Автономный контроль целостности приемника

Автономный мониторинг целостности приемника ( RAIM ) — это технология, разработанная для оценки целостности отдельных сигналов, собранных и интегрированных приемными устройствами, используемыми в глобальной навигационной спутниковой системе (GNSS). Целостность принимаемых сигналов и, как следствие, правильность и точность определения местоположения приемника имеют особое значение в критически важных для безопасности применениях ГНСС, таких как авиация или морская навигация .

Система глобального позиционирования (GPS) не содержит никакой внутренней информации о целостности своих сигналов. Спутник GPS может передавать слегка неверную информацию, что приведет к неправильной навигационной информации, но приемник не может определить это с помощью стандартных методов. RAIM использует избыточные сигналы для создания нескольких определений местоположения GPS и их сравнения, а статистическая функция определяет, может ли неисправность быть связана с каким-либо из сигналов. RAIM считается доступным, если работают 24 или более спутников GPS. Если количество спутников GPS составляет 23 или меньше, доступность RAIM необходимо проверить с помощью утвержденного наземного программного обеспечения для прогнозирования.

Некоторые системы, связанные с GPS, также предоставляют сигналы целостности отдельно от GPS. Среди них — система WAAS , которая использует отдельные сигналы, транслируемые с разных спутников, для прямого указания на эти проблемы.

Общее описание

RAIM обнаруживает неисправности посредством резервного измерения псевдодальности GPS . То есть, когда доступно больше спутников, чем необходимо для определения местоположения, все дополнительные псевдодальности должны соответствовать вычисленному положению. Псевдодальность, которая значительно отличается от ожидаемого значения (т. е. выброс ), может указывать на неисправность соответствующего спутника или другую проблему целостности сигнала (например, ионосферную дисперсию). Традиционный RAIM использует только обнаружение неисправностей (FD), однако новые GPS-приемники включают обнаружение и исключение неисправностей (FDE), что позволяет им продолжать работу в случае сбоя GPS.

Используемая статистика теста является функцией остатка измерения псевдодальности (разницы между ожидаемым измерением и наблюдаемым измерением) и степени избыточности. Статистика теста сравнивается с пороговым значением, которое определяется на основе требуемой вероятности ложной тревоги (Pfa).

РАИМ

Автономный контроль целостности приемника (RAIM) обеспечивает мониторинг целостности GPS для авиационных приложений. Чтобы приемник GPS мог выполнять функцию RAIM или обнаружения неисправностей (FD), ему должны быть видны как минимум пять видимых спутников с удовлетворительной геометрией. RAIM имеет различные варианты реализации; один из них выполняет проверки согласованности между всеми решениями о местоположении, полученными с различными подмножествами видимых спутников. Приемник отправляет предупреждение пилоту, если проверки согласованности не пройдены.

Доступность RAIM является важной проблемой при использовании такого типа алгоритма в приложениях, критически важных для безопасности (например, в авиационных); Фактически, из-за геометрии и обслуживания спутниковых служб RAIM вообще не всегда доступен, а это означает, что антенна приемника иногда может иметь в поле зрения менее пяти спутников.

Доступность также является показателем производительности алгоритма RAIM. Доступность является функцией геометрии рассматриваемого созвездия и других условий окружающей среды. Если доступность рассматривается таким образом, становится ясно, что это не функция включения-выключения, означающая, что алгоритм может быть доступен, но не с требуемой производительностью для обнаружения сбоя, когда он происходит. Таким образом, доступность является фактором производительности алгоритма и характеризует каждый из различных типов алгоритмов и методологий RAIM.

Обнаружение и исключение неисправностей

Расширенная версия RAIM, используемая в некоторых приемниках, известна как обнаружение и исключение ошибок (FDE). По крайней мере, один спутник, помимо тех, которые необходимы для навигации, должен находиться в поле зрения, чтобы приемник мог выполнять функцию RAIM; таким образом, для обнаружения аномалий целостности RAIM требуется минимум пять спутников в поле зрения или четыре спутника и барометрический высотомер (баропомощь, метод улучшения решения целостности GPS за счет использования неспутникового источника входных данных). Для приемников, способных это делать, RAIM нуждается в шести спутниках в поле зрения (или пяти спутниках с баропомощью), чтобы изолировать искаженный спутниковый сигнал и удалить его из навигационного решения.

При обнаружении правильное исключение неисправности определяет и исключает источник неисправности (без обязательного определения отдельного источника, вызывающего проблему), тем самым позволяя продолжить навигацию по GNSS без перерывов. Доступность RAIM и FDE будет немного ниже для операций в средних широтах и ​​немного выше для экваториальных и высоких широт из-за характера орбит. Использование спутников из нескольких группировок GNSS или использование спутников SBAS в качестве дополнительных источников измерения дальности может улучшить доступность RAIM и FDE.

Прогноз RAIM

GNSS отличается от традиционных навигационных систем тем, что спутники и зоны ухудшенного покрытия находятся в постоянном движении. Поэтому, если спутник выйдет из строя или будет выведен из эксплуатации на техническое обслуживание, не сразу будет ясно, какие области воздушного пространства будут затронуты, если таковые имеются. Местоположение и продолжительность этих отключений можно предсказать с помощью компьютерного анализа и сообщить пилотам в процессе предполетного планирования. Однако этот процесс прогнозирования не является полностью репрезентативным для всех реализаций RAIM в различных моделях приемников. Инструменты прогнозирования обычно консервативны и, таким образом, прогнозируют более низкую доступность, чем та, которая фактически наблюдается в полете, чтобы обеспечить защиту моделей приемников самого низкого уровня.

Поскольку RAIM работает автономно, то есть без помощи внешних сигналов, он требует избыточных измерений псевдодальности. Для получения 3D-решения местоположения требуется как минимум четыре измерения. Для обнаружения неисправности необходимо не менее 5 измерений, а для выделения и исключения неисправности необходимо не менее шести измерений, однако зачастую в зависимости от геометрии спутника требуется больше измерений. Обычно в поле зрения находится от семи до 12 спутников.

Используемая статистика теста является функцией остатка измерения псевдодальности (разницы между ожидаемым измерением и наблюдаемым измерением) и степени избыточности. Статистика теста сравнивается с пороговым значением, которое определяется исходя из требований к вероятности ложной тревоги (Pfa) и ожидаемому шуму измерения. В авиационных системах Pfa фиксирован на уровне 1/15000.

Предел горизонтальной целостности (HIL) или горизонтальный уровень защиты (HPL) — это цифра, которая представляет собой радиус круга, который центрируется на решении местоположения GPS и гарантированно содержит истинное положение приемника в пределах спецификаций RAIM. схема (т.е. которая соответствует Pfa и Pmd). HPL рассчитывается как функция порога RAIM и геометрии спутника на момент измерений. HPL сравнивается с пределом горизонтальной тревоги (HAL), чтобы определить, доступен ли RAIM.

Сайты прогнозов RAIM

Чтобы пилоты могли быстро определить, будет ли доступен RAIM на маршруте или уровне захода на посадку, ФАУ и Евроконтроль создали веб-сайты «уровня диспетчеризации», которые прогнозируют статус RAIM для удовлетворения требований предполетной проверки.

• Веб-сайт прогнозов RAIM ФАУ «AC 90–100» охватывает территории США в формате графической карты (зеленым цветом показано наличие RAIM, а красным — отсутствие RAIM).
• ЕВРОКОНТРОЛЬ обеспечивает международное покрытие для большинства путевых точек во всемирной базе данных авиационных путевых точек и отображает результаты на шкале «временной шкалы», показывающей прогнозы того, будет ли доступен RAIM с баро- или небаро-контролем.
  • ЕВРОКОНТРОЛЬ заявляет об отказе от ответственности в отношении своих данных (заявляя, что данные Береговой охраны США имеют приоритет), тогда как ФАУ сертифицирует свой веб-сайт как отвечающий нормативным требованиям.
  • С 1 июля 2012 года покрытие AUGUR ограничено только воздушным пространством ECAC.
• С 2006 года служба прогнозирования N-RAIM, размещенная на сервере NAVBLUE, предлагает глобальное покрытие для всех приложений PBN, включая RNP 10, RNAV 5, RNAV 2, RNAV 1, RNP 4, RNP 1, заход на посадку RNP и заход на посадку RNP AR , вплоть до 0,1 морской мили. . Онлайн-инструмент является альтернативой автоматизированному сервису, интегрированному непосредственно в программное обеспечение для планирования полетов. Он постоянно обновляется в соответствии с новыми редакциями Руководства ИКАО по PBN и любыми международными правилами.
• Система прогнозирования и предотвращения RAIM SPACEKEYS, разработанная и размещенная на сервере FLIGHTKEYS, предлагает глобальное покрытие для любого типа прогнозирования RAIM и охватывает все уровни целостности от RNP10 (на маршруте) до захода на посадку по RNP и захода на посадку по RNP AR (вплоть до 0,1 морской мили). Онлайн-инструмент позволяет делать прогнозы RAIM для местоположений и полных траекторий (маршрутов), а также прогнозы RAIM на основе площади. API-интерфейсы REST и SOAP также доступны для интеграции сторонних систем.

Внешние ссылки

• ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ADS-B И RAIM : FAA ADS-B и AC90-100A Инструмент прогнозирования доступности услуг GPS RAIM (SAPT).
• Всемирное покрытие от FAA.
• AUGUR : инструмент прогнозирования GPS RAIM Eurocontrol .
• N-RAIM : инструмент прогнозирования NAVBLUE.
• GPSEasysuite II. Документ Каи Борре Ольборгского университета.
• SPACEKEYS RAIM Прогнозирование и предотвращение : система прогнозирования и предотвращения SPACEKEYS RAIM (разработанная FLIGHTKEYS).