Автономный мониторинг целостности приемника - Receiver autonomous integrity monitoring

Автономный мониторинг целостности приемника (RAIM) - это технология, разработанная для оценки целостности спутниковая система навигации (GPS) сигналы в системе приемника GPS. Это особенно важно в критически важный для безопасности Приложения GPS, например, в авиации или на море навигация.

GPS не содержит никакой внутренней информации о целостности своих сигналов. Спутник GPS может передавать некорректную информацию, которая приведет к неверной навигационной информации, но приемник не может определить это стандартными методами. RAIM использует избыточные сигналы для создания нескольких GPS исправления положения и сравнивают их, и статистическая функция определяет, может ли сбой быть связан с каким-либо из сигналов. RAIM считается доступным, если работают 24 или более спутников GPS. Если количество спутников GPS составляет 23 или меньше, доступность RAIM необходимо проверить с помощью утвержденного программного обеспечения для наземного прогнозирования.

Некоторые связанные с GPS системы также предоставляют сигналы целостности отдельно от GPS. Среди них WAAS система, которая использует отдельные сигналы, транслируемые с разных спутников, чтобы напрямую указать на эти проблемы.

Общее описание

RAIM обнаруживает неисправности с помощью дублированного GPS псевдодиапазон измерения. То есть, когда доступно больше спутников, чем необходимо для определения местоположения, все дополнительные псевдодальности должны согласовываться с вычисленным местоположением. Псевдодальность, которая значительно отличается от ожидаемого значения (т. Е. выброс ) может указывать на неисправность соответствующего спутника или другую проблему целостности сигнала (например, ионосферную дисперсию). Традиционный RAIM использует только обнаружение неисправностей (FD), однако более новые приемники GPS включают обнаружение и исключение неисправностей (FDE), что позволяет им продолжать работу в случае отказа GPS.

Используемая статистика теста является функцией остатка измерения псевдодальности (разницы между ожидаемым измерением и наблюдаемым измерением) и степени избыточности. Статистика теста сравнивается с пороговым значением, которое определяется на основании требуемой вероятности ложной тревоги (Pfa).

RAIM

Автономный мониторинг целостности приемника (RAIM) обеспечивает мониторинг целостности GPS для авиационных приложений. Чтобы приемник GPS мог выполнять функцию RAIM или обнаружения неисправностей (FD), ему должны быть видны как минимум пять видимых спутников с удовлетворительной геометрией. RAIM имеет различные реализации; один из них выполняет проверку согласованности между всеми решениями положения, полученными с различными подмножествами видимых спутников. Приемник выдает предупреждение пилоту, если проверка согласованности не удалась.

Доступность RAIM является важной проблемой при использовании такого типа алгоритма в приложениях, критичных для безопасности (например, в авиации); Фактически, из-за геометрии и технического обслуживания спутников RAIM не всегда доступен, а это означает, что антенна приемника иногда может иметь в поле зрения менее пяти спутников.

Доступность также является показателем эффективности алгоритма RAIM. Доступность зависит от геометрии созвездия, которое находится в поле зрения, и других условий окружающей среды. Если доступность рассматривается таким образом, ясно, что это не функция включения-выключения, а это означает, что алгоритм может быть доступен, но не с требуемой производительностью обнаружения сбоя, когда он происходит. Таким образом, доступность является фактором производительности алгоритма и характеризует каждый из различных типов алгоритмов и методологий RAIM.

Обнаружение и исключение неисправностей

Усовершенствованная версия RAIM, используемая в некоторых приемниках, известна как обнаружение и исключение неисправностей (FDE). Он использует минимум шесть спутников, чтобы не только обнаружить возможный неисправный спутник, но и исключить его из навигационного решения, чтобы функция навигации могла работать без перебоев. Цель обнаружения неисправности - обнаружить наличие ошибки позиционирования. После обнаружения надлежащее исключение неисправности определяет и исключает источник неисправности (без обязательной идентификации отдельного источника, вызывающего проблему), тем самым позволяя GNSS-навигацию продолжаться без прерывания. Доступность RAIM и FDE будет немного ниже для полетов в средних широтах и ​​немного выше для экваториальных и высокоширотных регионов из-за характера орбит. Использование спутников из нескольких созвездий GNSS или использование спутников SBAS в качестве дополнительных источников измерения дальности может улучшить доступность RAIM и FDE.

Прогнозирование RAIM

GNSS отличается от традиционных навигационных систем тем, что спутники и зоны с ухудшенным покрытием находятся в постоянном движении. Следовательно, если спутник выходит из строя или выводится из эксплуатации для технического обслуживания, не сразу становится понятно, какие области воздушного пространства будут затронуты, если таковые имеются. Место и продолжительность этих отключений можно спрогнозировать с помощью компьютерного анализа и сообщить пилотам в процессе предполетного планирования. Однако этот процесс прогнозирования не в полной мере представляет все реализации RAIM в различных моделях приемников. Инструменты прогнозирования обычно консервативны и, таким образом, прогнозируют более низкую доступность, чем та, которая фактически встречается в полете, чтобы обеспечить защиту моделей приемников самого низкого уровня.

Поскольку RAIM работает автономно, то есть без помощи внешних сигналов, он требует избыточных измерений псевдодальности. Для получения решения о трехмерном положении требуется не менее четырех измерений. Для обнаружения неисправности требуется не менее 5 измерений, а для выделения и исключения неисправности требуется не менее шести измерений, однако часто требуется больше измерений в зависимости от геометрии спутника. Обычно в поле зрения находятся от семи до 12 спутников.

Используемая статистика теста является функцией остатка измерения псевдодальности (разницы между ожидаемым измерением и наблюдаемым измерением) и степени избыточности. Статистика теста сравнивается с пороговым значением, которое определяется на основании требований к вероятности ложной тревоги (Pfa) и ожидаемому шуму измерения. В авиационных системах Pfa фиксируется на уровне 1/15000.

В предел горизонтальной целостности (HIL) или же горизонтальный уровень защиты (HPL) - это цифра, которая представляет радиус круга, который центрирован на решении GPS-определения местоположения и гарантированно содержит истинное положение приемника в пределах спецификаций схемы RAIM (то есть соответствует Pfa и Pmd). HPL рассчитывается как функция от порога RAIM и геометрии спутника во время измерений. HPL сравнивается с горизонтальный предел тревоги (HAL) чтобы определить, доступен ли RAIM.

Сайты прогнозов RAIM

Чтобы пилоты могли быстро определить, будет ли RAIM на маршруте или на уровне захода на посадку, FAA и ЕВРОКОНТРОЛЬ создали веб-сайты «уровня отправки», которые предсказывают статус RAIM, чтобы соответствовать требованиям предполетной проверки.

  • Веб-сайт прогнозов RAIM ФАУ «AC 90–100» охватывает территории США в формате графической карты (зеленый для RAIM доступен и красный для RAIM недоступен) и расположен по адресу http://sapt.faa.gov
  • ЕВРОКОНТРОЛЬ обеспечивает международное покрытие для большинства путевых точек в мировой базе данных путевых точек авиации и отображает результаты в виде шкалы времени, показывающей прогнозы того, будет ли доступен RAIM с баро-системой или без нее. Сайт ЕВРОКОНТРОЛЯ «АВГУР» находится по адресу http://augur.eurocontrol.int/
    • ЕВРОКОНТРОЛЬ заявляет об отказе от ответственности в отношении своих данных (заявляя, что USCG данные имеют приоритет), тогда как FAA сертифицирует свой веб-сайт как соответствующий нормативным требованиям.
    • С 1 июля 2012 года зона действия AUGUR была ограничена только воздушным пространством ECAC.
  • С 2006 г. Служба прогнозирования N-RAIM, организованный СИНЯЯ, предлагает всемирное покрытие для всех PBN применения, включая RNP 10, RNAV 5, RNAV 2, RNAV 1, RNP 4, RNP 1, заход на посадку RNP и RNP AR Подход к 0,1 Нм. Онлайн-инструмент является альтернативой автоматизированной услуге, интегрированной непосредственно в программное обеспечение для планирования полетов. Он постоянно обновляется в соответствии с новыми редакциями Руководства ИКАО по PBN и любыми международными правилами.
  • Система прогнозирования и уклонения SPACEKEYS RAIM, разработанная и размещенная FLIGHTKEYS, обеспечивает всемирное покрытие для любого типа прогнозирования RAIM и охватывает все уровни целостности от RNP10 (на маршруте) до захода на посадку RNP и захода на посадку RNP AR (до 0,1 м. Онлайн-инструмент позволяет делать прогнозы RAIM для местоположений и полных траекторий (маршрутов), а также делать прогнозы RAIM на основе области. API-интерфейсы REST и SOAP также доступны для интеграции сторонних систем.

внешняя ссылка