Система посадки самолетов при любых погодных условиях (GBAS/LAAS)

Введение

Система посадки самолетов в любых погодных условиях

Система локального увеличения местности (LAAS) – это система посадки самолетов в любых погодных условиях, основанная на дифференциальной коррекции сигнала GPS в реальном времени. Локальные опорные приемники, расположенные вокруг аэропорта, передают данные в центральный пункт в аэропорту. Эти данные используются для формирования корректирующего сообщения, которое затем передается пользователям по каналу VHF Data Link. Приемник на борту воздушного судна использует эту информацию для коррекции сигналов GPS, что обеспечивает отображение информации в стиле стандартной системы инструментальной посадки (ILS) при выполнении захода на посадку с высокой точностью. Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) прекратило использование термина LAAS и перешло на терминологию Международной организации гражданской авиации (ИКАО) – наземная система повышения точности (GBAS). Хотя FAA неопределенно отложила планы по федеральному приобретению систем GBAS, аэропорты могут приобретать и устанавливать эту систему как нефедеральное средство навигации.

История

Система наземного усиления (GBAS) с авиационными стандартами, определенными в стандартах и рекомендуемых практиках Международной организации гражданской авиации (ICAO) (SARPS), Приложение 10 о радиочастотной навигации, обеспечивает международные стандарты для усиления GPS в целях поддержки точной посадки. История этих стандартов восходит к разработке Федеральным управлением авиации США системы локального увеличения (LAAS). Многие источники по-прежнему используют термин LAAS, хотя в настоящее время международная терминология – GBAS и GBAS Landing System (GLS). GBAS контролирует спутники GNSS и предоставляет корректирующие сообщения пользователям в зоне действия станции GBAS. Этот мониторинг позволяет GBAS обнаруживать нештатное поведение спутников GPS и предупреждать пользователей в сроки, необходимые для авиационных применений. GBAS обеспечивает коррекцию сигналов GPS, что приводит к повышению точности, достаточной для выполнения операций точного захода на посадку воздушных судов. Более подробную информацию о принципах работы GBAS можно найти в документе «Как работает GBAS». Действующие стандарты GBAS усиливают только одну частоту GNSS и поддерживают посадку до минимумов категории 1. Эти системы GBAS идентифицируются как GBAS Approach Service Type C (GAST C). Проект требований к системе GAST D находится на рассмотрении в ИКАО. Система GAST D будет поддерживать операции до минимумов категории III. Многие организации проводят исследования в области многочастотного GBAS. Другие работы направлены на изучение возможности добавления коррекций Galileo для GBAS. Компания Honeywell разработала нефедеральную систему GBAS CAT 1, получившую одобрение проектной документации от Федерального управления авиации (FAA) в сентябре 2009 года [1]. Установка GBAS в международном аэропорту Ньюарк-Либерти получила разрешение на эксплуатацию 28 сентября 2012 года. Вторая система GBAS, установленная в межконтинентальном аэропорту Хьюстона, получила разрешение на эксплуатацию 23 апреля 2013 года. Системы Honeywell также установлены за рубежом, в том числе действующая система в Бремене, Германия. Дополнительные системы установлены или находятся в процессе установки. Ожидается скорое получение разрешения на эксплуатацию еще нескольких систем.

The ground based augmentation system (GBAS) with aviation standards identified in International Civil Aviation Organization (ICAO) Standards and Recommended Practices (SARPS), Annex 10 on radio frequency navigation provides international standards for augmentation of GPS to support precision landing. The history of these standards can trace back to efforts in the United States by the Federal Aviation Administration to develop a Local Area Augmentation System (LAAS). Many references still refer to LAAS, although the current international terminology is GBAS and GBAS Landing System (GLS). GBAS monitors GNSS satellites and provides correction messages to users in the vicinity of the GBAS station. The monitoring enables the GBAS to detect anomalous GPS satellite behavior and alert users in a time frame appropriate for aviation uses. The GBAS provides corrections to the GPS signals with a resulting improvement in accuracy sufficient to support aircraft precision approach operations. For more information on how GBAS works, see GBAS How It Works. Current GBAS standards only augment a single GNSS frequency and support landings to Category 1 minima. These GBAS systems are identified as GBAS Approach Service Type C (GAST C). Draft requirements for a GAST D system are under review by ICAO. A GAST D system will support operations to Category III minima. Many organizations are conducting research in multi frequency GBAS. Other efforts are exploring the addition of Galileo corrections for GBAS. Honeywell has developed a Non Federal CAT 1 GBAS which received system design approval from the Federal Aviation Administration (FAA) in September 2009 [1]. The GBAS installation at Newark Liberty International Airport achieved Operational Approval on September 28, 2012. A second GBAS installed at Houston Intercontinental Airport received operational approval on April 23, 2013. Honeywell systems are also installed internationally, with an operational system in Bremen, Germany. Additional systems are installed or in the process of being installed. Operational approval of several more systems is expected shortly.

Операция

Местные опорные приемники расположены вокруг аэропорта в точно определенных точках. Сигнал, принимаемый от группировки спутников GPS, используется для вычисления местоположения наземной станции LAAS, которое затем сравнивается с ее предварительно определенным местоположением. Эти данные используются для формирования корректирующего сообщения, которое передается пользователям по каналу передачи данных VHF. Приемник на борту воздушного судна использует эту информацию для коррекции принимаемых сигналов GPS. Эта информация используется для создания индикации типа ILS, предназначенной для захода на посадку и посадки самолетов. Система CAT I от Honeywell обеспечивает точный заход на посадку в радиусе 23 морских миль вокруг одного аэропорта. LAAS снижает влияние помех на GPS в локальной зоне с гораздо большей точностью, чем WAAS, и, следовательно, обеспечивает более высокий уровень обслуживания, недостижимый для WAAS. В настоящее время планируется, что восходящий канал связи LAAS в диапазоне VHF будет совместно использовать частотный диапазон от 108 МГц до 118 МГц с существующими локализаторами ILS и навигационными средствами VOR. LAAS использует технологию множественного доступа с разделением по времени (TDMA) для обслуживания всего аэропорта с использованием одного выделенного частотного ресурса. В перспективе, с заменой ILS, LAAS позволит снизить загруженность полосы частот VHF NAV.

Точность

Нынешняя система GBAS категории 1 (GAST C) обеспечивает точность захода на посадку по приборам категории I – 16 метров по боковому каналу и 4 метра по вертикальному. Цель разработки системы GAST D GBAS – предоставление возможности захода на посадку по приборам категории III. Минимально допустимая точность для боковых и вертикальных ошибок системы категории III указана в RTCA DO 245A, Минимальные стандарты производительности авиационной системы для системы локального увеличения зоны покрытия (LAAS). Система GAST D GBAS позволит самолетам совершать посадку при нулевой видимости, используя системы автоматической посадки.

Преимущества

Одним из основных преимуществ LAAS является то, что одна установка в крупном аэропорту может использоваться для нескольких точных заходов на посадку в пределах данной местности. Например, если в аэропорту Чикаго О'Харе двенадцать торцов взлетно-посадочных полос, каждый из которых оборудован отдельной ILS, все двенадцать установок ILS могут быть заменены одной системой LAAS. Это обеспечивает значительную экономию затрат на техническое обслуживание существующего оборудования ILS. Другое преимущество – возможность выполнения непрямых заходов на посадку. Самолеты, оснащенные технологией LAAS, могут использовать криволинейные или сложные схемы захода на посадку, позволяющие обходить препятствия или снижать уровень шума в районах, прилегающих к аэропорту. Эта технология имеет схожие характеристики со старой системой микроволновой посадки (MLS), широко используемой в Европе. Обе системы позволяют выполнять сложные заходы на посадку при более низкой видимости, чем это возможно с использованием традиционных систем WAAS (Wide Area Augmentation System) и ILS (Instrument Landing System). FAA также утверждает, что для обеспечения функциональности LAAS и WAAS на борту воздушного судна потребуется только один комплект навигационного оборудования. Это снижает первоначальные затраты и затраты на техническое обслуживание каждого самолета, поскольку вместо нескольких приемников для NDB, DME, VOR, ILS, MLS и GPS требуется только один приемник. FAA надеется, что это приведет к снижению затрат для авиакомпаний и пассажиров, а также для авиации общего назначения.

Недостатки

LAAS разделяет недостатки всех радиочастотных систем посадки; а именно подверженность преднамеренным и случайным помехам.

Вариации

Совместная система точного захода на посадку и посадки (JPALS) – аналогичная система для военного применения. Компания Honeywell разработала серию Honeywell International Satellite Landing System (SLS) 4000 (SLS 4000), которая получила одобрение конструкции системы от FAA 3 сентября 2009 года, а в сентябре 2012 года – одобрение усовершенствованной SLS 4000 (SLS 4000 Block 1).

Будущее

Архитектура предприятия Национальной системы воздушного пространства (NAS) Федерального управления гражданской авиации (FAA) является планом преобразования существующей NAS в систему воздушного транспорта следующего поколения (NextGen). Дорожные карты услуг NAS определяют стратегические мероприятия по предоставлению услуг, направленные на улучшение работы NAS и продвижение к концепции NextGen. Они демонстрируют эволюцию крупных инвестиций и программ FAA в текущие услуги NAS для удовлетворения будущих потребностей. Прецизионные заходы по системе GBAS – одна из инвестиционных программ, предлагающих решение для "повышения гибкости в районе аэродрома" в плане реализации NextGen. FAA планировала заменить устаревшие навигационные системы спутниковой навигацией; однако FAA на неопределенный срок отложила планы по федеральному приобретению систем GBAS, при этом аэропорты могут приобретать и устанавливать их как нефедеральные средства навигации. FAA продолжает разрабатывать системы GBAS и добиваться их международной стандартизации.