O estado da arte do uso do GNSS na aviação civil e os desafios futuros

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1 O estado da arte do uso do GNSS na aviação civil e os desafios futuros Cap Eng Leonardo Marini Pereira INSTITUTO DE CONTROLE DO ESPAÇO AÉREO marinilmp@icea.gov.br

2 Objetivo Expor a demanda atual de pesquisa em GNSS para a aviação brasileira 2

3 Contextualização Roteiro Órgãos envolvidas na aviação Navegação aérea e suas tendências GNSS na aviação O sistema GBAS Expectativas para o futuro 3

4 Esclarecendo as funções... Aviação: Infraestrutura Controle do Espaço Aéreo Administração de aeroportos públicos Normas e diretrizes INTERNACIONAIS 4

5 O Instituto de Controle do Espaço Aéreo Capacitação Treinamento PESQUISA Certificação 5

6 Controle do Espaço Aéreo TWR: Movimentação no solo; chegada e saída de aeronaves no aeroporto APP: Controle em áreas de confluência de rotas; aeronaves chegando e saindo da área terminal (TMA) ACC: Controle de aeronaves em cruzeiro na Região de Informação de Voo (FIR) 6

7 Fases do Voo e Zonas de Controle APP ACC Rota Procedimentos: Aproximação Saída Espera TWR Taxi Pouso Decolagem "Controlled airspaces" por Yuri Ribeiro Sucupira - Obra do próprio. Licenciado sob CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons - 7

8 Tendência Mundial da Aviação Tendência principal: sistemas de posicionamento por satélite Mudança de Tecnologias (LENTA) Comunicação: Rádio Mensagem de texto Navegação: Auxílios rádio GNSS Vigilância: Radar GNSS ( Controle de frota ) Gerenciamento de Tráfego Aéreo: Controle Segmentado + Centro de Gerenciamento 8

9 Navegação Aérea Convencional Auxílios rádio instalados no solo (balizadores): Azimute (VOR) e Distância (DME) Altitude: altímetro (barométrica) GNSS: complemento apenas em rota 9

10 Procedimento VOR/DME 10

11 GNSS na aviação ADS (Automatic Dependent Surveillance) Vigilância colaborativa ( controle de frota ) PBN (Performance-based navigation): Navegação ponto a ponto (RNAV) sem necessariamente interceptar auxílios Navegação por GNSS e sistema inercial RNP (altitude do altímetro) GBAS (Ground-based Augmentation System) Para pouso de precisão com altitude GNSS DGPS com diversos sistemas de segurança 11

12 ADS-B na Bacia de Campos Posicionamento das aeronaves é feito por GNSS e compartilhado entre as aeronaves e com o órgão de controle 12

13 Rotas RNAV e RNP para aprox. e pouso 13

14 PBN 14

15 PBN 15

16 Aproximação RNP-AR no Aeroporto Santos Dumont 16

17 Santos Dumont Airport RNP APCH AR 17

18 Pouso por Instrumento Vídeo do pouso em Guarulhos... 18

19 O Sistema GBAS Técnica DGPS Sat. GPS Posição GPS + Correção GBAS = Posição Corrigida + Procedimento a Executar GBAS Medida do Sinal GPS Cálculo da correção Somente L1 Somente código 19

20 Cálculo da Correção Posição da antena conhecida (levantamento): vetor R Posição do satélite conhecida no instante t (parâmetros de órbita): vetor S Calcula-se PD RS para o instante t Órbita conhecida PD RS A diferença entre o valor medido e o calculado é a correção D PS S Estima-se a variação da correção de modo a predizê-la para instantes anteriores ao instante da correção. R 20

21 Níveis de Proteção O posicionamento é feito em tempo real Para a segurança da operação, é preciso conhecer a precisão do posicionamento que deverá estar dentro de limites aceitáveis (VAL/LAL) Para isso são calculados na aeronave os limites de proteção vertical e lateral (VPL/LPL) A estimativa do VPL/LPL dependem de alguns parâmetros dentre os quais o erro residual devido à ionosfera (s vig ) 21

22 Cálculo do VPL VPL é calculado na aeronave em função de s PD O cálculo de s PD é feito em função de modelos já estabelecidos que consideram: Erro no receptor embarcado na aeronave (s air ) Erro troposférico (s tropo ) Erro ionosférico (s iono = f(s vig ) ) Erro na medida de pseudodistância em solo (s pr_gnd ) Os parâmetros acima são transmitidos pela estação de solo e são calculados na aeronave em função da distância das antenas de referência. 22

23 Requisitos ICAO 23 23

24 Nível de Proteção x Erro de posição FONTE: Adaptado e traduzido de Hoffmann-Wellenhoff (2008) por Barbosa (2010). Situação Sistema Condição Obs I Disponível Seguro Normal II Indisponível Seguro Conservador III Indisponível Seguro Normal IV Disponível Risco Otimista V Disponível Alto Risco Equivocadamente VI Indisponível Risco Otimista 24

25 Requisitos para Aproximação de Precisão 25 25

26 Erro residual da ionosfera Decorrelação espacial em razão das diferentes condições entre a estação de referência e a aeronave É dado em unidades de mm/km (gradiente) É corrigido por um parâmetro que faz parte do cálculo dos limites de proteção Modelo de Risco desenvolvido pela Universidade de Stanford Satellite GPS Frente Ionosférica 110 m/s Gradiente (mm/km) Valor máximo de TEC Extensão Velocidade da Frente (m/s) Ionosfera Normal 70 m/s 45 km LGF 26

27 Situação Atual do GBAS no Brasil DECEA adquiriu uma estação em 2011 Baixo desempenho por ocasião da cintilação Tentativas de solução da empresa desenvolvedora DECEA apoia pesquisa (ICEA) Empresa nacional desenvolvendo GBAS Desenvolvido um modelo de risco ionosférico 27

28 Antenas de Referência no Aeroporto do Galeão 28

29 GBAS AQUISITION 29 29

30 Estações de monitoramento ICEA 30

31 Estações de monitoramento ICEA 31

32 Estações Utilizadas no Modelo de Risco 32

33 Modelo de Risco Brasil 33

34 Distribuição dos gradientes no tempo 34

35 Expansão da Rede ICEA

36 Expansão da Rede ICEA

37 Expansão da Rede ICEA

38 Expansão da Rede ICEA

39 Expansão da Rede ICEA

40 Indicador de Desempenho Estação Monitora Independente (IGM) Funciona como uma aeronave parada no solo em uma posição conhecida Comparação entre a posição corrigida pelo GBAS (ou obtida pelo GPS apenas) e a posição conhecida: Indicador da acurácia do sistema. Dados disponíveis na internet para a estação do Galeão (Rio de Janeiro) e outras estações nos EUA: Principal parâmetro: Acurácia Vertical 40

41 IGM - Variação com a época do ano Agosto de 2011 GPS GBAS 41

42 IGM - Variação com a época do ano Novembro de 2011 Cintilação GPS GBAS Variação do TEC à tarde (maior ionização) Cintilação 42

43 Cintilação Perda de lock? Outubro de 2011 Cintilação? Perda de lock? Número insuficiente de satélites? GPS GBAS 43

44 Demanda Atual Envolvimento da Academia e de centros de pesquisa para estudo do GNSS no contexto da aviação Integração de dados e ferramentas das diferentes redes de receptores 44

45 "É um erro capital teorizar antes de se possuir dados. Sem perceber, pode-se começar a distorcer fatos para se encaixar em teorias em vez de teorias para se encaixar em fatos." Sherlock Holmes, no conto "Um Escândalo na Boêmia", escrito por Sir Arthur Conan Doyle (tradução livre)

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