EGNOS - prawdy i mity. Część pierwsza

wywiady

technologia

lotniska

bezpieczeństwo

sylwetki

Na temat systemu EGNOS i jego znaczenia dla lotnictwa na terenie Polski z Tomaszem Woźniakiem rozmawia Marcin Ziółek.

Tomasz Woźniak, absolwent Wojskowej Akademii Technicznej, specjalność Technika i Eksploatacja Urządzeń Radiolokacyjnych. W latach 1993-2003 pracownik naukowo-dydaktyczny WAT, w tym 7 lat kierownik Laboratorium Miernictwa Elektronicznego Wydziału Elektroniki WAT. W 2001r. ukończył studia podyplomowe w zakresie metrologii. Od 2003r. pracował na stanowisku zastępcy Kierownika Działu Radionawigacji w Agencji Ruchu Lotniczego wchodzącej w skład PPL, a po jej wydzieleniu w PAŻP od 2007r. kieruje Działem Nawigacji GNSS. Uczestniczy w realizacji projektów związanych z wdrożeniem technologii GNSS w lotnictwie cywilnym - w tym EDCN (EGNOS Data Collection Network), HEDGE (Hellicopter Deploy GNSS in Europe) i APV_Mielec (EGNOS Introduction in European Eastern Region), w których PAŻP bierze udział na zlecenie Eurocontrol i European GNSS Agency (poprzednio European GNSS Supervisory Authority). Od 2008r. przedstawiciel PAŻP w grupach NSG (Navigation Sub-Group) i RATF (RNAV Approach Task Force) ustanowionych przez Eurocontrol.

Marcin Ziółek: Jak działa system EGNOS?
Tomasz Woźniak: Żeby omówić system EGNOS, na początku należy wyjaśnić czym jest GPS. Otóż GPS jest systemem satelitarnym wykorzystywanym powszechnie do nawigacji i jak wszyscy wiedzą, urządzenia te są bardzo przydatne, niemniej jednak poziom ich dokładności pozostawia wiele do życzenia. Oprócz dokładności jest także wiele innych parametrów sygnału, które szczególnie w lotnictwie powinny zostać bezwzględnie spełnione. Dlatego urządzenia, które są użytkowane w samochodach nie nadają się do wykorzystania w lotnictwie. Lotnictwo wymaga od sygnału nawigacyjnego czterech podstawowych parametrów niezawodnościowych tj. dokładności, ciągłości, dostępności oraz wiarygodności. W tej chwili GPS spełnia wymagania sensora nawigacyjnego w zakresie ciągłości, dostępności i w pewnym zakresie dokładności. Nie spełnia ich jednak w zakresie wiarygodności. Fatalnie wypada także dokładność określenia współrzędnej wysokościowej. Organizacja Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego (ICAO), nie dopuściła do użycia GPS-a w lotnictwie, jako samodzielnego sensora nawigacyjnego. System ten, podobnie jak rosyjski GLONASS, jest natomiast dopuszczony, jako tzw. konstelacja źródłowa, która po angielsku nazywa się „Satellite Core Constellation”, dla systemu globalnej nawigacji satelitarnej GNSS. Aby jednak tworzyć system GNSS, GPS musi być wspomagany przez systemy poprawiające jego własności, szczególnie w zakresie wiarygodności i dokładności.

EGNOS jest jednym z rodzajów systemu wspomagającego, które w dokumentacji ICAO nazywają się SBAS (Satellite Based Augmentation System). W skrócie zasada jego działania jest następująca. Stacje monitorujące systemu EGNOS (tzw. RIMS - Ranging and Integrity Monitoring Stations), które rozstawione są na terenie Europy oraz Afryki Północnej (a także w Kanadzie, RPA i Ameryce Płd.), rejestrują sygnały nadawane przez satelity GPS, a ponieważ pozycja tych stacji jest bardzo ściśle określona, to w związku z tym można określić błędy w działaniu GPS (np. opóźnienia jonosferyczne czy też błędy zegara). Dla poprawnej pracy systemu GPS wymagane jest, aby źródła sygnałów nadawanych przez satelity były wysoce precyzyjne. Na pokładzie satelitów znajdują się atomowe źródła czasu i to one powodują, że system jest tak dokładny. Informacja rejestrowana przez naziemne stacje monitorujące systemu EGNOS jest przekazywana do centrum obliczeniowego, gdzie są wypracowywane poprawki dla tych sygnałów i informacje o wiarygodności systemu GPS oraz EGNOS. Informacja z centrum obliczeniowego jest przekazywana do stacji nadawczych, które wysyłają ją do satelitów geostacjonarnych systemu EGNOS i następnie bezpośrednio na pokład samolotów. EGNOS poprawia dokładność oraz dodaje informacje o wiarygodności systemu GPS, które są wysyłane do pokładowego odbiornika w pięć i pół sekundy. Przypomnijmy, że w przypadku „czystego GPS” czas ten, w skrajnym wypadku może przekroczyć dwie godziny.

To są niesamowite technologie, biorąc pod uwagę fakt, na jakie odległości informacja jest przekazywana i jak rozbudowana musi być infrastruktura systemu. W wolnej przestrzeni sygnał elektromagnetyczny rozprzestrzenia się z prędkością światła, ale nie tutaj, ponieważ urządzenia elektroniczne wykorzystują przewody i całą elektronikę, a każdy element elektroniczny wprowadza jakieś opóźnienie.

MZ: Jakiej wielkości błędy może generować GPS?
TW: Według specyfikacji, GPS uzyskuje dokładność w poziomie rzędu 17 metrów, natomiast w pionie 37 metrów. Według deklaracji producenta są to dokładności w poziomie plus minus 6 metrów, niemniej jednak jest to tylko deklaracja.

MZ: W jakie urządzenia należy się zaopatrzyć, aby móc uzyskiwać sygnał GPS z poprawkami EGNOS-a?
TW: Ponieważ EGNOS jest systemem darmowym, to może z niego korzystać każdy, kto posiada odbiornik przystosowany do odbioru jego sygnału. Należy jedynie nabyć odpowiednie urządzenie lub unowocześnić dotychczas użytkowane. Często też wystarczy tylko wgrać do starego odbiornika nowe oprogramowanie. Generalnie na pokładzie samolotu musi znajdować się odbiornik z funkcją WAAS, który jest kompatybilny z EGNOS-em i pozwala odbierać jego sygnał. Oczywiście istnieją pomiędzy nimi pewne różnice, nie mniej jednak nie wpływają one na kwestie użytkowe. W Ameryce system WAAS jest dokładnie tym samym czym EGNOS w Europie i jest oparty na tej samej specyfikacji, czyli na ICAO SBAS. Instalacja odbiornika na pokładzie samolotu wymaga odpowiednich certyfikatów, możliwość jego użycia przez załogę statku powietrznego jest obwarowana odpowiednimi przepisami.

MZ: A czy są dostępne oddzielne odbiorniki dedykowane specjalnie dla EGNOS-a?
TW: EGNOS z założenia jest systemem wspomagającym systemy konstelacji źródłowych, takich jak GPS czy GLONASS. Nic mi nie wiadomo, żeby ktoś produkował odbiornik dedykowany tylko dla systemu EGNOS. Oczywiście są produkowane odbiorniki, które zamiast funkcji WAAS mają funkcję EGNOS, albo ogólnie SBAS. Generalnie, dla użytkownika nie powinno mieć znaczenia, które z tych trzech oznaczeń będzie posiadał odbiornik.

MZ: W jakiej formie odbiornik sygnalizuje poprawność ścieżki schodzenia?
TW: Jeśli chodzi o odbiornik pokładowy, to po pierwsze, informuje on pilota o tym w jakiej kategorii może on kontynuować lot (LPV, LP, LNAV, VNAV itd.), a po drugie, informuje też pilota o tym czy znajduje się na ścieżce i na kursie w sposób zależny od przyjętego rozwiązania technicznego. Informacja może być wyprowadzona na klasyczny wskaźnik krzyżowy (tzw. CDI – Course Deviation Indicator), albo na wskaźnik CDI zobrazowany graficznie na wyświetlaczu odbiornika GPS/SBAS.

MZ: Przedstawił Pan zalety tego systemu, a jakie są jego ograniczenia?
TW: System ma oczywiście swój zasięg i to wynika z tego, jak daleko jest przekazany sygnał satelitarny i jaki jest rzut wiązki nadawanej przez satelitę na powierzchnię ziemi. Ze względu na strukturę systemu i jego zasadę działania, sposób rozmieszczenia stacji RIMS oraz położenie satelitów geostacjonarnych system może być wykorzystywany jedynie w Europie i w Afryce Płn. Po rozbudowaniu sieci stacji monitorujących na obszar Afryki Płd. mógłby być także wykorzystywany na półkuli południowej. Położenie satelitów EGNOS i systemów podobnych, na orbicie geostacjonarnej, nad równikiem ma także tę wadę, że sygnał z nich może być trudno dostępny na dużych szerokościach geograficznych na małych pułapach. Systemy satelitarne można stosunkowo łatwo zakłócić. Sygnał satelitarny jest sygnałem o bardzo małej mocy. Abstrahując od tego czy zakłócenie będzie miało charakter celowy, przypadkowy, lokalny czy globalny. Nadajnik o mocy 1W wystarczy do jego zakłócenia w promieniu 100 km. Mogą także wystąpić zakłócenia pochodzące np. od telefonii komórkowej. Generalnie, na skutek działań innego systemu, który działa w pobliżu, mogą nastąpić interferencje lokalne zakłócające pracę systemów odbiorczych GNSS.

Koniec części pierwszej

O zagrożeniach wynikających z wyłączenia systemu EGNOS, możliwości zastosowania EGNOS-a na lotniskach nieutwardzonych, na co powinien zwracać uwagę pilot korzystający z systemu i jakie powinien posiadać uprawnienia oraz co o systemie w opini PAŻP sądzi Urząd Lotnictwa Cywilnego czytaj w drugiej częsci wywiadu.