СОДЕРЖАНИЕ
Точность навигации
Некоторое океаническое воздушное пространство имеет значение возможности RNP 4 или 10. Уровень RNP, который может обеспечить воздушное судно, определяет требуемое эшелонирование между воздушными судами по отношению к расстоянию. Повышенная точность бортовых систем RNP представляет собой значительное преимущество перед традиционными нерадиолокационными средами, поскольку количество воздушных судов, которые могут поместиться в объем воздушного пространства на любой заданной высоте, является квадратом количества требуемого эшелонирования; иными словами, чем ниже значение RNP, тем ниже требуемые стандарты эшелонирования и, в целом, тем больше воздушных судов может поместиться в объем воздушного пространства без потери требуемого эшелонирования. Это не только серьезное преимущество для операций воздушного движения, но и возможность значительной экономии средств для авиакомпаний, летающих над океанами, благодаря менее жестким маршрутам и лучшим доступным высотам.
Заходы на посадку с RNP со значениями RNP, которые в настоящее время ниже 0,1, позволяют воздушным судам следовать точным трехмерным криволинейным траекториям полета через загруженное воздушное пространство, вокруг чувствительных к шуму районов или по сложной местности.
История
Процедуры RNP были введены в PANS-OPS (ICAO Doc 8168), который стал применяться в 1998 году. Эти правила RNP были предшественниками нынешней концепции PBN, в соответствии с которой характеристики для полетов на маршруте определяются (вместо таких элементов полета, как как схемы пролета, изменчивость траекторий полета и дополнительный буфер воздушного пространства), но они не привели к значительным конструктивным преимуществам. В результате не было преимуществ для сообщества пользователей и практически отсутствовала реализация.
В 1996 году Alaska Airlines стала первой авиакомпанией в мире, которая применила подход RNP при заходе на посадку по проливу Гастино в Джуно, Аляска. Капитан авиакомпании Alaska Airlines Стив Фултон и капитан Хэл Андерсон разработали более 30 заходов на посадку по RNP для операций авиакомпании на Аляске. В 2005 году Alaska Airlines стала первой авиакомпанией, которая применила подходы RNP к национальному аэропорту Рейган, чтобы избежать заторов. В апреле 2009 года Alaska Airlines стала первой авиакомпанией, получившей одобрение FAA на проверку собственных заходов на посадку по RNP. 6 апреля 2010 года Southwest Airlines перешла на RNP.
Установлено на заходах на посадку по RNP
Описание
Текущие особые требования к системе RNP включают:
RNP APCH поддерживает все типы участков и терминаторы пути, используемые в стандартной RNAV, включая TF и RF. Процедуры RNP AR поддерживают только два типа участков:
Возможности мониторинга производительности и оповещения могут предоставляться в различных формах в зависимости от установки, архитектуры и конфигурации системы, включая:
Система RNP использует свои навигационные датчики, архитектуру системы и режимы работы для удовлетворения требований навигационной спецификации RNP. Он должен выполнять проверки целостности и разумности датчиков и данных, а также может предоставлять средства для отмены выбора определенных типов навигационных средств для предотвращения перехода на неадекватный датчик. Требования RNP могут ограничивать режимы работы воздушного судна, например, для низкого RNP, когда летно-техническая ошибка (FTE) является существенным фактором, а полет экипажа в ручном режиме может быть запрещен. Также может потребоваться установка двойной системы / датчика в зависимости от предполагаемой операции или потребности.
Система RNAV, способная обеспечить выполнение требований к характеристикам спецификации RNP, называется системой RNP. Поскольку для каждой навигационной спецификации определены конкретные требования к характеристикам, воздушное судно, утвержденное для спецификации RNP, не будет автоматически утверждено для всех спецификаций RNAV. Аналогичным образом, воздушное судно, утвержденное для спецификации RNP или RNAV, имеющей строгие требования к точности, не автоматически утверждается для навигационной спецификации, имеющей менее строгие требования к точности.
Обозначение
Для океанических, удаленных, маршрутов и конечных операций спецификация RNP обозначается как RNP X, например RNP 4.
Требования к мониторингу производительности и предупреждению
Требования к мониторингу характеристик и предупреждению для RNP 4, Basic-RNP 1 и RNP APCH имеют общую терминологию и применение. Каждая из этих спецификаций включает требования к следующим характеристикам:
Применение мониторинга характеристик и оповещения о воздушном судне
Хотя TSE может значительно измениться со временем по ряду причин, в том числе по указанным выше, навигационные спецификации RNP обеспечивают уверенность в том, что распределение TSE остается подходящим для данной операции. Это вытекает из двух требований, связанных с распределением TSE, а именно:
Обычно требование 10 −5 TSE обеспечивает большее ограничение производительности. Например, для любой системы, которая имеет TSE с нормальным распределением поперечной ошибки, требование мониторинга 10 −5 ограничивает стандартное отклонение 2 × (значение точности) /4,45 = значение точности / 2,23, тогда как требование 95% позволил бы стандартному отклонению быть таким большим, как значение точности / 1,96.
Важно понимать, что, хотя эти характеристики определяют минимальные требования, которые должны быть выполнены, они не определяют фактическое распределение TSE. Можно ожидать, что фактическое распределение TSE, как правило, будет лучше, чем требование, но должно быть свидетельство фактической производительности, если должно использоваться более низкое значение TSE.
При применении требования к мониторингу характеристик к воздушному судну могут быть значительные различия в том, как управлять отдельными ошибками:
Области деятельности
Океанические и отдаленные континентальные
Океаническое и удаленное континентальное воздушное пространство в настоящее время обслуживается двумя навигационными приложениями, RNAV 10 и RNP 4. Оба в основном используют GNSS для поддержки навигационного элемента воздушного пространства. В случае RNAV 10 никакого наблюдения ОВД не требуется. В случае RNP 4 используется контракт ADS (ADS-C).
Континентальный по маршруту
Воздушное пространство терминала: прилет и вылет
Существующие концепции воздушного пространства аэродрома, включая прибытие и вылет, поддерживаются приложениями RNAV. В настоящее время они используются в Европейском (EUR) регионе и США. Приложение RNAV в европейском аэродроме известно как P-RNAV (Precision RNAV). Хотя спецификация RNAV 1 имеет общую навигационную точность с P-RNAV, эта региональная навигационная спецификация не удовлетворяет в полной мере требованиям спецификации RNAV 1. С 2008 года приложение воздушного пространства в аэровокзале Соединенных Штатов, ранее известное как RNAV типа B США, было согласовано с концепцией PBN и теперь называется RNAV 1. Базовая RNP 1 была разработана в основном для применения в нерадиолокационном воздушном пространстве аэродрома с низкой плотностью движения. Ожидается, что в будущем будет разработано больше приложений RNP как для воздушного пространства на маршруте, так и для аэродрома.
Подход
Заходы на посадку по RNP на 0,3 и 0,1 мили в аэропорту Квинстауна в Новой Зеландии являются основными подходами, используемыми Qantas и Air New Zealand как для международных, так и для внутренних рейсов. Из-за ограничений местности заходы на посадку по ILS невозможны, а обычные заходы на посадку по VOR / DME имеют ограничения на снижение более чем на 2000 футов над уровнем аэропорта. Подходы и вылеты RNP следуют изогнутым траекториям ниже уровня местности.
Подход, требующий специального разрешения от самолетов и экипажей
Процедуры захода на посадку по приборам с использованием RNP с обязательной авторизацией или RNP AR (ранее известными как процедуры захода на посадку с особыми требованиями к самолетам и экипажам или SAAAR) основаны на концепции NAS, основанной на характеристиках. Определяются требования к характеристикам для выполнения захода на посадку, и воздушные суда квалифицируются в соответствии с этими требованиями к характеристикам. Обычные зоны оценки препятствий для наземных навигационных средств основаны на заранее определенных характеристиках воздушного судна и навигационной системе. Критерии RNP AR для оценки препятствий являются гибкими и предназначены для адаптации к уникальным условиям эксплуатации. Это позволяет подходить к конкретным требованиям к характеристикам, необходимым для схемы захода на посадку. Эксплуатационные требования могут включать избегание местности и препятствий, разрешение конфликтов в воздушном пространстве или устранение экологических ограничений.
RNP AR APCH определяется как схема захода на посадку по RNP, для которой требуется боковой TSE ниже стандартных значений RNP на любом участке схемы захода на посадку. Подходы RNP включают возможности, требующие специальных разрешений на воздушные суда и летные экипажи, аналогичные полетам ILS категории II / III. Все заходы на посадку с использованием RNP AR имеют уменьшенные площади оценки боковых препятствий и поверхности пролета вертикальных препятствий в соответствии с требованиями к характеристикам воздушного судна и летным экипажам. Следующие характеристики отличаются от РНП АПЧ:
При выполнении захода на посадку по RNP AR с использованием линии минимумов менее RNP 0,3 ни одна точка отказа не может вызвать потерю наведения в соответствии со значением RNP, связанным с заходом на посадку. Как правило, самолет должен иметь по крайней мере два датчика GNSS, двойные системы управления полетом, двойные системы данных о воздухе, двойные автопилоты и один инерциальный эталонный блок.
При выполнении захода на посадку по RNP AR с уходом на второй круг менее RNP 1.0 ни одна точка отказа не может привести к потере наведения, соответствующей значению RNP, связанного с схемой ухода на второй круг. Как правило, самолет должен иметь по крайней мере два датчика GNSS, двойные системы управления полетом, двойные системы данных о воздухе, двойные автопилоты и один инерциальный эталонный блок.
Планирование полета
Ручное или автоматическое уведомление о квалификации воздушного судна для выполнения полетов по маршруту обслуживания воздушного движения (ОВД), по схеме или в воздушном пространстве предоставляется УВД через план полета.
otto_pilot
otto_pilot otto_pilot
Утряс для себя некоторые понятия, решил поделиться с читателями.
Средства VOR, DME, GNSS и IRS это сенсоры(датчики) RNAV системы. «Гарминки», например GNS430 или G1000, которые стоят на маленьких самолётах это RNAV системы, основанные на GPS. На транспортных самолётах зональную навигацию обеспечивает FMS, помимо GPS использует и VOR/DME и IRS(если оборудованы ей). Несмотря на комплексное использование сенсоров, наиболее важную роль играет GNSS(GPS) из-за глобальной зоны покрытия и очень высокой точности. Зональная навигация без GNSS возможна, но нменно GNSS сделала зональную навигацию такой какова она есть сейчас.
Если полёт по трассе это полёт от одной точки, заданной координатами к другой, то полет по маршруту прибытия или схеме выхода или может содержать некоторые условные процедуры. Простой пример: набор по прямой 600 метров, далее левой разворот на точку.
Такую траекторию нет смысла определять геоточками, потому что в зависимости от характеристик ВС и погодных условий высота 600 метров может быть достигнута в разных местах.
Или: взлететь, захватить радиал, выполнить разворот и лететь на привод с определенными путевым углом.
Это тоже проблематично закодировать геоточками. Для этого база FMS, хранящаяся в формате ARINC 424 поддерживает 23 вида «траекторий и указателей их окончания» (path and terminators). Например: Направление до абсолютной высоты (VA), Направление до пересечения (VI). Поставщик электронной информации для FMS перерабатывает текстовую и графическую аэронавигационную информацию в электронную и присылает в виде обновления. В FMS такие траектории выглядят так:
Статус PBN в РФ
Ждать ошеломляющих успехов от государства, яростно противящегося новшествам и даже RVSM внедрившего позже всех в мире, не приходится. Де-юре, количество трасс зональной навигации очень мало, но фактически, по большинству трасс без GPS-ки не пролететь, потому что многие привода выведены их эксплуатации. Маршруты прибытия основанные на зональной навигации также используются в очень ограниченном количестве аэропортов. Кстати, буквально на днях к ним добавился Петербург. Так что, не сказать, что работа кипит, но вроде, и не стоит не месте.
Немного о заходах и VNAV
Навигационная система знает место относительно ВПП, высотомер показывает высоту, схема опубликована, можно выполнять RNAV заход. Это неточный заход. Его можно выполнять без дополнительного оборудования.
Если улучшить точность GNSS, развернув Систему Дифференциальной Коррекции(GNSS augmentation), то основываясь на спутниковой навигации, можно выполнять точные заходы c наведением не хуже ILS. У нас это называется «заход СНС» и достигается посредством самолётного оборудования в сочетании с наземными Локальными контрольно-корректирующими станциями ЛККС(Ground-Based Augmentation System GBAS). В РФ есть небольшое количество таких заходов. В США таких заходов уже более тысячи.
Приведу цитату представителя американских авиационных властей FAA: «Спутниковая навигация это второе по важности изобретение для авиации после реактивного двигателя»
GNSS: все, что нужно знать
Введение
Прежде чем мы посмотрим на историю глобальной навигационной спутниковой системы (англ. Global Navigation Satellite System, GNSS, ГНСС; далее как GNSS) или кинематики в реальном времени (RTK или Real Time Kinematic), мы должны рассмотреть исходную технологию, которая положила начало всему этому, известную как спутниковая навигация, ставшая в последствии одной из самых используемых и важных технологий во всем мире. Спутниковая навигационная система (A.K.A. satnav) — это своего рода технология, которая используется для определения местоположения автономных тел, находящихся на поверхности Земли. Для выполнения этой задачи технология спутниковой навигации использует несколько спутников (размещенных в космическом пространстве) для передачи сигнала через канал передатчика и приёмника. Эти сигналы могут использоваться для маркировки местоположения, отслеживания местоположения и многих других целей.
Одна из технологий, на которую часто полагается GNSS, — это кинематика в реальном времени или RTK. Кинематика в реальном времени — это метод глобального спутникового позиционирования, который помогает GNSS повысить достоверность и точность целевых данных. Что касается позиционирования, определения местоположения и максимальной точности, сочетание GNSS с RTK повышает уровень точности, не похожий ни на что другое. RTK усиливает фазовый сигнал, которым обмениваются передатчик и приёмник, обеспечивая, тем самым, точность сантиметрового уровня и корректировку сигнала в реальном времени.
Что такое GNSS или глобальная навигационная спутниковая система?
Глобальные навигационные спутниковые системы были первоначально разработаны ВВС США, тогда технология называлась Global Positioning System или GPS, и её можно было использовать только в вооруженных силах США. Со временем технология GPS стала доступна каждому на этой планете. Теперь, когда каждый смартфон оснащённый GPS находится в лёгком доступе для всех, правительства нескольких стран решили вывести эту технологию на более продвинутый, точный и долгосрочный уровень. Таким образом, появление глобальных навигационных спутниковых систем или GNSS стало официальным явлением для потребителей частного сектора.
В настоящее время, помимо США, ГЛОНАСС России и Галилео Европейского Союза являются двумя основными действующими GNSS, работающими на поверхности нашей планеты. С появлением технологии GNSS начали работать многие вспомогательные технологии, известные как региональные навигационные системы (Regional Navigation Systems). Концепция технологии такая же, как и у GNSS, но охватывает меньше географических областей.
Как работает глобальная навигационная спутниковая система или GNSS?
Спутники GNSS имеют две несущие волны, зафиксированные в диапазоне L, а именно L1 (1575.42 МГц) и L2 (1227.60 МГц). Основное назначение этих двух диапазонов волн — передавать сигналы с подключенного спутника на поверхность земли. Согласно Techopedia, использование технологии L-диапазона может снизить накладные расходы, обеспечивая при этом надёжное соединение, которое менее подвержено прерываниям. Внедрение L-диапазонов при правильном расположении антенн даёт ряд преимуществ для сельскохозяйственных дронов, морских технологий, удаленного мониторинга и многого другого.
С другой стороны, приёмники GNSS, размещённые на поверхности земли, состоят из антенны и блока обработки. Назначение антенны — принимать кодированные сигналы от подключенных спутников, а задача блока обработки — декодировать сигналы в значимую информацию.
Примечание: для определения положения одного приёмника, GNSS должна собирать данные как минимум с трёх отдельных спутников.
Каждый спутник GNSS вращается вокруг Земли с интервалом 11 часов 58 минут и 2 секунды. Информация о времени, передаваемая спутником, передаётся с помощью кодов, с тем чтобы приёмник мог определить временной интервал, в течение которого передавался код.
Сигналы, передаваемые со спутника, содержат кодированные данные, которые помогают приёмникам точно определять его местоположение, а сам приёмник позиционирует себя точно в соответствии с положением спутника.
IC приёмник вычисляет разницу во времени между временем вещания и временем приёма кодированного сигнала. Как только приёмник позиционируется точно относительно спутника, блок обработки переводит местоположение приёмника с точки зрения широты, долготы и высоты. Вот так на основе этой простой концепции, каждая GNSS работает на поверхности этой планеты.
Применение глобальных навигационных спутниковых услуг
Появление технологии GNSS привело к изменению концепции отслеживания местоположения с высокой степенью точности и широким диапазоном охвата. Существует несколько основных вариантов применения GNSS, которые помогли миру увидеть лучшее будущее.
GNSS для навигации
Среди всех других технологий концепция GNSS оказала большое влияние на навигационные технологии. В последнее время GNSS была включена в автомобильную промышленность, теперь почти каждая автомобильная компания интегрирует технологию GNSS в свои модели автомобилей. Интеграция технологии GNSS помогает водителю легко перемещаться по неизвестным маршрутам, чтобы исследовать дороги мира.
Применение GNSS в навигационной системе не ограничивается только автомобилями, так как теперь эта технология широко используется и в самолётах. Предварительное картирование местности и обновление местности в режиме реального времени по GNSS позволяют пилотам избегать столкновений в воздушном сообщении. Более того, GNSS, используемая в кабинах самолётов, также использует такие технологии, как WAAS или GBAS (LAAS), для повышения точности курса.
Что такое WAAS?
По данным Федерального управления гражданской авиации, в отличие от традиционных наземных навигационных средств, система расширения зоны действия (Wide Area Augmentation System или сокр. WAAS) предоставляет навигационные услуги по всей Национальной системе воздушного пространства (National Airspace System или сокр. NAS). WAAS предоставляет дополнительную информацию приёмникам GPS /WAAS для повышения точности и целостности оценок текущего местоположения.
Что такое GBAS или LAAS?
Исторически сложилось так, что Федеральное управление гражданской авиации (Federal Aviation Administration или сокр. FAA) когда-то упоминало то, что мы теперь называем GBAS, LAAS. Согласно веб-сайту Федерального управления гражданской авиации, наземная система дополнения (Ground-Based Augmentation System или сокр. GBAS) — это система, которая обеспечивает дифференциальные поправки и мониторинг целостности глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS).
Помимо широкого спектра применения GNSS в автомобилях и самолётах, GNSS также используется для навигации катеров/яхт и кораблей на поверхности воды.
Примечание: на судах также используется функциональный блок GNSS получивший название «Man Overboard/Человек за бортом» или сокр. MOB. Данная функция позволяет экипажу корабля точно отметить местонахождение человека, упавшего за борт.
GNSS для съёмки и геологического картирования
Геодезическая съёмка и геологическое картирование — ещё одно важное применение GNSS. Большинство приёмников GNSS используют данные сигнала, генерируемые на частоте волны L1, для выполнения геологического картирования. Он оснащён точным кварцевым генератором, который помогает волне уменьшить ошибки часов при картировании. Исследователи могут также проводить высокоточные измерения путем расчёта соответствующего смещения между датчиками GNSS.
Например, если активно деформирующаяся область (скажем вулкан) окружена несколькими приёмными станциями, то GNSS может пригодиться для обнаружения любого вида деформации или движения земли.
Применение GNSS в других отраслях
Помимо вышеуказанных вариантов применения GNSS, к числу важных также можно отнести:
Датчики инерциальных измерительных устройств или системы INS
Инерциальный измерительный блок (Inertial Measurement Unit или инерционный датчик; сокр. IMU) играет жизненно важную роль в глобальных навигационных спутниковых системах. Как уже говорилось выше, система GNSS собирает сигналы данных по крайней мере от трёх из находящихся на орбите спутников, где каждый сигнал, принимаемый приёмниками, является невероятно точен.
Однако, если сигналу препятствуют какие-либо препятствия, такие как деревья, валуны или здания, сигнал больше не может обеспечивать точное позиционирование. Инерциальный измерительный блок — это своего рода инерционный датчик, который вычисляет вращение и ускорение движущегося тела для определения его положения в пространстве.
Немного углубимся в детали
IMU состоит из 6 дополнительных датчиков, расположенных по трём другим ортогональным осям, где каждая из которых также состоит из акселерометра и гироскопа. Задача акселерометра — измерять линейное ускорение движущегося тела, в то время как гироскоп измеряет ускорение вращения. Таким образом, вычисляя значения этих двух сенсоров, система может легко определить точное местоположение движущегося тела.
В тандеме GNSS и IMU предоставляют конечным пользователям более мощные и точные навигационные решения.
Подытожим
Благодаря последним технологическим достижениям, многие концепции и технологии существенно изменили игровое поле для робототехники, спутниковой связи и навигации в том виде, в каком мы их знаем. Глобальная навигационная спутниковая система является ключевым игроком среди инновационных технологий, которые улучшили повседневную жизнь, какой мы знаем её сегодня. Более того, RTK обеспечивает GNSS сантиметровым уровнем точности с возможностью корректировки сигнала в режиме реального времени. Совместное использование GNSS и RTK обеспечивает максимальную точность и высочайшее качество отслеживания, которое вам необходимо. В конце концов, GNSS и RTK составляют самую мощную комбинацию на рынке сегодня.
В этом обзоре мы разобрали все возможные области, касающиеся GNSS, и подробно обсудили её концепции, принципы работы и применение. Надеемся, что представленный материал в полной мере проинформировал вас о технологии GNSS, просветил и вдохновил к достижению поставленных целей. Благодарим за внимание.
