Nawigacja satelitarna w Polsce… już blisko?

7 kwietnia 2011 w siedzibie Polskiej Agencji Żeglugi Powietrznej oraz na jej zaproszenie, odbyły się konsultacje społeczne na temat wdrożenia procedur z wykorzystaniem sensora satelitarnego. Konkretnie, omówione zostały propozycje procedur operacyjnych związanych z wykorzystaniem sensora GNSS w nawigacji w FIR Warszawa, stanu zaawansowania prac nad nawigacją satelitarną oraz stanu prawnego jej towarzyszącego. Prowadzący spotkanie, kierownik działu projektowania procedur i analizy przeszkód lotniczych PAŻP Piotr Cześnik w asyście Tomasza Woźniaka (PAŻP) – kierownika działu nawigacji GNSS przedstawili stan zaawansowania prac nad wdrożeniem nawigacji GNSS, oraz zaprezentowali - co chyba najbardziej istotne - zadania które zarówno PAŻP jak i Urząd Lotnictwa Cywilnego mają wykonać, aby móc korzystać z satelitarnej pomocy nawigacyjnej w Polsce. W spotkaniu wzięli udział przedstawiciele ULC, wojska, Aeroklubu Polskiego oraz KTL AOPA Poland.

Wydaje się, że największym problemem który hamuje rozwój procedur z wykorzystaniem pomocy satelitarnych jest brak rodzimych przepisów z obszaru wykorzystania GNSS, a w szczególności krajowych wymogów uszczegóławiających zasady realizacji, mających ogólną naturę przepisów międzynarodowych. PAŻP, wychodząc na przeciw potrzebom środowiska lotniczego, prowadzi szereg różnorodnych działań związanych z wdrożeniem nawigacji satelitarnej w Polsce. Na spotkaniu zaś skupiono się jedynie nad tymi działaniami, które prowadzone są pod tajemniczo brzmiącą Zmianą Operacyjną ZO 26/10. Uruchomiona w sierpniu 2010 zmiana operacyjna realizuje wdrożenie operacyjne procedur nieprecyzyjnego podejścia do lądowania (NPA) RNAV GNSS RWY 11 i RWY 33 dla lotniska Chopina w Warszawie. Historycznie, fakt braku odpowiednich przepisów spowodował wycofanie tego sensora z prowadzonego przez PAŻP w latach 2008-2009 „Wdrożenia procedur P-RNAV w TMA Warszawa”.

Zacznijmy od początku….
Dokument ICAO 9849 GNSS Manual - Globalny Plan Żeglugi Powietrznej dla Systemów CNS/ATM (Doc. 9750) uznaje globalny satelitarny system nawigacyjny (GNSS) jako kluczowy element systemów łączności, nawigacji i dozorowania w procesie zarządzania ruchem lotniczym (CNS/ATM) i jako fundament, na którym państwa mogą budować usprawnione służby oraz usługi żeglugi powietrznej. Pierwsze zezwolenia na wykorzystywanie GNSS pojawiły się na świecie w 1993 roku. Dotyczyły lotów na trasach krajowych i oceanicznych, w rejonach kontrolowanych lotnisk (TMA) i operacjach nieprecyzyjnego podejścia (NPA – Non Precision Approach). Te zezwolenia, bazując jedynie na sygnałach GPS wspomaganych systemem ABAS (Aircraft-Based Augmentation System czyli informacji o pozycji zebranej i przetworzonej przez urządzenia pokładowe i bez wspomagania innymi urządzeniami i systemami zewnętrznymi), zaczęły obowiązywać wraz z dodatkowymi operacyjnymi restrykcjami już w zeszłym wieku, dostarczając znacznych korzyści ich użytkownikom.

Ponadto dokument ICAO 9849 zaleca również aby wszelkie krajowe działania związane z wdrożeniem systemów nawigacyjnych wykorzystujących pomoce satelitarne miały poparcie wysokiego szczebla decyzyjnego (w rozumieniu państwa w którym są wdrażane), posiadały oddelegowany zespół zajmujący się stworzeniem planu implementacji i aby wszystkie zainteresowane strony miały zapewnione odpowiedni poziom szkolenia.

Których przepisów brakuje?
Dokument ICAO 9849 mówi ponadto:

Zezwalając na operacje w oparciu o GNSS, Państwo ponosi odpowiedzialność za zapewnienie bezpieczeństwa wykonywania takich operacji, niezależnie, czy operacje oparte są na nie wspomaganym satelitarnym systemie nawigacyjnym, systemie wspomagania bazującym na awionice statku powietrznego (ABAS) lub czy są to operacje bazujące na systemie wspomagania zapewnianym przez usługodawcę innego państwa.

Skoro państwo, dopuszczając wykorzystanie satelitarnej pomocy nawigacyjnej ponosi odpowiedzialność, powinno mieć kontrolę nad działaniem systemu. Ale jak sprawować kontrolę nad systemem którego nie jest się właścicielem? (GPS – właściciel: Stany zjednoczone, GLONASS – właściciel: Rosja). Na szczęście problem został rozwiązany w innych krajach. Polska jest jednym z ostatnich w Europie, gdzie nie jest dopuszczony system GNSS.

Jak, zatem rozwiązano problem w innych nadzorach?
Lotnictwo wymaga od sygnału nawigacyjnego czterech podstawowych parametrów niezawodnościowych tj. dokładności, ciągłości, dostępności oraz wiarygodności (czytaj EGNOS – prawdy i mity). Jeśli będą istniały techniczne możliwości weryfikacji jakości sygnału i informacji o jego dostępności, oraz:
- pilot w każdym momencie, począwszy od etapu planowania lotu do lądowania będzie miał dostęp do informacji na temat jakości sygnału GPS (m.in. w postaci funkcji monitorowania dokładności nawigacji i ostrzegania w przypadku utraty wymaganych parametrów dokładności nawigacji);
- jeśli zapewni się realizację obowiązku rejestracji sygnału GPS odpowiednim komisjom i służbom oraz możliwość wglądu w dane historyczne,
organ Państwowy winien dopuścić wykorzystanie sensora GNSS o czym mówią międzynarodowe przepisy, a nasz Urząd obiecuje nie tworzyć nowych. O ile temat dostępu do informacji o jakości sygnału, prognozowanej konstelacji satelitów nad wybranym terenem jest zagadnieniem stosunkowo łatwym z punktu widzenia technicznego, to ciągła rejestracja sygnału GPS wymaga zastosowania odpowiedniej infrastruktury.

Odpowiedź na pytanie po co i jak monitorować/rejestrować nawigacyjny sygnał satelitarny znajdziemy w dokumentach: Rejestracja/monitorowanie GPS wg. Załącznika 10 ICAO:

….
2.4.3 Zapis i przechowywanie danych GNSS
2.4.3.1 Zalecenie – Kraj, który zatwierdził operacje oparte o GNSS powinien zapewnić, że dane odpowiednie dla tych operacji będą zapisywane.
Uwaga 1 –Dane te są głównie przeznaczone do wykorzystania w badaniach wypadków i incydentów lotniczych. Mogą być także wykorzystywane w okresowych potwierdzeniach, że dokładność, wiarygodność, ciągłość i dostępność są utrzymywane w granicach wymaganych dla zaaprobowanych operacji.
Uwaga 2 – Materiały informacyjne dotyczące rejestracji parametrów GNSS są zawarte w dodatku D, rozdział 11.
2.4.3.2 Zalecenie – Zapisy powinny być przechowywane przez okres przynajmniej 14 dni. Kiedy zapisy odnoszą się do śledztwa w sprawie incydentu lub wypadku lotniczego, powinny być przechowywane przez dłuższy okres, aż będzie dowód, że nie są dłużej potrzebne.
.…
11. Rejestracja parametrów GNSS
11.1 W celu umożliwienia przeprowadzenia śledztw po wypadkach/incydentach (Rozdział 2, 2.4.3), niezbędne jest zapisywanie informacji GNSS zarówno dla systemu wspomagającego jak i odpowiedniej konstelacji podstawowej GNSS wykorzystywanej w operacji. Parametry, które należy nagrywać zależą od typu operacji, systemu wspomagającego i elementów podstawowych, które są wykorzystywane. Wszystkie parametry dostępne użytkownikowi w danym obszarze operacyjnym powinny być nagrywane w reprezentatywnych miejscach w obszarze operacyjnym.
..…
11.3 Dla systemów podstawowych GNSS powinno się rejestrować następujące rzeczy, dla wszystkich satelitów w polu widzenia:
stosunek sygnał szum obserwowanego satelity (C/N0);
nieprzetworzone pomiary kodu pseudoodległości i fazy nośnej obserwowanego satelity;
nadawane depesze nawigacyjne ze wszystkich satelitów systemu GPS w polu widzenia, niezależnie od tego czy satelita będzie miał status HEALTHY czy UNHEALTHY; i…
istotne informacje dotyczące stanu odbiornika.
..…

Kto zatem prowadzi nadzór i monitorowanie sygnałów satelitarnych na "wystarczającym" poziomie?
Niejako „przy okazji” nadzór nad systemami prowadzą już naziemnie systemy monitorujące systemu EGNOS. Z punktu widzenia Urzędu, najprościej by było aby podpisać stosowną umowę z właścicielem systemu EGNOS, na dostęp do danych ze stacji monitorujących jakość sygnału. Temu rozwiązaniu, będziemy również dopingować.

Drugim rozwiązaniem, wskazanym na spotkaniu – i docelowym w przypadku nawigacji satelitarnej ze wspomaganiem ABAS, nieco bardziej skomplikowanym byłoby skorzystanie z systemu geodezyjnego ASG EUPOS (Aktywna Sieć Geodezyjna European Position Determination System). Zadaniem sieci stacji referencyjnych systemu ASG EUPOS jest zbieranie danych obserwacyjnych z satelitów GNSS i przekazywanie ich w czasie rzeczywistym do centrum obliczeniowego. W skład polskiego systemu monitoringu, będącego z kolei fragmentem europejskiej infrastruktury, jest 81 stacji monitorujących z modułem GPS i 18 z modułem GPS/GLONASS rozłożonych mniej więcej równomiernie na terenie całego kraju i ze średnią odległością pomiędzy odbiornikami rzędu 70 km. Użytkownikiem systemu monitorującego ASG EUPOS jest GUGiK (Główny Urząd Gedoezji i Kartografii). PAŻP planuje podpisanie stosownych umów z GUGiK o dostępie do danych zapisywanych.

Propozycje legislacyjne PAŻP w kwestii procedur operacyjnych GNSS w Polsce
Dokumentem bazowym, na którym wzorowała się Agencja, jest angielski CAP 773. Propozycję PAŻP publikujemy na dole strony. Poniżej, w dużym skrócie procedury GNSS zaproponowane przez PAŻP:
- W nawigacji z wykorzystaniem GNSS nie dopuszcza się użycia odbiorników ręcznych. Dopuszczone do wykorzystania odbiorniki GNSS muszą mieć odpowiednie certyfikaty produkcji oraz instalacji pokładowej;
- Odbiorniki maja mieć funkcję „RAIM – Receiver Autonomus Integrity Monitoring” czyli funkcję informującą pilota o niedostatecznej jakości odbieranych sygnałów, umożliwiających bezbłędne określenie pozycji w przestrzeni;
- Wykonywanie instrumentalnych procedur RNAV GNSS jest dozwolone tylko gdy będą opublikowane w AIP i będą mogły być zakodowane i przechowywane w wewnętrznej bazie danych pokładowych urządzeń nawigacyjnych. Podobnie jak dla istniejących już procedur instrumentalnych nie będzie możliwości ręcznego wprowadzania bądź modyfikacji procedur (na przykład wprowadzania własnych punktów „FIX”);
- Wszyscy dostawcy danych do odbiorników GNSS będą musieli posiadać Letter of Acceptance (LoA) wydany dla oprzyrządowania GNSS zgodnie z Opinią EASA Numer 01/2005 “Akceptacja dostawców danych baz nawigacyjnych”, z 14 stycznia 2005 lub dokument równoważny (FAA AC 20-153);
- Pilot jest odpowiedzialny za sprawdzenie wiarygodności instrumentalnej procedury podejścia;
- Pilot musi przed lotem zapoznać się z wszystkimi depeszami NOTAM w tym z tymi które mogą nakładać ograniczenia na wykorzystanie systemów nawigacji satelitarnej na wybranym obszarze;
- Podczas fazy planowania lotu, należy sprawdzić dostępność RAIM na lotnisku docelowym (sprawdzić czy konfiguracja satelitów w miejscu docelowym w przybliżonym czasie operacji będzie wystarczająca do zapewnienia wymaganego poziomu dokładności nawigacji). Należy sprawdzić czy konstelacja będzie wystarczająca aby można było podczas lotu uzyskać odpowednią jakość sygnałów z satelitów (na stronie http://augur.ecacnav.com/augur/app/home). Wyklucza się zastosowanie wewnętrznych opcji w odbiornikach satelitarnych które na podstawie obliczeń geometrii systemu GPS są w stanie przewidzieć pozycję satelitów w danym miejscu;
- W przypadku awarii systemu, pilot ma wykonać procedurę nieudanego podejścia, poinformować ATC i poprosić o alternatywną procedurę podejścia (lub użyć lotniska zapasowego, gdzie stosowna procedura podejścia do lądowania będzie dostępna). Obowiązkiem załogi jest przewidzieć i zaplanować procedurę awaryjną w innym miejscu, bądź z wykorzystaniem konwencjonalnych środków nawigacyjnych;
- Obowiązkiem pilota jest informowanie o anomaliach działania systemu a w przypadku ich wystąpienia sporządzić „Post Flight Report”;
- Korzystanie z systemu GNSS zakłada wykorzystanie standardowej frazeologii lotniczej. Frazeologia wykorzystywana w tym przypadku jest opisana w dokumencie Procedury operacyjne GNSS w Polsce.

Podsumowując powyższe, uczestnicy spotkania zostali poinformowani o najbliższych planach PAŻP. Są nimi:
- Wystąpienie do ULC o zezwolenie na użytkowanie sensora GNSS w nawigacji trasowej (RNAV-5, RNAV-1), nawigacji terminalowej (RNAV-1) oraz wykonywania procedur podejścia do lądowania NPA RNAV GNSS w obszarze FIR Warszawa;
- Wdrożenie NPA RNAV GNSS dla lotniska Chopina w Warszawie dla RWY 11 i RWY 33;
- Wdrożenie procedur i ograniczeń operacyjnych, których celem będzie zapewnienie wymaganego przepisami ICAO poziomu bezpieczeństwa operacji lotniczych, które będą wykonywane w oparciu o sensor GNSS. Treść proponowanych zapisów dalej w tekście na dole strony.

PAŻP planuje złożenie wniosku do ULC w przeciągu najbliższych dwóch miesięcy, po zebraniu całości dokumentacji.

Poniżej prezentujemy PROPONOWANE przez PAŻP procedury operacyjne związane z wykorzystaniem sensora GNSS.

* * *

Redakcja portalu dlapilota, pragnie złożyć szczególne podziękowania dla Panów Piotra Cześnika oraz Tomasza Woźniaka, za pomoc w opracowaniu materiału. W artykule wykorzystano autorskie materiały Polskiej Agencji Żeglugi Powietrznej.