|
The given work describes integrity conception for navigation as one of the main requirement for aviation. It consists review of all available data sources used in the multisystem navigation receiver for provide integrity requirements. Based on integrity requirements RAIM algorithm for produced navigation receivers was developed and realized. Practically implementation of RAIM was shown as a test results.
Главным требованием к навигационной системе является ее способность непрерывно определять координаты объекта с заданной точностью.
Однако, во время эксплуатации спутниковых систем для целей навигации могут возникать отказы спутников или наземной системы управления. Отказы могут привести к тому, что координаты объекта будут определяться с погрешностями, превышающими заданные. Поэтому на практике для оценки состояния СНС используется понятие целостности.
Под целостностью понимают способность системы обеспечить такое своевременное предупреждение, когда она не в состоянии удовлетворить требованиям к заданной точности. Поэтому одна из задач поддержания целостности в условиях информационной избыточности и при наличии отказа бортовой аппаратуры одного из спутников заключается в выявлении этого неисправного спутника, и исключении его из обработки (одновременный отказ двух или более спутников не рассматривается ввиду крайне малой вероятности этого события).
Целостность – Мера доверия, которая может быть отнесена к правильности информации, выдаваемой системой в целом. Целостность включает в себя способность системы обеспечить пользователя своевременными и обоснованными предупреждениями (срабатывания сигнализации).
Точность - Точность представляет собой степень соответствия между оцененными измерениями местоположения потребителя и истинным местоположением. В радионавигации характеристики точности обычно представлены как статистические измерения системной ошибки.
Непрерывность системы – это способность всей системы выполнять свои функции без прерывания и ухудшения характеристик. Точнее говоря, непрерывность является вероятностью того, что определенные системные характеристики будут выполнены (поддержаны) в процессе работы, предполагая что система была доступна в начале и прогнозируется существование для всего периода действия.
Доступность навигационной системы это способность системы обеспечивать требуемые функции и характеристики при проведении намеченной операции. Доступность есть индикация способности системы обеспечить используемый сервис на указанной зоне покрытия. Доступность является обоюдной функцией физических характеристик окружающей среды и технических возможностей передатчика.
Хотя средства системы управления КА сами по себе предусматривают обеспечение целостности задач навигации, они являются недостаточными, поскольку аномалии могут существовать не выявленными в течение слишком длительного периода (особенно при использовании КА СНС ГЛОНАСС).
Необходимость в более высоком уровне целостности при использовании систем спутниковой навигации для авиации привело к появлению навигационных приемников, которые могут независимо или автономно контролировать целостность системы. Эта концепция известна под названием автономный контроль целостности приемником (RAIM).
Typical
Operation |
Accuracy
(95%) |
Alert Limits |
Integrity Risk |
Time to
Alert |
Continuity Risk |
En-route
oceanic |
3.7 km (H)
N/A (V) |
7.4 km (H)
N/A (V) |
1-1x10-7/h |
300 s |
1-1x10-4/h to
1-1x10-8/h |
En-route
continental |
0.74 km (H)
N/A (V) |
3.7 km (H)
N/A (V) |
1-1x10-7/h |
15 s |
1-1x10-4/h to
1-1x10-8 / h |
En-route
terminal |
0.74 km (H)
N/A (V) |
1.85 km (H)
N/A (V) |
1-1x10-7/h |
15 s |
1-1x10-4/h to
1-1x10-8 / h |
NPA,
departure |
220 m (H)
N/A (V) |
556 m (H)
N/A (V) |
1-1x10-7/h |
10 s |
1-1x10-4/h to
1-1x10-8 / h |
| APV I |
16 m (H)
20 m (V) |
40 m (H)
50 m (V) |
1-2x10-7/
app (150 s) |
10 s |
1-8x10-6/15s |
| APV II |
16 m (H)
8 m (V) |
40 m (H)
20 m (V) |
1-2x10-7/
app (150 s) |
6 s |
1-8x10-6/15s |
| CAT I |
16 m (H)
4 m (V) |
40 m (H)
10 m (V) |
1-2x10-7/
app (150 s) |
6 s |
1-8x10-6/15s |
| CAT II/IIIa |
3.6 m (H)
1.4 m (V) |
10.4 m (H)
4.4 m (V) |
1x10-9/30s(H)
1x10-9/15s(V) |
1-2 s |
1-4x10-6/15s |
| CAT IIIb |
3.6 m (H)
1.4 m (V) |
10.4 m (H)
4.4 m (V) |
1x10-9/30s(H)
1x10-9/15s(V) |
1-2 s |
1-2x10-6/30s(H)
1-2x10-6/15s(V) |
На сегодняшний день существует несколько способов осуществления контроля целостности системы:
- контроль целостности на главной станции управления системы;
- контроль на контрольно-корректирующей станции (при использовании дифференциального режима (GBAS, SBAS));
- автономный контроль целостности приемником (RAIM).
Алгоритм RAIM дает ответ на два вопроса:
- вышел ли НКА GPS из строя?
- если да, то какой из КА вышел из строя?
Использование алгоритма RAIM требует избыточности измерений, то есть для решения задачи определения координат требуется 4 спутника. Для выявления аномалии спутника требуется, по крайней мере, 5 спутников и минимум шесть для исключения неисправного КА из решения навигационной задачи.
В мультисистемном приемнике спутниковой навигации для обеспечения целостности могут использоваться данные от разных источников:
В общем виде функцию RAIM можно представить в следующем виде:
Результат работы алгоритма RAIM приведен ниже. Показано определение местоположения при наличии сбойного спутника без использования алгоритма RAIM и при его использовании.
Для проверки работы алгоритма RAIM использовался сценарий имитации, в котором в один из спутников вводится линейно нарастающая ошибка в псевдодальности.
Без использования RAIM
С использованием RAIM |
