS)
1 Маска PRN
2–5 Быстрые поправки
6 Данные о целостности
7 Фактор деградации быстрых поправок
8 Не занято
9 Параметры дальномерной функции КА GEO
10 Параметры деградации
11 Не занято
12 Параметры сдвига "сетевое время SBAS/UTC"
13–16 Не занято
17 Альманахи КА GEO
18 Точечно-сеточные маски ионосферы
19–23 Не занято
24 Смешанные быстрые/долгосрочные поправки к погрешн. КА
25 Долгосрочные поправки к погрешностям спутников
26 Поправки к задержкам в ионосфере
27 Служебное сообщение SBAS
28 Матрица ковариации времени и эфемерид
29–62 Не занято, Зарезервировано
63 Нулевое сообщение
Блок данных FAS SBAS
(хранится в бортовой базе данных)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Идентификатор поставщика обслуживания SBAS
Идентификатор аэропорта 32 – –
Номер ВПП Литера ВПП
Определитель характеристик захода на посадку
Идентификатор опорной траектории 32 – –
Широта LTP/FTP Долгота LTP/FTP Высота LTP/FTP
Широта Долгота ΔFPAP
Высота пересечения порога (TCH) при заходе на
посадку
Угол глиссады
Курсовая ширина на пороге ВПП Смещение Δрасстояния
Порог срабатывания по горизонтали (HAL)
Порог срабатывания по вертикали (VAL)
CRC конечного участка захода на посадку
Развитие ШДПС WAAS
• ГКА 2 → 4, ШКС 25 → 38, ШГС 2 → 3
• Улучшением обработки информации и ионосферных
алгоритмов
• Передача сигнала L5; исп. Галилео
• Увеличение рабочей зоны на Канаду и Южную Америку
• По ФРНП США: Взлет, терминальные операции, маршрут,
прибытие, заход на посадку
• Сейчас: LPV -200: APV-1(2) – c LPV (Localizer Performance
with Vertical guidance) - 2939 АЭ (ВПП) (США), Канада 36
АЭ, 57 опуб. заходов, в 2012 будет 180 заходов, 92 АЭ;
Т=6,2 с.
• ФАА одобряет первые операции по RNP0,3 ВС
(Bombardier Q-400, UNS-1EW WAAS FMS), по LPV -200 (Bell
429) … Идет работа по Boeing 737-200 Northern Air Cargo.
• Airbus планирует для A350 XWB. Bombardier для Learjet
40 XR and Learjet 45 XR.
• Сертифицированы Garmin приемники WAAS серий GNS
400W/500W
• Конечная цель - обеспечение точных заходов до высоты
60 м
Доступность WAAS LPV -200
Аэропорты Канады с LPV -200
Выгоды от WAAS (ФАА)
•
•
•
•
•
•
Повышается эффективность авиационного
транспорта, благодаря:
Повышению пропускной способности ВПП.
Повышению «емкости» воздушного
пространства без увеличения риска.
Возможности спрямления маршрутов.
Введению новых точных заходов.
Уменьшению и упрощению оборудования на
борту ВС.
Снижению расходов, связанных с
эксплуатацией устаревшего оборудования
(ПРС, VOR, DME, большинства ILS кат.1).
ШДПС EGNOS
• Заказ ЕКА, Евроконтроля и ЕС
• ГКА Inmarsat AOR-E и IOR, Artemis
• 31-34 ШКС (RIMS): Кадис (Испания),
Сцилли (Великобритания), Роттердам
(Нидерланды), Хофн (Исландия),
Тремсе, Хонефосс (Норвегия) и
Анкара (Турция) и др.
• 4 ШГС
• 2 НСПД на ГКА
Архитектура EGNOS
Наземный сегмент EGNOS
ШДПС EGNOS
• EGNOS имеет схожую с WAAS структуру и основные
целевые установки, хотя в отличие от США она
ориентирована не только на GPS, но и на ГЛОНАСС.
EGNOS базируется на 3-х ГКА: Инмарсат AOR-W в точке
15,5 W, Artemis в точке 21,3 E и IOR-E в точке 25,1 E.
• ESSP (European Satellite Services Provider) –провайдер
EGNOS.
• В настоящее время система, будучи в фазе
первоначального оперативного использования,
проходит стадию улучшения характеристик и
сертификации.
• Снижены ошибки в горизонт. пл. с 1,27 м до 1,04 м, в
верт. пл. с 1,89 м до 1,56 м (95%) .
• C 2009г. - доступ к открытому каналу (Open Service, OS),
с 2.03.2011 – для управления при посадке ВС (Safety-ofLife Service ,SoL), 26.07. 2012 - European Data Access
Service (EDAS) - авто, ж.д., контроль, ВВП.
• Заход по APV-1(2) в 54 АЭ Европы.
Доступность и точность 23.04. 04
Выгоды от EGNOS (EC) -1
Для авиации:
• Используется на маршруте и в зонах аэропортов, в т.ч. для
посадки в 54 АЭ (ВС - А-350, Beluga transporter , Dassault
Falcon 900…)
Кабина ВС
• Увеличение траффика ВС, повышение безопасности,
снижение инфраструктурных расходов.
Выгоды от EGNOS (EC) 2
Для морского флота
• Навигация, управление движением
• Операции в портах
• Работа на шельфе
• Рыбный промысел
Наземный транспорт
• Автомобили,
• Железные дороги,
• Внутренние водные пути
Точное время
ШДПС MSAS
ШДПС MSAS
• Заказчик - Бюро гражданской авиации Японии (JCAB)
• ГКА MTSAT-1R (140  E) и MTSAT-2 (145  E).
• Kobe/Hitachiota – ШГС (2) ШКС: Токио, Фукуока, Саппоро и Наха,
Австралия, Гавайи.
• Точность MSAS 1,5…2 м по горизонтали и вертикали.
• Используется в авиации с осени 2007 года:
воздушные трассы Северной части Тихого океана между Азией
и Америкой, регион островов Японии, азиатская территория
России.
• Выгоды:
• Возросший траффик ВС
• Увеличение безопасности полета, снижение нагрузки на экипаж
и диспетчеров
• Улучшенное покрытие
• Гибкие траектории делают возможным обход участков плохой
погоды
• Снижается расход топлива и воздействие на окружающую
среду
• Уменьшается воздействие шума в чувствительных к шуму
областях.
Indian WAAS GAGAN
ЦУС, ШГС (Бангалор), 1 ЗС, ШКС: Дели, Гувахати, Колката,
Ахмедабад, Тируванантхапурам, Джамму и Порт Блэр.1-2 ГКА
GAGAN
(GPS And Geo Augmented Navigation)
• Заказ Indian Space Research Organization и Airports
Authority of India. Разрабатывается при акт. Участии
Raytheon (США).
• Создание GAGAN определяется тем, что в стране из 449
аэропортов только 34 оборудовано ILS.
• 8 (14) ШКС. Наблюдения GPS на L1 и L5.
• Показана возможность получения: ошибки в плане
оказались на уровне 1 м и по вертикали – несколько
большей 1 м.
• Спец. исследования для выявления и учета
неоднородностей электронной концентрации, так
называемых «пузырей» (bubbles) или «пустот»
(depletions). Ион. сетка 55
• 21.05.2011 запущен первый ГКА GAGAN GSAT-8,
26.06.2011 занял зад. позицию 82 …83 Е; ГКА2 - 55Е
Другие ШДПС
• Korean WADGPS. Создана
Экспериментальная основа Korean
WADGPS(The Korean WADGPS Test
Bed)
• SNAS (Sino Navigation Augmentation
System) - возможно, часть Beidou2/COMPASS
• ШДПС Тайваня
Авиационная бортовая аппаратура
•
•
•
•
•
СН-4312-02 представляет собой авиационный приемоиндикатор, работающий
по сигналам глобальных спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS,
их функциональных дополнений: спутниковых - SBAS (WAAS, EGNOS, MTSAT) и
наземных - GBAS (ЛККС). Аппаратура СН-4312-02 отвечает требованиям к КТ-3401 ред.3 (TSO-C129A), КТ-178А и КТ-200А к бортовому оборудованию
спутниковой навигации подклассов A1, B1, C1, а также выполняет функции,
присущие FMS.
БПСН-2 - авиационная бортовая аппаратура спутниковой навигации,
работающая по сигналам СНС ГЛОНАСС, GPS NAVSTAR и SBAS. Предназначена
для применения в составе комплексов бортового оборудования современных и
перспективных вертолетов и самолетов, в качестве датчика высокоточных
навигационных данных для решения пилотажно-навигационных задач на
маршруте полета, в районе аэродрома, для неточного захода на посадку и при
заходе на посадку в дифференциальном режиме по категории 1, APV-1, APV-2.
БПСН-2-01 - авиационная аппаратура спутниковой навигации, работающая по
сигналам СНС ГЛОНАСС, GPS NAVSTAR и SBAS. Предназначена для
применения в составе комплексов бортового оборудования современных и
перспективных самолетов, в качестве датчика высокоточных навигационных
данных для решения пилотажно-навигационных задач на маршруте полета, в
районе аэродрома, для неточного захода на посадку и при заходе на посадку в
дифференциальном режиме по категории 1, APV-1, APV-2.
БПСН-2-02 представляет собой авиационный приемник, работающий по
сигналам глобальных спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС, GPS и
GALILEO их функциональных дополнений: спутниковых - SBAS и наземных GBAS (ЛККС) в составе комплексов бортового оборудования современных и
перспективных самолётов и вертолетов. APV-1, APV-2
БПСН-2-03 представляет собой авиационный приемник, работающий по
сигналам глобальных спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС, GPS и
GALILEO их функциональных дополнений: спутниковых - SBAS и наземных GBAS (ЛККС) в составе интегрированных комплексов бортового оборудования
современных и перспективных самолетов. APV-1, APV-2
Система дифференциальной коррекции и
мониторинга
Зоны покрытия орбитальной
группировки СДКМ на базе КА «Луч»
16 з.д.
КА «Луч-5А» 2011 год


Масса

1000 кг
Срок эксплуатации

10 лет
95 в.д.
КА «Луч5Б»
2012 год
167 в.д.
КА «Луч-4»
2013 год
Система позволит обеспечить точность навигационных определений 0,5 м (СКО, п) в плане и по
высоте - В=0,75...0,85 м при наличии 19 станций сбора измерений на территории России, 2-х станций
за рубежом и 9 дополнительных зарубежных станций [2,3]. 0,1 м – 6 с ФЦП.
Система дифференциальной коррекции и
мониторинга
БИВС - беззапросная измерительно-вычислительная
система
БИС - беззапросная измерительная система
ЗИС - закладочно-измерительная станция
Геостационарный
ИСЗ
Спутники ГЛОНАСС и GPS
Точность в абсолютном режиме
Точност
ь
в дифф.
режиме
Центр СДКМ
Сеть пунктов
сбора
измерений
ПОТРЕБИТЕЛИ
Сеть БИВС,
БИС и ЗИС
Центр управления
системой
Состав наземных станций
СДКМ
12 станций на территории России: Ленинградская
обл. (Пулково и Светлое), Москва (ЦДКМ,
Менделеево, 32 ГНИИ), Краснодарский край
(Геленджик), Ставропольский край (Кисловодск),
Красноярский край (Красноярск и Норильск),
Новосибирск, Иркутск, Петропавловск-Камчатский
Одновременное слежение за КА с нескольких станций
>3
2
1
0
В 2010 году введены в эксплуатацию 4 станции:
Чукотский автономный округ (Билибино), Республика Саха
(Тикси), Владивосток, Антарктида (станция
«Беллинсгаузен»)
Перспективная сеть (декабрь 2011
года)
Дополнительно 6 станций на территории России:
Мурманская область (Ловозеро), Екатеринбург,
Тюменская область (Ноябрьск), Республика Саха
(Якутск), Магадан, Южно-Сахалинск
Дополнительно 5 станций за рубежом
Выводы
Развитие СДКМ целесообразно
вести как в интересах как
авиации, так и морского,
речного, наземного транспорта и
других потребителей с
удовлетворением всего спектра
требований, используя опыт
создания и освоения
аналогичных широкозонных
функциональных дополнений
WAAS, EGNOS, MSAS.
Благодарю за
внимание