Sistemas HIGH y AIME como alternativas ABAS al RAIM
El RAIM
El GNSS difiere de los sistemas de navegación tradicionales entre otras cosas, en que los satélites y las áreas de cobertura o las señales degradadas están en constante cambio. Si uno o más satélites fallan en algún momento o alguno de ellos es puesto fuera de servicio por cuestiones de mantenimiento, no queda
inmediatamente claro que áreas del espacio aéreo podrían estar afectadas.
El RAIM o sistema de vigilancia autónoma de la integridad en el receptor, es una tecnología desarrollada para evaluar la integridad del sistema de posicionamiento global(GPS) en un receptor GPS. De acuerdo con el documento 9849 AN/457 “Manual GNSS” la técnica ABAS (Aircraft-based Augmentation System = Sistema de aumentación basada en la aeronave) mas común es el conocido RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring = Receptor de vigilancia
autónoma de la integridad). Según el Anexo 10 de la ICAO relativo a operaciones de navegación aérea basadas en GNSS, las señales del espacio, para
operaciones en ruta, aproximaciones de no precisión (NPA), aproximaciones con guía vertical (APV) y
área terminal deben ser monitorizadas por un sistema de aumentación dentro de la propia aeronave (ABAS).
Antes de iniciar el vuelo, todas las aeronaves deberían verificar si el RAIM está disponible a lo largo de toda la ruta, además la dependencia ATS correspondiente también debería conocer la disponibilidad del RAIM en su
área de responsabilidad. La verificación de que el RAIM se encuentra disponible se hace a través de una aplicación de
software llamada predicción de la disponibilidad RAIM, la cual indica la condición de operación de la
constelación GPS a través de mensajes llamados NANU (Notice Advisory to Navstar User).
Los algoritmos RAIM requieren un mínimo de cinco satélites
visibles con el fin de realizar la detección de algún fallo (FD = Fault Detection) y detectar la presencia de un
error de posición inadmisiblemente grande para un determinado modo de vuelo. Para la detección de fallo
y la exclusión (FDE = Fault Detection and Exclusion) se utiliza un mínimo de seis satélites no sólo para
detectar un satélite defectuoso, sino también para excluirlo de la solución de navegación para que la
función de navegación pueda continuar sin interrupción.
Un sistema de navegación inercial (INS) es un dispositivo verdaderamente único: una "caja negra" que, una vez inicializada, rastreará su propia posición, velocidad, orientación, aceleración y velocidad angular, sin depender de señales externas o comunicación con el mundo exterior. Para llevar a cabo estas funciones, un sistema de navegación inercial utiliza giroscopios (giroscopios) para detectar la rotación y acelerómetros para detectar la aceleración por desplazamiento. Los modernos sistemas inerciales ya no usan los antiguos sistemas mecánicos y hoy en día se les conoce como sistemas de referencia inerciales o IRS. Ver post dedicado: El sistema inercial.
El sistema inercial
Un sistema de navegación inercial (INS) es un dispositivo verdaderamente único: una "caja negra" que, una vez inicializada, rastreará su propia posición, velocidad, orientación, aceleración y velocidad angular, sin depender de señales externas o comunicación con el mundo exterior. Para llevar a cabo estas funciones, un sistema de navegación inercial utiliza giroscopios (giroscopios) para detectar la rotación y acelerómetros para detectar la aceleración por desplazamiento. Los modernos sistemas inerciales ya no usan los antiguos sistemas mecánicos y hoy en día se les conoce como sistemas de referencia inerciales o IRS. Ver post dedicado: El sistema inercial.
El sistema HIGH
Honeywell ha desarrollado un algoritmo que integra el GPS y el IRS en una solución de navegación híbrida adecuada para lograr el 100% de disponibilidad mundial en RNP 0.1 sin el uso de correcciones diferenciales. Este algoritmo, denominado Honeywell Inercial GPS Hybrid (HIGH), mejora las cuatro características críticas de navegación para las operaciones RNP:
- precisión
- integridad
- continuidad
- disponibilidad
Con un mayor nivel de disponibilidad, HIGH admite operaciones RNP más bajas que las que se pueden lograr con el GPS autónomo. Las operaciones RNP requieren que el sistema de navegación proporcione un límite de integridad denominado Límite de integridad horizontal (HIL). El límite de integridad horizontal (HIL) o límite de protección horizontal (HPL) es un número que
representa el radio de un círculo centrado en la solución de posición GPS y se garantiza que contienen la
verdadera posición del receptor dentro de las especificaciones que marca la legislación aérea.
Una operación RNP puede continuar siempre que el valor HIL permanezca por debajo del umbral requerido para ese nivel operativo. En promedio, los HIL autónomos del GPS son al menos un 50% peores que los HIL del sistema HIGH con buenas geometrías satelitales, y se degradan significativamente o no están disponibles cuando el RAIM no se encuentra operativo o durante las interrupciones del GPS. El sistema HIGH mejora la continuidad del sistema al apoyarse en el sistema inercial cuando no hay mediciones provenientes de satélites. Honeywell ha aplicado la tecnología HIGH tanto en aviones militares como en comerciales. Los beneficios operativos de HIGH son claros y se pueden ver al compararlos con las soluciones de posición basadas en simples GPS autónomos. HIGH se basa en el método de separación de soluciones de Honeywell para proporcionar el nivel de integridad y la capacidad de Detección y Exclusión por Fallos (FDE). Con este método, se utiliza una serie de filtros Kalman que proporcionan múltiples soluciones híbridas, cada una excluyendo combinaciones diferentes de cero, uno o dos satélites.
El algoritmo detecta y aísla un satélite defectuoso comparando las distintas soluciones. Dado que una de las diferentes soluciones no contendrá los efectos del error del satélite, siempre podremos contar con una solución no corrompida.
En cuanto a legislación y certificación, el Apéndice R de RTCA/DO-229C proporciona los requisitos y procedimientos de prueba para los sistemas inerciales/GPS integrados. El sistema HIGH de Honeywell ha demostrado el cumplimiento con el Apéndice R. Este cumplimiento del Apéndice R es fundamental para garantizar una base consistente para la certificación de este tipo de sistemas. El documento proporciona resultados de pruebas de vuelo y simulaciones que cuentan con la tecnología HIGH. Estos resultados respaldan el rendimiento mejorado reivindicado para la integridad, continuidad y disponibilidad y se contrasta con los sistemas de GPS independientes. Los resultados muestran claramente que HIGH puede ser utilizado en operaciones RNP muy bajas, como RNP 0.1, así como futuros niveles RNP más bajos incluso.
El sistema AIME
Este sistema empezó a desarrollarse dentro de Litton, hoy en día pertenece a la casa Northrop Grumman. AIME® quiere decir Autonomous Integrity Monitored Extrapolation. Una tecnología que compensa las deficiencias inherentes del GPS al integrar GPS e IRS en un algoritmo único y patentado. AIME® analiza continuamente las señales satelitales e inerciales disponibles. Si la integridad de los datos se ve comprometida, AIME® utiliza automáticamente el historial de posición de la aeronave para mantener la precisión y la integridad. No se requieren programas de monitorización predictiva de integridad autónoma (RAIM) a bordo. El sistema está en estos momentos certificado para su uso en la familia de aviones Airbus.
El sistema AIME® con la extrapolación monitorizada se integra sin problemas con los Sistemas de Referencia Inercial (IRS) de la aeronave, pero también puede ser instalado totalmente integrado en el Sistema de Referencia Inercial de Datos Aéreos de Navegación Global LTN-101 (GNADIRS) de la casa Northrop Grumman. Este sistema también está certificado en la familia de aviones Airbus. Esta certificación significa que el avión puede efectuar una navegación fiable en cualquier parte del mundo, en las áreas terminales y en aproximaciones sin ayudas de radio o programas predictivos basados en tierra.
Reducir costes
La tecnología AIME® permite reducir los costes de operación mediante la eliminación de otros sistemas de navegación de la aeronave (según sea aprobado por las autoridades de certificación), incluyendo VOR, DME, ADF y LORAN. Se obtendrán ahorros adicionales a través de procedimientos operacionales mejorados tanto en ruta como en aproximaciones de no precisión y precisión. Estos equipos también tienen la capacidad de detectar y excluir datos cuestionables de navegación procedentes de satélites, lo que da lugar a una alta integridad y disponibilidad. Las exhaustivas pruebas y simulaciones de vuelo han establecido la superioridad de AIME® para resolver los problemas de integridad del GPS sobre otros medios de aumento de la señal, particularmente en comparación con la alternativa principal, RAIM. Esta superioridad se debe a los mayores niveles de disponibilidad de AIME®. A diferencia del RAIM, el software AIME® proporciona beneficios operativos las 24 horas y no necesita aumento de señal externo.
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