Clarificando los conceptos ABAS SBAS y GBAS

El otro día estaba dando la clase correspondiente al FMS y empecé a explicar el tema del posicionamiento por satélite. Con tanto follón de siglas lo mejor para mis alumnos fue coger una lámina grande en uno de los "Flip-Chart" y hacer un esquema muy simplificado. Ahí se puede ver claramente que el nombre genérico de cualquier sistema de posicionamiento por satélite es GNSS. El mayor problema de estos sistemas es la integridad. La forma de pode resolver el problema es aumentar la señal. Existen tres tipos básicos de aumento, según estén basados en el avión (ABAS), en tierra (GBAS) o en el espacio (SBAS). 

Para poder utilizar el sistema GNSS en la aviación civil, esta impone estrictos requisitos sobre los niveles de precisión, integridad, continuidad del servicio y disponibilidad proporcionados por los GNSS. Uno de los aspectos esenciales depende de la integridad y su impacto en la seguridad, que es el principal impulsor de la aviación civil. La integridad se refiere a la usabilidad de la señal del satélite y significa que esta no es errónea. Es la capacidad de un sistema para proporcionar advertencias a los usuarios cuando el sistema tiene problemas que afectan a la navegación como resultado de fallos. Es el equivalente moderno a la bandera roja de los antiguos instrumentos, cuando estos no captaban la señal de forma correcta. Los sistemas actuales basados ​​en satélites (por ejemplo, GPS y GLONASS) no fueron diseñados para cumplir con los requisitos de monitorización de integridad para la navegación de la aviación civil. Por ejemplo, si un satélite tiene problemas con el reloj, el GNSS no puede proporcionar advertencias rápidas de que este satélite no es utilizable. Las fuentes de error, como los retrasos de satélite o ionosféricos, pueden introducir varios metros de error en la posición de un avión. Estos problemas requieren la corrección en tiempo real de esos errores, especialmente durante las operaciones de aproximación con poca o nula visibilidad. Con el fin de proporcionar una solución para la monitorización de la integridad, se han desarrollado varios sistemas llamados de aumentación de la señal, como ABAS, SBAS y GBAS.

ABAS Un sistema de aumento basado en las aeronaves (Aircraft Based Augmentation System). Es un sistema que aumenta la información GNSS o integra esta información con la información disponible en el avión. El ABAS proporciona información GNSS según sea necesario para medios complementarios de navegación. El ABAS está enfocado únicamente para proporcionar integridad y no realiza correcciones para la precisión. La implementación actual del ABAS es posible a través de RAIM o AAIM: -RAIM: Monitorización de la integridad autónoma del receptor (Receiver Autonomous Integrity Monitoring). La funcionalidad RAIM es una forma de monitorización de la integridad realizada dentro de la propia aviónica. Un receptor GNSS determina de forma autónoma la integridad de los datos recibidos de cada satélite y, en general, de la constelación de satélites. Garantiza que las señales recibidas del satélite cumplan los requisitos de integridad para una fase de vuelo determinada. Esto es algo distinto de los enfoques SBAS o enfoques de basados en la precisión. Sin capacidad RAIM, los pilotos no tienen garantía de la precisión de la posición GNSS. Para los receptores en los que RAIM utiliza señales GNSS aumentadas con la altitud (con asistencia barométrica), se requieren un mínimo de cuatro satélites para detectar un satélite defectuoso. Para receptores en los que RAIM no cuenta con ayuda barométrica, se requiere un mínimo de cinco satélites para detectar un satélite defectuoso. Algunos receptores incorporan RAIM con un algoritmo llamado Detección y Exclusión de Fallos (FDE). En este caso, se requieren al menos seis satélites para detectar y excluir un satélite defectuoso de la solución de navegación. -AAIM: Monitorización de Integridad Autonóma por la Aeronave (Aircraft Autonomous Integrity Monitoring). La señal GNSS se integra con otros sensores de navegación, como por ejemplo el sistema de navegación inercial (INS). Posteriormente, el INS realiza una verificación de integridad de los datos GNSS cuando la funcionalidad RAIM no está disponible.

SBAS Un sistema de aumento basado en satélites (SBAS - Satelite Based Augmentation System) es un sistema de aumento diferencial de área amplia. Consiste en una red de estaciones de referencia desplegadas sobre un área de servicio para monitorizar las señales de distancia de la constelación de satélites. Las estaciones de referencia se inspeccionan con precisión y son capaces de detectar cualquier error en las señales GNSS recibidas. Las estaciones de referencia recopilan y procesan todos los datos GNSS y los envían a una estación principal a través de una red de comunicación terrestre. En la estación maestra, se generan los mensajes de aumento. Estos mensajes contienen información que permite a los receptores GNSS eliminar errores en la señal recibida (órbita del satélite, errores de reloj, errores ionosféricos, etc.). Además, los mensajes contienen información de integridad en el área de servicio, lo que permite un aumento significativo en la precisión y confiabilidad de la posición. Una vez calculados, la estación maestra envía mensajes de aumento por medio de un enlace de datos a los satélites geoestacionarios (Up-link to GEO sats). Estos satélites envían los mensajes de aumento a los receptores GNSS instalados en los aviones equipados con SBAS en el área de servicio. El SBAS posibilita la navegación RNP y las aproximaciones RNP con asistencia de localizador (LP o Localizer Perfomance) y con LPV o asistencia de localizador y guiado vertical (Localizer Performance and Vertical guidance). Los mínimos requeridos son menores que los mínimos de LNAV o LNAV/VNAV, pero no son enfoques de precisión de acuerdo con el Anexo 10 de la OACI. El objetivo principal de SBAS es proporcionar garantía de integridad. Sin embargo, aumenta la precisión de posición horizontal y vertical. Los errores de posición horizontal son de 1 a 2 metros, mientras que los errores de posición vertical son de 2 a 3 metros. Actualmente existen varias plataformas SBAS operativas, como la denominada WAAS en Estados Unidos, EGNOS en Europa y MSAS en Japón. Se están poniendo en práctica otras plataformas SBAS, como SDCM en Rusia, GAGAN en India y SNAS en China.

GBAS es un sistema de aumento basado en tierra (Ground Based Augmentation System). Es un sistema de aumento diferencial de área local. Sin embargo, difiere del SBAS ya que está diseñado para proporcionar un aumento en un área alrededor del aeropuerto en lugar de a nivel de país o continental. Además, mientras que el SBAS utiliza los satélites GEO para transmitir información de aumento a los receptores GNSS, el GBAS utiliza transmisión de datos de muy alta frecuencia (VDB en VHF). Por lo tanto, el GBAS tiene una cobertura de aproximadamente 30 km alrededor del aeropuerto. El GBAS consiste en un subsistema terrestre GBAS y un subsistema de avión GBAS. Proporciona niveles mejorados de servicio que soportan operaciones de aproximación, aterrizaje, salida y superficie. Al igual que el SBAS, el objetivo principal del GBAS es proporcionar garantía de la señal recibida o integridad. Sin embargo, aumenta la precisión de posición horizontal y vertical. Los errores horizontales y verticales con este sistema son menores de un metro. La tecnología GBAS actual solo admite aproximaciones con mínimos tan bajos como los mínimos que se requieren para un ILS de Cat I. El poder efectuar aproximaciones con mínimos Cat II y Cat III se requieren cambios en la constelación GNSS que no estarán disponibles hasta que se complete la próxima generación de satélites. El equipo de tierra incluye cuatro receptores de referencia, una instalación de tierra GBAS y un transmisor de transmisión de datos VHF (VDB). La aviónica GBAS en los aviones complementa el equipo de tierra GBAS. Los receptores de referencia GBAS calculan su posición recopilando datos de los satélites en el aeropuerto equipado. Entonces los receptores de referencia y la instalación de tierra GBAS trabajan juntos para medir los errores en la posición GNSS proporcionada. La instalación de tierra crea un mensaje de aumento basado en la diferencia entre la posición real y la calculada. Este mensaje también incluye parámetros de integridad e información de ruta para la aproximación. La transmisión de datos VHF (VDB) transmite los mensajes de aumento a través del área de cobertura GBAS a receptores GNSS en aviones equipados con GBAS. El GBAS proporciona a los aviones información de orientación horizontal y vertical y permite procedimientos de aproximación con mínimos de hasta 200 pies. Estas aproximaciones se denominan GLS y son enfoques de precisión de acuerdo con el Anexo 10 de la OACI.