PROJECTO GNSS
PROJETO GNSS
Para além dos Sistemas de Apoio à Gestão do Tráfego Aéreo, a NAV Portugal participa num importante conjunto de projetos no âmbito das tecnologias de apoio à gestão do tráfego:
O Projeto GNSS (Global Navigation Satellite System)
Em fase de desenvolvimento, destina-se a aplicar a tecnologia de informação e comunicações por satélite ao transporte aéreo. A NAV Portugal é um dos parceiros portugueses neste projeto conjunto da União Europeia, da Agência Espacial Europeia e do Eurocontrol.
De acordo com a Estratégia de Navegação do EUROCONTROL para a região abrangida pela ECAC (European Civil Aviation Conference), nos próximos anos deverá ocorrer a transição gradual para serviços de navegação aérea baseados em navegação por satélite (Global Navigation Satellite System – GNSS).
Os atuais sistemas de navegação por satélite, designadamente o Americano NAVSTAR Global Positioning System (GPS), não oferecem a precisão e a fiabilidade normalmente requeridas a um sistema de navegação aérea.
Visando a disponibilização de serviços adicionais e o incremento da qualidade do serviço prestado, foram definidos sistemas de aumento (augmentation systems) e a sua classificação foi feita pelo ICAO de acordo com a forma de transmitir a informação adicional para os utilizadores.
Destes sistemas destacam-se os designados por sistemas de aumento baseados em satélites (Satellite Based Augmentation Systems – SBAS). Estes sistemas SBAS são constituídos por uma componente no solo (ground segment), que monitoriza a constelação de satélites de navegação, transmitindo para os utilizadores (user segment) as necessárias correções e informação de integridade, através de satélites geostacionários (space segment).
Adicionalmente é transmitida a informação de posição e distância dos satélites geostacionários, permitindo a sua utilização na determinação de uma solução de navegação mais precisa.
Para garantir a interoperacionalidade entre todos os sistemas SBAS, o sinal transmitido para os utilizadores é codificado de forma semelhante à utilizada nos sinais GPS, sendo o seu conteúdo definido pela norma RTCA-DO-229.
De acordo com os requisitos de desempenho para sistemas de navegação aérea definidos pela ICAO, os sistemas SBAS deverão cumprir o especificado para aproximações de precisão de categoria I (CAT-I), em qualquer fase de voo e para qualquer condição meteorológica.
Atualmente estão em desenvolvimento três sistemas SBAS regionais, todos eles de aumento da constelação de navegação NAVSTAR GPS: o sistema americano Wide Area Augmentation System (WAAS); o sistema japonês Multi-Functional Transport Satellite (MTSAT) Satellite-Based Augmentation System (MSAS); o sistema europeu European Geostationary Overlay Navigation Service (EGNOS), cujo desenvolvimento e implementação é assegurado pela Comissão Europeia (CE), pela Agência Espacial Europeia (ESA) e pelo EUROCONTROL, e que cobrirá a região abrangida pela ECAC.
Para permitir a avaliação preliminar do desempenho do e para o desenvolvimento dos meios e procedimentos a utilizar para a sua validação operacional, esteve disponível entre Fevereiro de 2000 e Setembro de 2003 uma versão protótipo do sistema EGNOS, designada por EGNOS System Test Bed (ESTB). Atualmente, e de forma progressiva, procede-se à implementação do sistema EGNOS.
A completa operacionalidade do sistema EGNOS deverá ocorrer num futuro breve.
O EUROCONTROL coordena o ensaio e validação operacional do sistema EGNOS através do GNSS-1 Operational Validation Working Group (GOV). Deste grupo de trabalho fazem ainda parte entidades europeias responsáveis pelos serviços de navegação aérea que pretendem oferecer serviços de navegação aérea baseados na utilização do sistema EGNOS, designadamente as pertencentes ao EGNOS Operators and Infrastructure Group (EOIG) de que faz parte a NAV Portugal.
Visando o teste e validação do sistema EGNOS como sistema de navegação aérea, a NAV Portugal solicitou a colaboração do Grupo de Trabalho de Ensaios em Voo do Instituto Superior Técnico (GTEV/IST) que está associado à Força Aérea Portuguesa (FAP), nomeadamente por intermédio da Esquadra 504 (ESQ504). Toda a informação obtida tem sido partilhada com outras entidades europeias responsáveis pelas mesmas ações, designadamente no âmbito do ESTB Data Collection Network de que o GTEV/IST faz parte.
O teste e validação do sistema EGNOS envolvem campanhas de medição estáticas e dinâmicas, isto é, mediante a realização de ensaios em voo. Com as campanhas de medição estáticas pretende-se validar os modelos estabelecidos para o sistema EGNOS. Em Portugal são normalmente realizadas no Aeroporto Internacional de Lisboa e pontualmente em outros locais julgados relevantes, como é o caso da Madeira e dos Açores. Os ensaios em voo permitem fazer a correlação entre os dados estáticos e os efetivamente verificados sobre uma aeronave em voo.
Através das campanhas de medição estáticas ou dinâmicas são primeiro que tudo recolhidos dados da constelação GPS e do sistema EGNOS. Esta recolha de dados é realizada mediante a utilização de recetores adequados, NovAtel OEM3 e Septentrio PolaRx-2, ligados às respetivas antenas e utilizando meios de registo informatizados. O processamento de dados é feito em tempo diferido, sendo utilizado para o efeito um programa que emula um recetor EGNOS, que é designado por WinGPSAll e cujo desenvolvimento é da responsabilidade do EUROCONTROL. A avaliação do desempenho do sistema EGNOS, decorrente da análise dos resultados obtidos, envolve vários parâmetros seguidamente apresentados.
Precisão (accuracy) que é quantificada pelo erro do sistema de navegação (Navigation System Error – NSE), definido como a diferença entre a posição correspondente à solução de navegação EGNOS e a posição "verdadeira" da antena, sendo expresso pelas suas componentes horizontal (Horizontal Position Error – HPE) e vertical (Vertical Position Error - VPE). Os requisitos impostos pela ICAO para operação em CAT-I são 16 metros para o HPE e 4 a 6 metros para o VPE, dependendo da fase de voo.
Integridade (integrity) que é definida como a capacidade de proteger o utilizador, atempadamente, de soluções de navegação imprecisas, e é quantificada através dos níveis de proteção horizontal (Horizontal Protection Level – HPL) e vertical (Vertical Protection Level – VPL). Os requisitos impostos pela ICAO para operação em CAT-I são 40 metros para o HPL e 10 a 15 metros para o VPL, dependendo da fase de voo.
Continuidade (continuity) que mede a capacidade do sistema operar sem interrupções nos serviços fornecidos.
Disponibilidade (availability) que é definida como a percentagem de tempo em que os serviços providenciados pelo sistema de navegação se encontram dentro dos limites requeridos de desempenho. De acordo como os requisitos impostos pela ICAO, para que um sistema de navegação por satélite seja utilizável para um determinado tipo de operação, a correspondente disponibilidade deverá ser superior a 99%.
Adicionalmente em todas as campanhas de medição é feita a análise de todas as falhas encontradas.
Na realização dos ensaios em voo é utilizada a aeronave Dassault Falcon 20 operada pela ESQ504 e normalmente utilizada na verificação e calibração de ajudas à navegação. Para este efeito foram instaladas nesta aeronave duas antenas, recetores e os necessários meios de recolha de dados.
Como referido anteriormente, para a análise do desempenho do sistema EGNOS é necessário conhecer com precisão a posição "verdadeira" da antena da aeronave utilizada. Para este efeito são utilizados vários métodos complementares: é feita a correção diferencial dos dados obtidos, utilizando informação obtida em estações de referência GPS instaladas no solo e o programa Trimble Total Control (TTC); é gerada na aeronave uma solução de navegação precisa, utilizando um outro recetor GPS com correção diferencial em tempo real, através de um canal de comunicação de dados (data link) UHF e usando uma estação de referência no solo; dados obtidos a partir da consola de instrumentação instalada na aeronave Dassault Falcon 20, utilizando um sistema de aquisição de dados embarcado. A existência desta aeronave instrumentada é também particularmente relevante para o teste de protótipos de recetores EGNOS, de que é exemplo o recetor Septentrio PolaRx-2 que tem sido utilizado.
Todas as campanhas de medição realizadas até ao presente envolveram a utilização do sistema ESTB que, apesar de possuir todas as características do sistema EGNOS, é limitado, pois por exemplo a sua cobertura é insuficiente em Portugal Continental e particularmente na Madeira e nos Açores. No entanto os resultados obtidos mostram que os requisitos impostos pela ICAO para operação em CAT-I são praticamente atingidos em Portugal Continental. Com a realização dos ensaios em voo foi possível verificar que geralmente os dados de desempenho obtidos em voo são melhores que os obtidos no solo.
Mais do que os resultados obtidos, as campanhas de medição realizadas permitiram desenvolver e estabelecer os meios e procedimentos que serão adotados para a avaliação operacional do sistema EGNOS.
Com o progressivo desenvolvimento e implementação do sistema EGNOS, os resultados obtidos com o ESTB levam a crer que os objetivos visados serão alcançados.
Neste momento procede-se à finalização da metodologia a adotar para permitir a validação do sistema EGNOS como sistema de navegação aérea. Podemos desde já antecipar que esta assentará na recolha permanente de dados durante um ano, em vários locais da Europa, nomeadamente em Lisboa e sob a responsabilidade conjunta da NAV Portugal, IST e da FAP.