ALTERNATYWA DLA DGPS W LOTNICTWIE

Tradycyjne metody wyznaczania pozycji

samolotów  wymagają  2  odbiorników  DGPS,  jeden
umieszczony  w  samolocie,  drugi  na  pozycji  o
znanych  współrzędnych  na  ziemi.  Grupa  osób  z
Boeinga  poszukuje  alternatywnych  technologii
pozycjonowania  w  celu  zmniejszenia  kosztów
operacyjnych  zapewniając  przy  tym  wystarczającą
dokładność wyznaczania pozycji samolotu.

Większość lotów testowych odbywała się w

pobliżu

pasów

startowych

określonych

warunkach środowiskowych.

Ponieważ system DGPS wymaga odbiornika

na  ziemi  o  znanych  współrzędnych,  to  część
naziemna  systemu  musi  być  umieszczona  przed
lotem.  To  wymaga  dużej  ilości  testów,  dużej  ilości
startów  i  lądowań  samolotu,  wynagrodzeń  dla
personelu,

kupna

konserwacji

drugiego

odbiornika.

WPROWADZ

ENIE

Testy trwały 9 dni, łącznie 33 godziny latania.

W celu sprawdzenia systemu w różnych warunkach
pogodowych testy odbywały się w zachodniej części
USA i możliwie w jak najwyższych szerokościach
geograficznych.

Testy

uwzględniały

wszelkie

manewry, jakie można wykonywać samolotem:
startowania, lądowania, zawracanie, pikowanie,
wznoszenie i lot na dużych wysokościach.

System DGPS Aircraft Position (DAP) zbiera

dane

dwuczęstotliwościowego

odbiornika

referencyjnego GPS w celu oszacowania poprawek.
Poprawki z odbiornika są zbierane i wykorzystywane
do poprawy pozycji samolotu. System DAP eliminuje
błędy pozycji satelitów, błędów zegara, jonosfery i
troposfery.

Poprzez

zamontowanie

anteny

(Gps+Lane-

BandAntenna) w samolocie, SBAS zapewnia dokładne
pozycjonowanie

czasie

rzeczywistym

dzięki

poprawkom do danych z GPS.

Stacja kontrolna zbiera informacje dotyczące orbit

satelitów, błędów chodu czasu zegara przez niezależną
sieć

stacji

referencyjnych

wyposażonych

dwuczęstotliwościowe odbiorniki. Stacje kontrolne
wyliczają poprawki do satelitów i przesyłają je w czasie
rzeczywistym

przez

geostacjonarne

satelity.

Oprogramowanie

zastosowane

odbiorniku

pokładzie samolotu uwzględnia te poprawki do pozycji
samolotu

dodając

poprawkę

jonosferyczną

troposferyczną.

SBAS

GEO (geostacjonarne satelity) dostarczają

informacje  dotycząca  orbity  co  10  sekund.  Gdy
pozycja  satelity  jest  znana  z  dokładnością  20-30
metrów,  a  błąd  chodu  czasu  zegara  z  dokładnością
nanosekundową, system może oszacować pozycję z
dokładnością

decymetra

bez

użycia

stacji

referencyjnych. Ta technika może być również
nazywana pozycjonowaniem precyzyjnym w czasie
rzeczywistym.

Jedna

wad

systemu

związaną

komercyjnego

użytku

SBASa

jest

potrzeba

statycznej  inicjalizacji,  aby  otrzymać  jak  najlepsze
wyniki. To oznacza, że jeśli stracimy sygnał satelity
GPS,  to  odbiornik  będzie  wymagał  5  minut  na
zdobycie  poprawek  do  rozwiązania  poprawnej
pozycji,  taką  jaką  daje  nam  DAP.  Czas  inicjalizacji
zwiększa się, gdy samolot jest w ruchu.

Tabela

przedstawia

statyczny

okres

inicjalizacji i czas konwergencji do każdego z
lotów testowych. Aby spełnić wymagania
dotychczasowego systemu DAP, odbiornik musi
działać statycznie przez około 25 minut.

PPP

Jest metodą, która korzysta z ogólnoświatowej sieci

odbiorników GPS podobna do tej, co sieć SBAS, w celu
generowania

precyzyjnych

orbit

satelitów

GPS,

poprawek chodu zegara. Obecne oprogramowanie PPP
może  być  wykorzystane  w  celu  zmniejszenia  błędów
poprzez  zastosowanie  poprawek  do  chodu  zegara,
poziomu  oceanów  i  to  pozwala  na  usunięcie
oszacowanego  błędu  chodu  zegara  odbiornika,  by
osiągnąć  jak  najwyższa  pozycję.  Dokładność  PPP
zależy od geometrii rozmieszczenia satelitów i sygnału
docierającego od satelity. Biuro logistyczne lotów musi
zaplanować  lot  tak  ,by  był  dostępny  sygnał  satelitów
GPS  oraz  ich  dobra  geometria  by  skrócić  czas
konwergencji.  Do  tego  celu  używa  się  narzędzia
mission planning.

Używając tej metody nigdy nie został

utracony  sygnał  z  satelitów,  co  ma  znaczący  wpływ
na  otrzymane  wyniki.  Dane  pokazują,  że  czas
konwergencji  był  krótki  i  jest  porównywalny  z
systemem DAP.

Rozwiązanie PPP korzysta z poprawek z

Centrum  Wyznaczania  Orbit  (Center  for  Orbit
Determination  in  Europe  (CODE)).  Postprocessing
zapewnia  przewagę  nad  rozwiązaniami  w  czasie
rzeczywistym  systemu  SBAS,  jest  mniej  zależny  od
wstępnej

inicjalizacji

statycznej,

łącząc

dwa

niezależne rozwiązania.

Podstawowa wadą metody PPP, związaną z

postprocessingiem, jest to, że skorygowane dane
pozycji nie są natychmiast dostępne. PPP wymaga
szybkich plików (rapidfiles) lub ostatecznych danych
(finalfiles), które są dostępne za pośrednictwem IGS

Szybkie pliki zawierają dane korekcji orbity z

interwałem 15minut i poprawki chodu czasu zegara
z interwałem 5 minutowym. Zaktualizowane pliki są
tworzone codziennie, a tworzą je niezależne agencje
posiadające swoje zestawy monitorujące.

Ostateczne pliki są aktualizowane co tydzień,

z opóźnieniem 12 dniowym. W każdym tygodniu
agencje IGS przedstawiają szybkie pliki do ośrodków
IGS w celu analizy, które są przetwarzane by
stworzyć ostateczny plik.

Analiza danych

Badania, na których opierają się analizy

dokładności wyznaczania pozycji, były oparte o
loty Boeinga 777 w przeciągu 9 dni w pobliżu 4
anten, o znanych współrzędnych umieszczonych w
portach lotniczych : Boeing Field (BFI) w Seattle w
stanie

Waszyngton,

Moses

Lake

stanie

Waszyngton (MWh), Colorado Springs w stanie
Colorado (COS) oraz Billings w stanie Montana
(BIL).

Podczas

trwania

całego

testu

zostało

zapisanych

121355

punktów

interwałem

wynoszącym  1s,  które  zostały  wykorzystane  do
analiz.  W  celu  sprawdzenia  dokładności  systemów
w różnych sytuacjach, zapisywane punkty dotyczyły
pozycji  podczas  startu  samolotu,  lądowania,
wznoszenia,  opadania,  zawracania,  obrotów,  jak  i
również lotu na dużych wysokościach.

Wszystkie

dane

zostały

porównane

zależności od długości, szerokości geograficznej
oraz wysokości lotu. Łącznie 121355 wspólnych
punktów dla systemów SBAS, PPP i DAP dały 33,7h
danych.

Porównanie

dokładności

systemu SBAS z

DAP

Tabela 3 – różnice w określeniu pozycji samolotu

miedzy systemem DAP, a SBAS.

Porównanie

systemu PPP z DAP

Porównanie

systemu

PPP

DAB

zostało

przeprowadzone podczas testów samolotu Boeing
777.

W celu pokazania skuteczności systemu badania

zostały przeprowadzone również nad lotniskiem
Keflavik w Islandii.

Wnioski

Badania polegające na sprawdzeniu dokładności

systemów  SBAS  i  PPP  ukazują,  że  stosowana  w
lotnictwie  metoda  DGPS  może  zostać  przez  nie
zastąpiona. Ma to istotny wpływ na koszty związane
z  nawigacją  lotniczą  i  koszty  eksploatacyjne
odbiorników,  ponieważ  nowe  metody nie  wymagają
odbiornika  referencyjnego  zlokalizowanego  na
ziemi

wyznaczenia

dokładnej

pozycji.

Rozwiązania SBAS i PPP okazały się na tyle
dokładne i wydajne, że z powodzeniem mogą
konkurować ze starszym systemem DAP.

Różnice w wyznaczaniu pozycji przez te

systemy  w  zależności  od  lokalizacji    samolotu
wynosiły  ok.  16cali    na  wschodzie,  6  cali  na
północy  i  ok.  19  cali  na  wysokości.  Tabela  12
zawiera zestawienie dokładności systemów SBAS i
PPP w stosunku do DAP.

Tabela 12

Wnioski cd.

Problem z osiągnięciem dokładnej pozycji

pojawia się na wysokich szerokościach, gdzie
często

występująca

słaba

geometria

rozmieszczenia satelitów uniemożliwia dokładne
pozycjonowanie. W celu zminimalizowania tego
zjawiska planuje się czas lotu tak, aby uzyskać
najlepszą

widoczność

satelitów

czasie

przelotu.  Przeloty  okołobiegunowe  nie  były
jeszcze  realizowane,  dlatego  dokładności  i
zachowanie  się  systemów  w  tych  szerokościach
nie są jeszcze znane.

Wnioski

cd.

Document Outline