Monitoramento de integridade autônoma do receptor - Receiver autonomous integrity monitoring

O monitoramento da integridade autônoma do receptor ( RAIM ) é uma tecnologia desenvolvida para avaliar a integridade dos sinais do sistema de posicionamento global (GPS) em um sistema receptor GPS. É de especial importância em aplicações de GPS de segurança crítica , como na aviação ou navegação marítima .

O GPS não inclui nenhuma informação interna sobre a integridade de seus sinais. É possível que um satélite GPS transmita informações levemente incorretas que farão com que as informações de navegação fiquem incorretas, mas não há como o receptor determinar isso usando as técnicas padrão. RAIM usa sinais redundantes para produzir vários ajustes de posição GPS e compará-los, e uma função estatística determina se uma falha pode ou não ser associada a qualquer um dos sinais. RAIM é considerado disponível se 24 satélites GPS ou mais estiverem operacionais. Se o número de satélites GPS for 23 ou menos, a disponibilidade do RAIM deve ser verificada usando um software de previsão baseado em solo aprovado.

Vários sistemas relacionados ao GPS também fornecem sinais de integridade separados do GPS. Entre eles está o sistema WAAS , que usa sinais separados transmitidos por diferentes satélites para indicar esses problemas diretamente.

Descrição geral

RAIM detecta falhas com medições de pseudo-faixa de GPS redundantes . Ou seja, quando mais satélites estão disponíveis do que o necessário para produzir uma posição fixa, os pseudo-intervalos extras devem ser todos consistentes com a posição computada. Um pseudo intervalo que difere significativamente do valor esperado (ou seja, um outlier ) pode indicar uma falha do satélite associado ou outro problema de integridade do sinal (por exemplo, dispersão ionosférica). RAIM tradicional usa detecção de falha (FD) apenas; no entanto, os receptores GPS mais recentes incorporam detecção e exclusão de falha (FDE), o que permite que eles continuem a operar na presença de uma falha de GPS.

A estatística de teste usada é uma função do resíduo de medição de pseudo-faixa (a diferença entre a medição esperada e a medição observada) e a quantidade de redundância. A estatística de teste é comparada com um valor limite, que é determinado com base na probabilidade necessária de alarme falso (Pfa).

RAIM

O monitoramento de integridade autônomo do receptor (RAIM) fornece monitoramento de integridade de GPS para aplicações de aviação. Para que um receptor GPS execute a função RAIM ou detecção de falha (FD), um mínimo de cinco satélites visíveis com geometria satisfatória devem estar visíveis para ele. RAIM tem vários tipos de implementações; um deles realiza verificações de consistência entre todas as soluções de posição obtidas com vários subconjuntos dos satélites visíveis. O receptor fornece um alerta ao piloto se as verificações de consistência falharem.

A disponibilidade do RAIM é uma questão importante ao usar esse tipo de algoritmo em aplicações críticas de segurança (como as aeronáuticas); na verdade, devido à geometria e à manutenção do serviço de satélite, o RAIM nem sempre está disponível, o que significa que a antena do receptor pode ter, às vezes, menos de cinco satélites à vista.

A disponibilidade também é um indicador de desempenho do algoritmo RAIM. A disponibilidade é função da geometria da constelação à vista e de outras condições ambientais. Se a disponibilidade for vista desta forma, fica claro que não é um recurso liga-desliga, o que significa que o algoritmo poderia estar disponível, mas não com o desempenho necessário para detectar uma falha quando ela acontecer. Portanto, a disponibilidade é um fator de desempenho do algoritmo e caracteriza cada um dos diferentes tipos de algoritmos e metodologias RAIM.

Detecção e exclusão de falhas

Uma versão aprimorada do RAIM empregada em alguns receptores é conhecida como detecção e exclusão de falhas (FDE). Ele usa um mínimo de seis medições que podem ser realizadas com 6 satélites ou 5 satélites com auxílio de baro para não apenas detectar um possível satélite defeituoso, mas para excluí-lo da solução de navegação para que a função de navegação possa continuar sem interrupção. O objetivo da detecção de falhas é detectar a presença de uma falha de posicionamento. Após a detecção, a exclusão de falha adequada determina e exclui a fonte da falha (sem necessariamente identificar a fonte individual que está causando o problema), permitindo assim que a navegação GNSS continue sem interrupção. A disponibilidade de RAIM e FDE será ligeiramente menor para operações de latitude média e ligeiramente maior para regiões equatoriais e de alta latitude devido à natureza das órbitas. O uso de satélites de múltiplas constelações GNSS ou o uso de satélites SBAS como fontes adicionais de alcance pode melhorar a disponibilidade de RAIM e FDE.

Previsão RAIM

O GNSS difere dos sistemas de navegação tradicionais porque os satélites e áreas de cobertura degradada estão em movimento constante. Portanto, se um satélite falhar ou for retirado de serviço para manutenção, não está imediatamente claro quais áreas do espaço aéreo serão afetadas, se houver. A localização e a duração dessas interrupções podem ser previstas com o auxílio de análise de computador e relatadas aos pilotos durante o processo de planejamento pré-voo. Este processo de previsão, no entanto, não é totalmente representativo de todas as implementações RAIM nos diferentes modelos de receptores. As ferramentas de previsão são geralmente conservadoras e, portanto, preveem uma disponibilidade mais baixa do que a encontrada em voo para fornecer proteção para os modelos de receptor de extremidade mais baixa.

Como o RAIM opera de maneira autônoma, ou seja, sem a ajuda de sinais externos, ele requer medições de pseudo-faixa redundantes. Para obter uma solução de posição 3D, são necessárias pelo menos quatro medições. Para detectar uma falha, pelo menos 5 medições são necessárias, e para isolar e excluir uma falha, pelo menos seis medições são necessárias, no entanto, frequentemente mais medições são necessárias dependendo da geometria do satélite. Normalmente, há de sete a 12 satélites à vista.

A estatística de teste usada é uma função do resíduo de medição de pseudo-faixa (a diferença entre a medição esperada e a medição observada) e a quantidade de redundância. A estatística de teste é comparada com um valor limite, que é determinado com base nos requisitos para a probabilidade de falso alarme (Pfa) e o ruído de medição esperado. Em sistemas de aviação, o Pfa é fixado em 1/15000.

O limite de integridade horizontal (HIL) ou nível de proteção horizontal (HPL) é uma figura que representa o raio de um círculo que está centrado na solução de posição GPS e é garantido para conter a posição real do receptor dentro das especificações do RAIM esquema (ou seja, que atende o Pfa e Pmd). O HPL é calculado em função do limite RAIM e da geometria do satélite no momento das medições. O HPL é comparado com o limite de alarme horizontal (HAL) para determinar se RAIM está disponível.

Sites de previsão RAIM

Para permitir que os pilotos determinem rapidamente se o RAIM em rota ou de aproximação estará disponível, a FAA e o EUROCONTROL criaram sites de "nível de despacho" que prevêem o status do RAIM para atender aos requisitos de verificação pré-voo.

  • O site de previsão RAIM da FAA "AC 90–100" cobre territórios dos EUA em formato de mapa gráfico (mostrando verde para RAIM disponível e vermelho para RAIM não disponível)
  • O EUROCONTROL fornece cobertura internacional para a maioria dos waypoints no banco de dados de waypoints da aviação mundial e exibe os resultados em uma barra de "linha do tempo" mostrando previsões se RAIM com ou sem baro estará disponível.
    • EUROCONTROL coloca uma isenção de responsabilidade sobre seus dados (afirmando que os dados USCG têm precedência), enquanto a FAA certifica seu site como cumprindo os requisitos regulamentares.
    • A partir de 1 de julho de 2012, a cobertura do AUGUR foi limitada ao espaço aéreo da ECAC.
  • Desde 2006, o N-RAIM Prediction Service, hospedado por NAVBLUE, oferece cobertura mundial para todas as aplicações PBN , incluindo RNP 10, RNAV 5, RNAV 2, RNAV 1, RNP 4, RNP 1, RNP Approach e RNP AR Approach até 0,1NM . A ferramenta online é uma alternativa ao serviço automatizado integrado diretamente ao software de planejamento de voo. Ele é mantido atualizado de acordo com as novas edições do Manual ICAO PBN e qualquer regulamentação específica mundial.
  • O sistema de previsão e prevenção SPACEKEYS RAIM desenvolvido e hospedado pela FLIGHTKEYS oferece cobertura mundial para qualquer tipo de previsão RAIM e cobre todos os níveis de integridade de RNP10 (Enroute) a RNP Approach e RNP AR Approach (até 0,1NM). A ferramenta online permite previsões RAIM para localizações e trajetórias completas (rotas), bem como previsões RAIM baseadas em área. APIs REST e SOAP também estão disponíveis para integrações de sistemas de terceiros.

links externos