Важная роль ГНСС-технологии во время посадки
ГНСС давно стала неотъемлемой частью нашей жизни. Она присутствует в автомобилях, компьютерах и в мобильных телефонах. Таким образом, не будет сюрпризом узнать, что она также используется самолётами для определения местоположения в небе. ГНСС также можно использовать, чтобы направить самолёт к определённой взлётно-посадочной полосе в аэропорту и позволить ему совершить безопасную посадку.
Система посадки по приборам (ILS) является частью инфраструктуры аэродрома и может как в поперечном, так и в вертикальном направлении вести самолёт к месту посадки. ILS по-прежнему – наиболее точная форма захода на посадку. Тем не менее, некоторые утверждают, что ГНСС более точна, чем ILS, при правильной её реализации.
ГНСС состоит из трёх сегментов:
• Космический сегмент
• Сегмент управления
• Сегмент навигационной аппаратуры потребителей
Космический сегмент состоит из нескольких космических аппаратов (КА), или спутников. ГЛОНАСС – 24 КА, GPS имеет 31 КА, Galileo – 24 КА, а BeiDou состоит из 35 КА. КА имеют период обращения 12 часов и высоту орбиты около 20000 км над поверхностью. SV отправляли сигналы со скоростью света и транслировали коды псевдослучайного шума (PRN) длительностью в одну миллисекунду. Они передаются двумя частотами в диапазоне UHF (сверхвысокая частота).
Эти частоты известны как частоты L1 и L2. Частота L1 составляет 1575,42 МГц и передаёт код грубого обнаружения (C/A) и код точности (P). Код C/A является единственным кодом, доступным для гражданских пользователей, тогда как код P используется военными.
Сегмент управления имеет наземные станции мониторинга, которые следят за КА. Орбиты КА подвержены ошибкам из-за гравитационного влияния Солнца, а также подвержены влиянию солнечной радиации. Это приводит к ошибкам в вычислении положения КА. Ошибки позиционирования обнаруживаются наземными станциями, и эти данные затем передаются на КА, чтобы те могли исправить положение.
Итак, как же спутники определяют местонахождение самолёта? Для этого требуется не менее трёх КА. Мы можем представить, что каждый SV строит сферу. С одним активным КА самолёт может находиться в любом месте соответствующей сферы. Когда две сферы SV соединяются вместе, положение самолёта может быть сужено до круга, потому что пересечение двух сфер создаёт круг. Когда в кадре появляется третий КА, положение самолёта ещё больше сужается, до двух положений — одного на поверхности земли и другого в космосе. КА просто отбрасывают местоположение в космосе, и известно положение самолёта.
Сегмент НАП состоит из навигационных приемников и устройств обработки, предназначенных для приема навигационных сигналов КА и вычисления собственных координат, скорости и времени.
Несмотря на то, что местоположение самолёта можно вычислить по трём КА, требуется еще и четвёртый КА. Это потому, что КА используют очень точные атомные часы для измерения времени. Однако часы ГНСС-приёмника не так точны. Поскольку сигналы ГНСС распространяются со скоростью света (300 000 км/сек), разница во времени даже в миллисекунду приводит к ошибке определения местоположения в 300 км.
Чтобы решить эту проблему, часы приёмника поддерживаются с известной ошибкой. Например, если часы приёмника настроены так, что они на 2 миллисекунды быстрее фактического времени, они могут исправить эту ошибку во время обработки сигнала. Таким образом, четвёртый КА даёт временную составляющую уравнения, которое в конечном итоге вычисляет положение самолёта.
Прежде чем мы рассмотрим заходы на посадку по ГНСС, важно рассмотреть усилия, которые были предприняты для обеспечения того, чтобы точные сигналы ГНСС всегда были доступны для самолёта. Пилоты не хотят, чтобы самолёт пропустил взлётно-посадочную полосу в плохую погоду из-за ошибочных сигналов ГНСС.
А сигналы ГНСС имеют некоторые неотъемлемые ошибки. К ним относятся ошибки в часах КА и ошибки, вызванные гравитационным воздействием на КА, называемые эфемеридными ошибками. Существует также ошибка, вызванная ионосферой. Когда сигналы попадают в ионосферу, энергия сигнала ослабляется, замедляя его, что приводит к получению ошибочных данных приёмниками. Один из способов исправить эти ошибки — использовать систему дополнений. Существует два основных типа систем аугментации. Один наземный, другой космический.
GLS (система посадки с помощью ГНСС) использует набор антенн, расположенных в точке обзора аэропорта. Эти антенны принимают сигналы от спутников ГНСС и отправляют их в диспетчерскую, которая также находится в аэропорту. Здесь сигналы корректируются или дополняются ошибками часов КА, эфемеридными ошибками, ионосферной задержкой и т.д. Затем скорректированные данные отправляются в виде УКВ-сигнала на специальную УКВ-антенну.
Затем эта антенна выдаёт луч вертикальной и поперечной траектории любому воздушному судну с приёмником GLS. Пилоты просто должны настроиться на правильный канал GLS, который доступен на карте захода на посадку, и этот канал уникален для каждой взлётно-посадочной полосы. GLS выполняется как заход на посадку по ILS, и ICAO (Международная организация гражданской авиации) считает его точным заходом на посадку.
Единственное отличие состоит в том, что GLS можно использовать до минимумов категории I (CAT I), тогда как ILS можно использовать до минимумов категорий II и III, что позволяет выполнять посадку в условиях плохой видимости. В настоящее время ведётся работа по разработке GLS, который можно будет использовать для снижения до минимумов CAT II и CAT III.
SBAS (спутниковая система дифференциальной коррекции), в отличие от GBAS (наземная система дифференциальных поправок), использует спутник для исправления ошибок в сигналах ГНСС. Есть в нём и наземная составляющая. Как и в системе GBAS, сигналы спутников принимаются наземными опорными станциями, расположенными на большой территории. Затем эти станции исправляют ошибки сигнала и передают их обратно на геостационарный спутник, который затем отправляет данные на самолеты с приёмниками SBAS.
В мире существует несколько систем SBAS. Система дифференциальных поправок и мониторинга (СДКМ) Российской Федерации, глобальная система дополнений (WAAS) Соединенных Штатов, европейская геостационарная навигационная система наложения (EGNOS) Европы многофункциональная транспортная спутниковая система дополнений (MSAS) Японии и недавно протестированная система гео- и GPS-навигации (GAGAN) в Индии.
Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал