Вклад в эксплуатационную оценку EGNOS как аэронавигационной системы

ВКЛАД В ЭКСПЛУАТАЦИОННУЮ ОЦЕНКУ EGNOS КАК АЭРОНАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
А. Фонсека*, Ж. Азинейра*, С. Солей** *DEM, Высший технический институт, Лиссабон, Португалия **Pildo Labs, Барселона, Испания
Ключевые слова: спутниковая навигация, эксплуатационная оценка, лётные испытания
Аннотация
В данной статье описывается вклад Португалии в эксплуатационную валидацию Европейской геостационарной навигационной службы
функционального дополнения (EGNOS) в рамках Сети сбора данных EGNOS (EDCN). Кратко представлены сеть и используемая
методология, а также некоторые результаты статических испытаний. Более подробное описание будет посвящено ранним лётным
испытаниям с описанием процедуры и предварительных результатов.
1. Введение
Европейская геостационарная навигационная система функционального дополнения (EGNOS), европейская система функционального
дополнения космического базирования (SBAS) для GPS, в настоящее время находится на завершающей стадии тестирования и будет
введена в эксплуатацию весной 2007 года. Эта широкозонная дифференциальная система GPS (WADGPS) сможет предоставлять
пользователям одночастотных приёмников GPS в Европе, в частности из авиационной отрасли в регионе Европейской конференции
гражданской авиации (ECAC), информацию о целостности и точность определения местоположения до одного метра.
Европейская организация по безопасности воздушной навигации (ЕВРОКОНТРОЛЬ), в рамках своих обязательств по Европейскому
трёхстороннему соглашению с Европейской комиссией и Европейским космическим агентством (ESA) [1], отвечает за координацию
эксплуатационной валидации EGNOS для гражданской авиации, включая все мероприятия, которые продемонстрируют готовность
EGNOS к использованию и обеспечению полётов, для которых она предназначена.
Участие ЕВРОКОНТРОЛЯ осуществляется в сотрудничестве с европейскими провайдерами аэронавигационного обслуживания (ATSP) с
целью валидации и предоставления навигационных услуг на базе EGNOS в их воздушном пространстве. Были созданы две рабочие группы
(Рабочая группа GOV и Целевая группа ESV) и определены две различные, взаимодополняющие области работы, необходимые для
поддержки внедрения услуг EGNOS для гражданской авиации в европейском воздушном пространстве:
 Техническая валидация характеристик, которые могут быть достигнуты при использовании системы EGNOS. Это будет
включать демонстрацию того, что внедрённая система соответствует требованиям, определённым гражданской авиацией в
документе ИКАО «Стандарты и Рекомендуемая практика» (SARPs) для Глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS)
[2]. Эти требования выражаются в виде параметров Требуемых навигационных характеристик (RNP) для каждого этапа полёта, от
полёта по маршруту до точного захода по категории CAT-I. Параметрами RNP являются точность, доступность, целостность и
непрерывность обслуживания.
 Определение эксплуатационных правил и процедур для использования воздушными судами системы для конкретного
применения.
Работа, представленная в данной статье, в основном относится к первому пункту — технической валидации.
ЕВРОКОНТРОЛЬ вносит вклад в эту валидацию путём создания Сети сбора данных EGNOS (EDCN) [3], которая отвечает за определение
и внедрение методологии оценки и валидации характеристик, достижимых при использовании системы EGNOS, т.е. эксплуатационной
валидации EGNOS.
Вклад Португалии в эксплуатационную оценку EGNOS осуществляется в рамках EDCN и включает Португальскую рабочую группу по
лётным испытаниям (Grupo de Trabalho de Ensaios em Voo - GTEV) из Технического университета Лиссабона, в сотрудничестве с ВВС
Португалии (PoAF) и португальским провайдером УВД, NAV Portugal. Они отвечают за сбор и оценку данных EGNOS в Португалии,
включая острова Мадейра и Азорские острова, с использованием установленной методологии долгосрочных статических оценок.
Кроме того, они также отвечают за проведение лётных испытаний с использованием нескольких инструментированных воздушных судов
ВВС Португалии.
В статье кратко описываются EDCN и принятая методология эксплуатационной оценки EGNOS. Также будут описаны экспериментальная
установка, использованная в Португалии, и некоторые результаты статической оценки и лётных испытаний.
2. EGNOS как авиационная спутниковая навигационная система
Основной целью проектирования спутниковой навигационной системы EGNOS, которая должна стать оперативной к 2007 году, является
повышение безопасности, что позволяет применять её в авиационной области.
Как упоминалось ранее, EGNOS — это европейская система функционального дополнения космического базирования (SBAS),
охватывающая регион ECAC и разрабатываемая ESA в сотрудничестве с Европейской комиссией и ЕВРОКОНТРОЛЕМ.
В системе SBAS, такой как EGNOS, наземный сегмент собирает и обрабатывает информацию функционального дополнения. Эта
информация передаётся пользователям через геостационарные спутники в виде сигнала, аналогичного GPS, что позволяет проводить
измерения дальности и содержит данные поправок, применяемые к навигационным данным видимых спутников, например, поправки
псевдодальности и ионосферные поправки, позволяя пользователям вычислять своё местоположение с точностью до одного метра.
Что особенно важно для авиационных применений, таких как приложения, критичные к безопасности (safety-of-life), сигнал дополнения
также содержит информацию о целостности. Эта информация о целостности предоставляет пользователям сертифицированную границу
ошибки для их оценки местоположения и структурирована таким образом, чтобы соответствовать шестисекундному времени до выдачи
предупреждения (time-to-alarm).
В настоящее время EGNOS находится на этапе начальной эксплуатации (IOP) и передаётся коммерческому оператору, Европейскому
провайдеру спутниковых услуг (ESSP) [4], приближаясь к статусу номинальной эксплуатации и стабилизации сигнала в пространстве
(Signal-In-Space).
3. Эксплуатационная оценка EGNOS
До развёртывания системы EGNOS, ESA внедрило Тестовый стенд системы EGNOS (ESTB) [5] в качестве ограниченного прототипа
EGNOS с ограниченным числом станций мониторинга. С февраля 2000 года ESTB предоставляет сигнал в пространстве, поддерживая
разработку системы, а также давая потенциальным пользователям возможность приобрести опыт работы с сигналами, аналогичными
EGNOS. Это позволило начать различные мероприятия по подготовке к валидации EGNOS, в частности в рамках Рабочей группы по
эксплуатационной валидации GNSS-1 (GOV) [6].
ЕВРОКОНТРОЛЬ разработал некоторые инструменты для оценки характеристик системы EGNOS и координировал кампании по сбору
данных. Два основных вывода стали результатом этих первоначальных разработок [7]:
 сбор и обработка данных должны быть стандартизированы;
 сбор данных должен проводиться на более регулярной основе, чтобы сформировать хорошее понимание характеристик сигнала
SBAS в пространстве за более длительный период времени и на территории с хорошим географическим распределением.
В настоящее время Целевая группа по валидации сигнала EGNOS в пространстве (ESV), созданная ЕВРОКОНТРОЛЕМ, координирует все
мероприятия, необходимые для оценки характеристик, достижимых с приёмником, соответствующим Минимальным эксплуатационным
характеристикам (MOPS) DO-229 [8] Радиотехнической комиссии по аэронавигации (RTCA), на территории ECAC. Целью этой оценки
характеристик является поддержка использования EGNOS, в частности в авиационной области, в качестве навигационной спутниковой
системы, обеспечивающей наведение вплоть до операций захода на посадку APV-II (APV — Точный заход с вертикальным наведением),
как определено ИКАО.
Целевая группа ESV будет координировать и согласовывать с Целевой группой по сертификации EGNOS необходимые входные данные,
чтобы предоставить доказательства того, что сигнал EGNOS в пространстве соответствует требованиям целостности и непрерывности и
может использоваться для критически важных приложений.
Результатом этих мероприятий стало создание ЕВРОКОНТРОЛЕМ Сети сбора данных EGNOS (EDCN) в качестве стандартизированной
среды сбора данных для проведения непрерывной оценки характеристик EGNOS.
3.1 Сеть сбора данных EGNOS
В настоящее время EDCN (рис. 1) включает шесть университетов, каждый из которых связан с пунктом сбора данных: Барселона,
Будапешт, Делфт, Лиссабон, София и Тулуза, что обеспечивает оценку характеристик на территории с хорошим географическим
распределением. Общую координацию осуществляет PILDO LABS, кроме того, некоторые другие пункты сбора данных, такие как пункт
в Экспериментальном центре ЕВРОКОНТРОЛЯ и пункты, контролируемые провайдерами УВД, вносят вклад в общую оценку
характеристик. Добавленная ценность этой работы заключается в независимости пунктов сбора данных от расположения станций
измерения дальности и контроля целостности EGNOS (RIMS) и в большем разнообразии приёмников и инструментов анализа.
Для каждого пункта сбора данных была оценена среда сбора данных и внедрена нормализованная установка, состоящая из антенны L1/L2,
приёмника SBAS, подключённого к компьютеру, с необходимым программным обеспечением для регистрации и обработки данных с
приёмника.
Координаты положения антенны были точно определены на сантиметровом уровне, и была проведена оценка многолучевости для
выявления:
 наилучшего расположения антенны для каждого пункта;
 соответствия показателям многолучевости, определённым в документе RTCA MOPS DO-229 и относящимся к типичному
применению на воздушном судне;
 характеристики возможного влияния её ошибок на измерения.
Рис. 1. Сеть сбора данных EGNOS (Схема сети)
3.2 Методология
Структура EDCN, вместе со всеми дополнительными пунктами сбора данных EGNOS, станет базовой линией для мероприятий по
мониторингу валидации, которые будут выполняться в рамках эксплуатационной валидации EGNOS с целью демонстрации требований
пользователей, определённых в SARPs ИКАО. Согласно принятой методологии, будет проведена серия статических измерений в течение
длительных периодов, чтобы:
 установить характеристики системы, с которыми столкнётся потенциальный пользователь;
 проверить стабильность характеристик в определённый период времени.
Эти долгосрочные кампании по сбору статических данных проводятся на нескольких станциях мониторинга, в основном состоящих из
приёмника, антенны и компьютера, способных принимать сигналы GPS L1/L2 и EGNOS.
Вся обработка данных, анализ и отчётность выполняются автоматически на ежедневной основе в соответствии со стандартом RTCA MOPS
DO-229 и с использованием некоторого программного обеспечения, разработанного ЕВРОКОНТРОЛЕМ. Как показано на рисунке 2,
характеристики EGNOS оцениваются в соответствии с требованиями RNP (верхняя ось), что включает несколько предположений в
определениях этих параметров из документа SARPs ИКАО.
Как упоминалось ранее, эти требования RNP определяются с точки зрения точности, доступности, целостности и непрерывности
обслуживания. Кроме того, любые выявленные аномалии детально анализируются (нижняя левая ось) для оценки причины, вероятности
повторного возникновения и возможных методов смягчения последствий со стороны пользователя.
Наконец, проводится глобальная оценка на основе локальных и ежедневных наборов данных (нижняя правая ось), рассматривающая
пространственную и временную стабильность характеристик системы путём комбинирования измеренных результатов в различных
местах с экстраполяцией результатов.
Рис. 2. Методология анализа данных EGNOS (Схема методологии)
Лётные эксперименты необходимы и проводятся для валидации применяемой методологии, проверяя, что характеристики, полученные
при статических измерениях, также достигаются в динамических условиях, репрезентативных для типичного бортового пользователя.
4. Эксплуатационная оценка EGNOS в Португалии
Одним из членов EDCN является Португальская рабочая группа по лётным испытаниям (Grupo de Trabalho de Ensaios em Voo - GTEV) из
Технического университета Лиссабона. GTEV, в сотрудничестве с ВВС Португалии (PoAF) и португальским провайдером УВД, NAV
Portugal, отвечает за сбор и оценку данных EGNOS в Португалии, включая острова Мадейра и Азорские острова, с использованием
установленной методологии долгосрочных статических оценок.
4.1 Лиссабонская станция мониторинга EGNOS
В Лиссабоне была установлена одна постоянная статическая станция мониторинга рядом со станцией RIMS EGNOS, расположенной в
аэропорту Лиссабона. В этом месте обычно используется приёмник NOVATEL MILLENIUM OEM3 с антенной NOVATEL L1/L2 600
(опорный пункт IST3). Это приёмник L1/L2 с 10 каналами GPS и 1 каналом геоспутника. Данные собираются с помощью компьютера с
программой NOVATEL SLOG и специальным скриптом.
В качестве альтернативы, в этом же месте может использоваться приёмник SEPTENTRIO POLARX-2 (опорный пункт IST4). Это приёмник
L1/L2 с 12 каналами GPS и 3 каналами геоспутника. Данные собираются с использованием компьютера и программы SEPTENTRIO
RXCONTROL.
Приёмник SEPTENTRIO включает программу обработки в реальном времени, которая генерирует навигационное решение в соответствии
с MOPS, но это навигационное решение EGNOS обычно не используется. Данные EGNOS, собранные на этом постоянном пункте,
автоматически обрабатываются, анализируются, формируются в отчёты и передаются в ЕВРОКОНТРОЛЬ. Для выполнения этих операций
используются программные пакеты ЕВРОКОНТРОЛЯ DOIT и PEGASUS [9]. Последний включает программу GNSS SOLUTION, которая
является программным приёмником, вычисляющим решение местоположения и целостности в соответствии со стандартами RTCA MOPS
DO-229 на основе необработанных данных приёмника.
Показатели многолучевости в этом месте были оценены при поддержке команды из Делфтского технического университета (TU Delft),
использующей свой обширный опыт в этой области. Полученные показатели (рисунки 3 и 4) демонстрируют несколько источников
многолучевости, в основном из-за отражений от земли на востоке, которые можно было бы минимизировать, используя антенну с
дроссельным кольцом (choke ring) или другое расположение антенны.
Рис. 3. Стандартное отклонение многолучевости в зависимости от угла места спутника
Рис. 4. Скайплот стандартного отклонения многолучевости
Общий вывод заключается в том, что продемонстрированные показатели многолучевости приемлемы по сравнению с требованиями RTCA
MOPS DO-229.
4.2 Пример ежедневных результатов
Характеристики EGNOS, проявленные в Лиссабоне, иллюстрируются результатами, полученными из данных, собранных на постоянной
станции мониторинга в Лиссабоне 9 июня 2006 года, с данными EGNOS, транслируемыми геоспутником IOR-W PRN126, и с
использованием приёмника SEPTENTRIO POLARX-2. На графике рисунка 5 представлены горизонтальная ошибка местоположения (HPE
— синяя), горизонтальный уровень защиты (HPL — зелёная) и количество спутников, используемых для генерации навигационного
решения EGNOS (NSV — розовая). 95-е процентили составляют 1,24 м (HPE) и 22,94 м (HPL). Рисунок 6 показывает результаты для
вертикальной ситуации. 95-е процентили составляют 1,74 м (VPE) и 35,41 м (VPL).
Рис. 5. Горизонтальные характеристики EGNOS в зависимости от времени
Рис. 6. Вертикальные характеристики EGNOS в зависимости от времени
Для каждой конкретной категории полётных операций SARPs определяет пределы тревоги (AL) как для горизонтальной, так и для
вертикальной ситуации (HAL и VAL). Если в данный момент ошибка навигации меньше соответствующего уровня защиты, а он, в свою
очередь, меньше предела тревоги, то в этот момент EGNOS предоставляет действительное навигационное решение для соответствующего
типа полётных операций. Обратите внимание, что когда система EGNOS будет использоваться при заходах воздушных судов на посадку
данного типа точности, если уровень защиты превысит соответствующий предел тревоги, будет выдана тревога, и заход не сможет быть
продолжен. Если заход уже начался, это условие подразумевает нарушение непрерывности, и должна быть выполнена процедура ухода
на второй круг.
В противном случае система объявляется недоступной на этот период.
Если в данный момент ошибка местоположения превышает уровень защиты, это означает возникновение вводящей в заблуждение
информации (MI). Если ошибка местоположения больше уровня защиты, а также больше требуемого предела тревоги для конкретной
полётной операции, то это случай опасной вводящей в заблуждение информации (HMI), что может привести к опасным ситуациям.
Представленные цифры показывают, что ежедневные характеристики системы EGNOS в Лиссабоне были плохими в несколько периодов.
Это было связано с локальными эффектами, связанными с плохой геометрией спутников GPS, проявившейся в эти периоды, что привело
к малому количеству используемых спутников, всего четыре в несколько периодов. Это было связано с тем, что в эти периоды только
такое количество спутников имело угол места более десяти градусов относительно Лиссабона.
Затем сгенерированное навигационное решение EGNOS продемонстрировало высокие ошибки навигации и высокие уровни защиты, что
привело к недоступности системы для запланированных режимов полётных операций. В ближайшем будущем геоспутники EGNOS будут
транслировать информацию о дальности, позволяя использовать их в навигационном решении EGNOS в качестве навигационных
спутников. Эту ситуацию необходимо протестировать, но поскольку количество спутников, используемых в решении EGNOS, будет
больше, а некоторые из этих спутников, будучи геоспутниками, имеют меньше ошибок, связанных с их положением, сгенерированное
навигационное решение EGNOS будет иметь меньшие ошибки и уровни защиты, и результаты характеристик системы будут лучше.
Стэнфордский график (Stanford plot) доступности для вертикальной оси (рис. 7) показывает соотношение между VPL, VPE и AL для того
же ежедневного набора данных EGNOS. Показана только вертикальная ситуация, поскольку она является наиболее требовательной для
авиационных применений. На горизонтальной оси находится VPE, а на вертикальной оси — соответствующий VPL для каждого
вычисленного навигационного решения EGNOS. Также представлены горизонтальные и вертикальные линии, соответствующие VAL,
связанным с каждым типом полётных операций: точный заход CAT-1 (12 м), неточный заход APV-II (20 м) и APV-I (50 м). Цвет каждой
точки на графике табулирует количество появлений конкретной пары. Обратите внимание, что цветовая шкала логарифмическая.
Наличие точек справа от главной диагонали соответствует опасной ситуации, т.е. возникновению MI или HMI. Для представленного
ежедневного набора данных EGNOS не произошло ни MI, ни HMI, что и требовалось.
Рис. 7. Стэнфордский график доступности для вертикальной оси
График также демонстрирует доступность системы для каждого типа полётных операций по расположению каждой пары выборок.
Количество выборок, для которых система EGNOS доступна, составляет соответственно 16935 (CAT-I), 69537 (APV-II) и 83475 (APV-I),
что соответствует измеренным показателям доступности 19,6%, 80,5% и 96,6%.
Эти значения значительно ниже требуемых значений доступности, которые составляют 99% для каждого типа полётных операций.
Обратите внимание, что EGNOS ещё не находился в полностью рабочем статусе.
4.3 Непостоянные станции мониторинга EGNOS
Для целей разработки и тестирования системы одна тестовая станция мониторинга была установлена в военной зоне аэропорта Лиссабона.
Всё доступное оборудование могло быть установлено и использовано на этом тестовом участке. Обычно используются до двух антенн
NOVATEL L1/L2 600-LB.
Поскольку GTEV и местные партнёры несут ответственность за эксплуатационную оценку EGNOS на всей территории Португалии, после
ввода системы EGNOS в эксплуатацию планируется проведение кампаний статического мониторинга в нескольких местах Португалии,
включая острова Мадейра и Азорские острова. Эти статические кампании будут проходить в ограниченные периоды времени, обычно
одну неделю. Для этих статических оценок будут использоваться приёмник NOVATEL MILLENIUM OEM3 и одна антенна NOVATEL
600-LB. Как обычно, данные будут собираться на компьютере с использованием программы NOVATEL SLOG.
5. Лётные испытания EGNOS
Кроме того, GTEV в сотрудничестве с 504-й лётной эскадрильей ВВС Португалии также отвечает за проведение некоторых лётных
испытаний в рамках эксплуатационной оценки EGNOS с использованием нескольких инструментированных воздушных судов. Данные
EGNOS собираются с помощью доступных экспериментальных приёмников EGNOS, установленных на инструментированных воздушных
судах, с использованием их внутренней памяти или бортовых компьютеров.
Для оценки точности местоположения EGNOS эталонная траектория воздушного судна может быть определена с использованием трёх
доступных методов:
 Дифференциальная система GPS NOVATEL RT-20 L1 реального времени. Эта система в основном состоит из одного бортового
приёмника NOVATEL RT-20, одной антенны и одного радиомодема. На земле использовалась одна из трёх опорных станций
NOVATEL, состоящая в основном из приёмника NOVATEL RT-20 и радиомодема.
 Программное обеспечение дифференциального GPS Trimble Total Control. Эталонная траектория воздушного судна могла быть
оценена с использованием программного обеспечения дифференциального GPS TRIMBLE TOTAL CONTROL с опорными
данными фазы несущей двух частот, собранными на нескольких опорных станциях GPS, таких как те, что установлены в
Техническом университете Лиссабона.
 Программное обеспечение точного точечного позиционирования (PPP) [10]. В ближайшем будущем, когда система EGNOS
станет оперативной, для некоторых полётов эталонная траектория воздушного судна будет оцениваться с использованием
программного обеспечения PPP от TU Delft. Этот метод будет применяться партнёрами EDCN из TU Delft и позволит определить
эталонную траекторию воздушного судна с точностью до одного метра для всего полёта независимо от наличия наземных опорных
станций GPS.
5.1 DASSAULT FALCON 20
До недавнего времени для оценки ESTB использовался самолёт ВВС Португалии DASSAULT FALCON 20, обычно применяемый для
проверки и калибровки навигационных средств.
В дополнение к обширной системе приборного оборудования этого воздушного судна, были установлены две антенны NOVATEL L1/L2
512 и L1 514, что позволяло использовать на этом самолёте различные доступные экспериментальные приёмники EGNOS (рис. 8). В
настоящее время это воздушное судно находится в нерабочем состоянии.
Рис. 8. DASSAULT FALCON 20 ВВС Португалии
Поскольку это инструментированное воздушное судно обычно использовалось для оценки традиционных навигационных систем в
Португалии, оно позволило оценить систему ESTB, а также сравнить её с другими традиционными навигационными системами.
5.2 DASSAULT FALCON 50
С начала 2005 года все воздушные суда парка DASSAULT FALCON 50 ВВС Португалии (рис. 9) могли быть оборудованы приборами и
использоваться для оценки системы EGNOS. Эти воздушные суда обычно назначаются для VIP-перевозок с обычным планом полёта, не
ограниченным только воздушным пространством Португалии, но потенциально большим, чем зона покрытия EGNOS. Данные EGNOS
собираются на этих самолётах с помощью приёмника SEPTENTRIO POLARX-2, использующего вторую антенну L1 GPS бортовой
системы управления полётом (FMS) с делителем антенны. Обратите внимание, что это возможно, поскольку программное обеспечение
PEGASUS использует только данные GPS L1.
Рис. 9. DASSAULT FALCON 50 ВВС Португалии
После некоторых задержек, в 2006 году стал доступен один из самолётов DASSAULT FALCON 50 ВВС Португалии, оборудованный
специальной антенной NOVATEL L1/L2 512. Данные EGNOS также собираются приёмником SEPTENTRIO POLARX-2 с использованием
его внутренней памяти.
Кроме того, другие данные воздушного судна, такие как навигационные данные и данные о динамике воздушного судна, записываются
на бортовой компьютер, что позволяет сравнивать навигационное решение EGNOS с другими традиционными навигационными
системами.
Эти воздушные суда также могут использоваться в лётных испытаниях для проверки эксплуатационных правил и процедур использования
воздушными судами системы EGNOS в качестве навигационной системы, в частности, в соответствии с положениями Документа ИКАО
8071.
5.3 Результаты лётных испытаний EGNOS
В этом разделе представлены и проанализированы характеристики EGNOS во время некоторых лётных испытаний. Навигационное
решение и характеристики EGNOS были вычислены с помощью программного обеспечения ЕВРОКОНТРОЛЯ PEGASUS.
15 марта 2004 года было проведено лётное испытание ESTB с использованием инструментированного воздушного судна DASSAULT
FALCON 20 ВВС Португалии во время калибровочного полёта ILS CAT IIIB, выполнявшегося в районе Лиссабона. Данные ESTB были
собраны с помощью приёмника SEPTENTRIO POLARX-2 и антенны NOVATEL L1/L2 512. Как упоминалось ранее, этот приёмник
регистрирует до 12 данных GPS L1/L2 и до 3 данных геостационарного спутника с частотой 1 Гц, используя свою внутреннюю память.
Для оценки точности местоположения ESTB эталонная траектория воздушного судна была определена с использованием
дифференциальной системы GPS NOVATEL RT-20 реального времени, состоящей из бортового приёмника, антенны NOVATEL L1 514 и
радиомодема. На земле использовалась одна опорная станция NOVATEL RT-20, расположенная в военной зоне аэропорта Лиссабона.
Рисунок 10 показывает траекторию полёта воздушного судна. Обратите внимание, что во время этого полёта данные ESTB
транслировались геоспутником PRN131 с относительно небольшим углом места (около 4º), что подразумевало потерю некоторых данных
ESTB, в основном из-за манёвров воздушного судна.
Рис. 10. Траектория полёта (эталонная траектория RT-20 — синяя; навигационное решение ESTB — розовая)
Рисунки 11 и 12 показывают HPE/HPL и VPE/VPL в зависимости от времени. В общей сложности навигационное решение ESTB было
сгенерировано для 5338 эпох. Соответствующие 95-е процентили составляют 1,5 м для HPE, 2,4 м для VPE, 7,2 м для HPL и 10,0 м для
VPL. Вычисленная доступность составила 100% для всех оцененных режимов полётных операций (CAT-I, APV-II и APV-I). Событий
нарушения целостности не произошло.
Рис. 11. HPE (синяя) и HPL (розовая) в зависимости от времени Рис.
12. VPE (синяя) и VPL (розовая) в зависимости от времени
19 мая 2005 года данные EGNOS были собраны на инструментированном воздушном судне DASSAULT FALCON 50 ВВС Португалии во
время полёта из Лондона в Лиссабон. График на рисунке 13 показывает траекторию полёта и доступность услуги. Данные были собраны
с помощью приёмника SEPTENTRIO POLARX-2, а навигационное решение EGNOS было вычислено с использованием данных,
транслируемых геоспутником PRN124.
Рис. 13. Траектория полёта и доступность услуги
Рисунок 14 показывает вычисленные уровни защиты. Представленные результаты показывают, что общие характеристики EGNOS были
ухудшены вблизи Лондона, потому что в то время они находились близко к границе зоны покрытия EGNOS, поэтому количество
используемых спутников невелико. Оценка была проведена для 8960 эпох, и вычисленная доступность системы составила 83,3% (CAT-I),
99,0% (APV-II) и 99,0% (APV-I). 95-е процентили уровней защиты составляют 19,9 м (HPL) и 17,2 м (VPL).
Рис. 14. HPL (синяя), VPL (розовая), NSV в зависимости от времени
8 декабря 2005 года данные EGNOS были собраны на инструментированном воздушном судне DASSAULT FALCON 50 ВВС Португалии
во время полёта из Лиссабона в Кёльн и обратно. Данные EGNOS были собраны с помощью приёмника SEPTENTRIO POLARX-2, а
навигационное решение EGNOS было вычислено с использованием данных, транслируемых геоспутником PRN124. Сбор данных был
прерван в Кёльне. Рисунок 15 показывает траекторию полёта и доступность услуги.
Рис. 15. Траектория полёта и доступность услуги
Вычисленная доступность системы в прямом полёте, 6605 эпох, составила соответственно 97,5% (CAT-I), 99,9% (APV-II) и 99,9% (APVI). 95-е процентили составляют 8,7 м (HPL) и 13,6 м (VPL). Для обратного полёта, 10025 эпох, мы получили 74,8% (CAT-I), 99,9% (APVII) и 99,9% (APV-I). Снова 95-е процентили составляют 9,15 м (HPL) и 9,78 м (VPL).
Эти очень хорошие результаты показывают реальный потенциал системы EGNOS для авиационных применений. Обратите внимание, что
худшие результаты были получены в Португалии, в основном из-за плохой геометрии.
Рисунок 16 показывает траекторию полёта и доступность услуги, вычисленные с использованием данных, собранных 12 декабря 2005 года
с помощью приёмника SEPTENTRIO POLARX-2 на борту DASSAULT FALCON 50 во время полёта из Алжира в Лиссабон. Навигационное
решение EGNOS было вычислено с использованием данных, транслируемых геоспутником PRN126.
Рис. 16. Траектория полёта и доступность услуги
Вычисленные показатели доступности услуги составили 65,3% (CAT-I), 100% (APV-II) и 100% (APV-I). Это также очень хорошие
результаты, полученные на границе зоны покрытия EGNOS. Рисунок 17 показывает ошибки навигации и уровни защиты в районе
Лиссабона. Эталонная траектория воздушного судна была вычислена с помощью программного обеспечения TRIMBLE TOTAL
CONTROL, с использованием опорных данных L1/L2, собранных в аэропорту Лиссабона, на максимальном расстоянии 50 км.
Рис. 17. Ошибки навигации (синие) и уровни защиты (розовые) в районе Лиссабона
Снова представленные результаты очень хороши и соответствуют всем требованиям SARPs ИКАО для полётных операций CAT-I, что
даже лучше требований EGNOS.
6. Заключение
Работа, представленная в данной статье, показывает вклад Португалии в эксплуатационную валидацию системы EGNOS. Больше, чем
просто работа авторов, эта статья иллюстрирует работу большого числа людей и организаций, в частности, благодаря совместным усилиям
внутри EDCN и в координации с ESA.
Даже если результаты статической оценки EGNOS, выполненной в Лиссабоне, в настоящее время не соответствуют определённым
требованиям, когда система EGNOS станет оперативной, её характеристики улучшатся. Результаты лётных испытаний очень
многообещающи и показывают, что общие характеристики EGNOS лучше, когда приёмник находится на борту воздушного судна.
Например, требуемая доступность APV-II 99% была получена во всех представленных лётных испытаниях. Дальнейшая работа будет
сосредоточена на влиянии манёвров воздушного судна и на тестировании эксплуатационных правил и процедур для использования
воздушными судами системы EGNOS в качестве навигационной системы, в частности, в соответствии с положениями Документа ИКАО
8071.
Список литературы
[1] Веб-сайт Европейского космического агентства (ESA). http://www.esa.int/esaNA/egnos.html. [2] Поправка 77 к Приложению 10 к
Конвенции о международной гражданской авиации, Том I – Авиационная электросвязь, Радионавигационные средства. Международная
организация гражданской авиации (ИКАО), 2001. [3] Soley S, Farnworth R, van den Berg A, Kremers R, Sanz J, Macabiau C and Fonseca A.
The Data Collection Network: EGNOS revealed. Европейская навигационная конференция GNSS 2004, Роттердам, Нидерланды, доклад 14,
2004. [4] Веб-сайт Европейского провайдера спутниковых услуг (ESSP). http://www.essp.be. [5] Secretan H, Ventura-Traveset J, Toran F,
Solari G and Basker S. EGNOS System Test Bed evolution and utilization. Труды Европейской навигационной конференции GNSS 2001,
Севилья, Испания, 2001. [6] Breeuwer E, Farnworth R and Soley S. GNSS-1 Operational Validation: results of early trials. Труды Европейской
навигационной конференции GNSS 2001, Севилья, Испания, 2001. [7] Breeuwer E, Farnworth R and Soley S. EGNOS Operational Validation:
a status update. Труды ION GPS 2001, Солт-Лейк-Сити, Юта, США, 2001. [8] Minimum Operational Performance Standards (MOPS) for Global
Positioning System (GPS)/Wide Area Augmentation System (WAAS) Airborne Equipment. RTCA-DO-229C, Радиотехническая комиссия по
аэронавигации (RTCA), 2001. [9] Butzhmuhlen C, Stolz R, Farnworth R and Breeuwer E. PEGASUS – Prototype development for EGNOS data
evaluation – First user experiences with the EGNOS System Testbed. Труды Национальной технической встречи ION 2001, Лонг-Бич,
Калифорния, США, 2001. [10] Kremers R, Tiberius C, Le A, Soley S and Lorca R. Single-frequency Wide Area DGPS: flight trial results with
EGNOS and PPP. Европейская навигационная конференция ENC 2006, Манчестер, Великобритания, 2006.