Autonomiczne monitorowanie integralności odbiornika

Monitoring autonomicznej integralności odbiornika ( RAIM ) to technologia opracowana w celu oceny integralności sygnałów globalnego systemu pozycjonowania (GPS) w systemie odbiornika GPS. Ma to szczególne znaczenie w o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa , takich jak lotnictwo lub nawigacja morska .

GPS nie zawiera żadnych wewnętrznych informacji o integralności swoich sygnałów. Możliwe jest, że satelita GPS będzie transmitować nieco nieprawidłowe informacje, które spowodują nieprawidłowe informacje nawigacyjne, ale odbiornik nie ma możliwości określenia tego przy użyciu standardowych technik. RAIM wykorzystuje nadmiarowe sygnały do ​​wygenerowania kilku poprawek pozycji GPS i porównaj je, a funkcja statystyczna określi, czy usterka może być powiązana z którymkolwiek z sygnałów. RAIM jest uważany za dostępny, jeśli działają co najmniej 24 satelity GPS. Jeśli liczba satelitów GPS wynosi 23 lub mniej, dostępność RAIM należy sprawdzić za pomocą zatwierdzonego naziemnego oprogramowania predykcyjnego.

Kilka systemów związanych z GPS zapewnia również sygnały integralności niezależne od GPS. Wśród nich jest WAAS , który wykorzystuje oddzielne sygnały nadawane z różnych satelitów do bezpośredniego wskazywania tych problemów.

Ogólny opis

RAIM wykrywa błędy za pomocą nadmiarowych pomiarów pseudoodległości GPS . Oznacza to, że gdy dostępnych jest więcej satelitów niż potrzeba do wyznaczenia pozycji, wszystkie dodatkowe pseudoodległości powinny być zgodne z obliczoną pozycją. Pseudoodległość, która znacznie różni się od oczekiwanej wartości (tj. wartość odstająca ) może wskazywać na uszkodzenie powiązanego satelity lub inny problem z integralnością sygnału (np. dyspersję jonosferyczną). Tradycyjny RAIM wykorzystuje tylko wykrywanie błędów (FD), jednak nowsze odbiorniki GPS zawierają wykrywanie i wykluczanie błędów (FDE), co umożliwia im kontynuowanie działania w przypadku awarii GPS.

Stosowana statystyka testowa jest funkcją pozostałości pomiaru pseudoodległości (różnica między oczekiwanym pomiarem a obserwowanym pomiarem) oraz wielkości redundancji. Statystyka testowa jest porównywana z wartością progową, która jest wyznaczana na podstawie wymaganego prawdopodobieństwa fałszywego alarmu (Pfa).

RAIM

Autonomiczne monitorowanie integralności odbiornika (RAIM) zapewnia monitorowanie integralności GPS w zastosowaniach lotniczych. Aby odbiornik GPS mógł wykonywać funkcję RAIM lub wykrywania uszkodzeń (FD), musi widzieć co najmniej pięć widocznych satelitów o zadowalającej geometrii. RAIM ma różne rodzaje implementacji; jeden z nich przeprowadza kontrolę spójności między wszystkimi rozwiązaniami pozycji uzyskanymi z różnymi podzbiorami widocznych satelitów. Odbiornik wysyła ostrzeżenie do pilota, jeśli testy spójności nie powiodą się.

Dostępność RAIM jest ważną kwestią przy stosowaniu tego rodzaju algorytmu w aplikacjach o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa (takich jak lotnicze); w rzeczywistości, ze względu na geometrię i konserwację usług satelitarnych, RAIM nie zawsze jest w ogóle dostępny, co oznacza, że ​​antena odbiornika może czasami mieć mniej niż pięć satelitów w polu widzenia.

Dostępność jest również wskaźnikiem wydajności algorytmu RAIM. Dostępność jest funkcją geometrii widocznej konstelacji oraz innych warunków środowiskowych. Jeśli dostępność jest postrzegana w ten sposób, jasne jest, że nie jest to funkcja włączania-wyłączania, co oznacza, że ​​algorytm może być dostępny, ale nie z wymaganą wydajnością wykrywania awarii w momencie jej wystąpienia. Tak więc dostępność jest czynnikiem wydajności algorytmu i charakteryzuje każdy z różnych rodzajów algorytmów i metodologii RAIM.

Wykrywanie i wykluczanie błędów

Ulepszona wersja RAIM stosowana w niektórych odbiornikach jest znana jako wykrywanie i wykluczanie błędów (FDE). Wykorzystuje co najmniej sześć pomiarów, które można wykonać za pomocą 6 satelitów lub 5 satelitów ze wspomaganiem barometrycznym, aby nie tylko wykryć ewentualnego wadliwego satelitę, ale także wykluczyć go z rozwiązania nawigacyjnego, aby funkcja nawigacji mogła działać bez przerwy. Celem wykrywania błędów jest wykrycie obecności błędu pozycjonowania. Po wykryciu, prawidłowe wykluczenie usterki określa i wyklucza źródło awarii (bez konieczności identyfikowania indywidualnego źródła powodującego problem), umożliwiając w ten sposób kontynuację nawigacji GNSS bez przerw. Dostępność RAIM i FDE będzie nieco niższa dla operacji na średnich szerokościach geograficznych i nieco wyższa dla regionów równikowych i położonych na dużych szerokościach geograficznych ze względu na charakter orbit. Wykorzystanie satelitów z wielu konstelacji GNSS lub wykorzystanie satelitów SBAS jako dodatkowych źródeł odległościowych może poprawić dostępność RAIM i FDE.

Prognoza RAIM

GNSS różni się od tradycyjnych systemów nawigacji tym, że satelity i obszary o obniżonym zasięgu są w ciągłym ruchu. Dlatego też, jeśli satelita ulegnie awarii lub zostanie wycofany z eksploatacji w celu konserwacji, nie jest od razu jasne, które obszary przestrzeni powietrznej zostaną naruszone, jeśli w ogóle. Lokalizację i czas trwania tych przestojów można przewidzieć za pomocą analizy komputerowej i zgłosić pilotom podczas procesu planowania przed lotem. Ten proces przewidywania nie jest jednak w pełni reprezentatywny dla wszystkich implementacji RAIM w różnych modelach odbiorników. Narzędzia prognostyczne są zwykle konserwatywne i dlatego przewidują niższą dostępność niż ta, która faktycznie występuje podczas lotu, aby zapewnić ochronę najniższych modeli odbiorników końcowych.

Ponieważ RAIM działa autonomicznie, czyli bez pomocy sygnałów zewnętrznych, wymaga redundantnych pomiarów pseudoodległości. Aby uzyskać rozwiązanie pozycji 3D, wymagane są co najmniej cztery pomiary. Do wykrycia usterki potrzeba co najmniej 5 pomiarów, a do wyizolowania i wykluczenia usterki potrzeba co najmniej sześciu pomiarów, jednak często potrzebnych jest więcej pomiarów w zależności od geometrii satelity. Zwykle widać od siedmiu do 12 satelitów.

Stosowana statystyka testowa jest funkcją pozostałości pomiaru pseudoodległości (różnica między oczekiwanym pomiarem a obserwowanym pomiarem) oraz wielkości redundancji. Statystyka testowa jest porównywana z wartością progową, która jest wyznaczana na podstawie wymagań dotyczących prawdopodobieństwa fałszywego alarmu (Pfa) oraz oczekiwanego szumu pomiarowego. W systemach lotniczych Pfa jest ustalone na poziomie 1/15000.

Pozioma granica integralności (HIL) lub poziomy poziom ochrony (HPL) to liczba reprezentująca promień okręgu, który jest wyśrodkowany na rozwiązaniu pozycji GPS i gwarantuje, że zawiera rzeczywistą pozycję odbiornika zgodnie ze specyfikacjami RAIM schemat (tj. który spełnia wymagania Pfa i Pmd). HPL jest obliczany jako funkcja progu RAIM i geometrii satelity w czasie pomiarów. HPL jest porównywany z poziomą granicą alarmową (HAL) w celu określenia, czy dostępny jest RAIM.

Witryny prognozujące RAIM

Aby umożliwić pilotom szybkie określenie, czy RAIM na trasie lub na poziomie podejścia będzie dostępny, FAA i EUROCONTROL stworzyły strony internetowe „na poziomie wysyłki”, które przewidują status RAIM w celu spełnienia wymagań kontroli przed lotem.

  • Witryna internetowa FAA z przewidywaniami RAIM „AC 90–100” obejmuje terytoria USA w formacie mapy graficznej (zielona dla RAIM jest dostępna, a czerwona dla RAIM niedostępna)
  • EUROCONTROL zapewnia międzynarodowy zasięg dla większości punktów nawigacyjnych w ogólnoświatowej lotniczej bazie danych punktów nawigacyjnych i wyświetla wyniki na pasku „osi czasu”, pokazującym przewidywania, czy dostępny będzie RAIM ze wspomaganiem baro, czy bez.
    • EUROCONTROL umieszcza na swoich danych zastrzeżenie (stwierdzając, że dane USCG mają pierwszeństwo), podczas gdy FAA certyfikuje swoją stronę internetową jako spełniającą wymogi regulacyjne.
    • Od 1 lipca 2012 zasięg AUGUR został ograniczony tylko do przestrzeni powietrznej ECAC.
  • Od 2006 roku N-RAIM Prediction Service, hostowana przez NAVBLUE, oferuje ogólnoświatowy zasięg dla wszystkich aplikacji PBN , w tym RNP 10, RNAV 5, RNAV 2, RNAV 1, RNP 4, RNP 1, RNP Approach i RNP AR Approach do 0,1 NM . Narzędzie online jest alternatywą dla zautomatyzowanej usługi zintegrowanej bezpośrednio z oprogramowaniem do planowania lotów. Jest aktualizowany zgodnie z nowymi wydaniami Podręcznika ICAO PBN i wszelkimi ogólnoświatowymi przepisami.
  • System przewidywania i unikania RAIM SPACEKEYS, opracowany i hostowany przez FLIGHTKEYS, oferuje ogólnoświatowy zasięg dla każdego rodzaju przewidywania RAIM i obejmuje wszystkie poziomy integralności od RNP10 (na trasie) do podejścia RNP i podejścia AR (do 0,1 NM). Narzędzie online umożliwia przewidywanie RAIM dla lokalizacji i pełnych trajektorii (tras), a także przewidywanie RAIM w oparciu o obszar. Interfejsy API REST i SOAP są również dostępne do integracji systemów innych firm.

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Receiver_autonomous_integrity_monitoring&oldid=1121827890 ”