冲上云霄

卫星星座和ADS-B

从角度看,全球导航卫星系统具有超越飞机定位能力的潜力。


当今一些基于卫星的增强系统的概述。 WAAS和欧洲对地静止导航覆盖系统(EGNOS)的覆盖范围实际上比显示的要大。
比尔·冈恩(Bill Gunn)
ATP / CFII专业飞行员法规和合规专家

T这是全球范围内的几个全球导航卫星系统(GNSS)星座。 GPS是第一个部署的。欧盟的伽利略(Galileo)严格供民用,到2020年将全部部署24颗以上的卫星供所有人使用。伽利略(Galileo)与美国的卫星空中导航系统兼容,包括LPV到来。

中国的北斗系统正在扩展,到2020年将成为拥有35颗卫星的全球网络。俄罗斯的GLONASS星座已在全球部署,但不适用于配备美国飞机的空中航行。

尽管北斗和GLONASS可能不支持经过认证的导航系统,但它们可用于导航的非认证辅助设备和非认证的电子飞行包(EFB)。

机载系统可以选择的卫星越多,即使系统没有差分校正,其精度也越好。尽管主要的卫星系统在世界范围内,但是如果没有差分校正,这些系统都无法满足垂直引导终端到达程序的精度要求。

每个这样的差分校正系统被定义到特定区域。美国广域增强系统(WAAS)被称为基于卫星的增强系统(SBAS),是第一个部署的系统。

在美国,加拿大和墨西哥各地具有高度准确已知位置的地面接收器使用对地静止通信卫星将校正因子传递给机载导航系统。世界其他地区也可以使用类似的差分校正系统。

典型的广域多边收发器。这些在世界各地都有使用。好处之一是飞机只需要一个应答器即可向ATC提供定位信息。

卫星导航和空中交通管制

美国的空中交通管制(ATC)已为2020年1月2日过渡到自动相关监视广播(ADS-B)做好了准备。截至2019年底部署的最终系统是155个候机楼到达地点中的最后一个。

飞机上经过差异校正的经过认证的卫星导航仪通过地面中继站向ATC提供位置信息。飞机每秒发送一次位置,速度,高度和ID信息。

尽管ADS-B是监视的主要手段,但它并不是控制器可用的唯一手段。决定不要求控制器特别知道每个位置更新是如何得出的。

辅助雷达,广域多纬度(WAM)和其他地面导航也可能有助于位置更新。 ATC系统仅管理来自各种系统的输入,并向控制器显示最有效的位置。雷达站点的数量正在减少,主要是在航路结构中。

但是,尽管备用站点更少,但雷达范围仍将保持。 WAM是一个基于地面的收发器集群,可同时询问飞机应答器。

对每个地面收发器的答复到达时间略有不同,这决定了飞机的位置。美国第一个WAM机群安装在科罗拉多州东部,以在落基山脉为丹佛中心提供覆盖范围,那里的雷达覆盖范围有限。

如果需要,国家空域系统(NAS)中还将使用其他WAM站点来增加雷达和ADS-B。尽管ADS-B是监视的主要工具,但雷达,WAM和诸如地面增强系统(GBAS),数字DME和伪卫星(向车载卫星导航系统提供定位信号的地面系统)等系统将成为首选。 NAS的一部分。

GBAS与基于卫星的增强类似,但是校正信号直接传输到飞机的视线。在美国,只有IAH(休斯敦德克萨斯州)和EWR(纽瓦克新泽西州)有公共GBAS系统可供到达。

所有这些迫在眉睫的考虑是,由于极端的太阳耀斑活动或故意的干扰,卫星信号可能会在一段时间内被拒绝的真实可能性,因此在这种情况下,ATC必须维持适当的备用位置系统来管理交通。这些多个系统的集成将自动处理,因此控制器可以找到管理流量的最佳解决方案。

铱星NEXT卫星覆盖范围的视觉描述。在极对极轨道上,每个平面有6个旋转平原,每个平面上有11个卫星。每颗卫星都可以在其100分钟的轨道上追踪ADS-B Out。数据从卫星传递到卫星,然后传递到适当的地面站点。

铱星NEXT卫星

铱星NEXT是低轨道卫星,具有在1090扩展急移器(ES)上接收ADS-B Out信号的能力。尽管美国在所有NAS中都有1090ES,而在A类空域以下则有978 UAT,但应注意,1090ES是ADS-B Out信号的世界标准。

考虑到世界上只有30%的区域具有雷达覆盖范围,因此通过卫星与地面接收器站点跟踪飞机并提供全球跟踪潜力的方法令人着迷。

铱,Aireon,FlightAware和Nav Canada是这种基于太空的ADS-B接收技术的主要合作伙伴。铱星NEXT卫星的运行距离为485英里,而GNSS系统的运行距离为10,000到11,000英里。

为了确保全时覆盖,至少有66颗铱星在轨卫星。该系统的合作伙伴可以为配备ADS-B Out的飞机提供交钥匙监控功能,除了可以安装顶部安装的ADS-B Out天线以外,不需要其他任何仪器。

尽管Nav Canada将要求安装此装置,但FAA尚未宣布,但将从2020年3月开始使用加勒比海地区的NEXT卫星跟踪进行测试。

这仅仅是确定NEXT接收是否需要天线分集的测试。其他几个组织也与FlightAware签订了关于NEXT监视信息的合同,包括意大利的ENAV,英国的NATS,爱尔兰的IAA和丹麦的NavAir。所有这些都将花费一些时间来实施,协调和确保持续的应急保障。

Aireon警报

除了监视之外,Aireon还为世界航空业提供公共服务,用于紧急定位和跟踪配备ADS-B的飞机。 Aireon的飞机定位和紧急响应跟踪(ALERT)是一项全球紧急飞机定位服务,无需用户付费,也不要求客户是Aireon或IAA的客户。

ALERT系统的用户只需向位于Ballygirreen的爱尔兰航空局北大西洋通信中心注册即可。可以在www.aireonalert.com上进行在线注册。在无法找到飞机的紧急情况下,预先注册的航空利益相关者可以拨打Aireon ALERT 24/7电话号码并提供失踪飞机的航班ID或唯一的ICAO 24位地址,该地址在FAA数据库中显示为: “模式S代码(基数16 /十六进制)。”

从2020年开始,美国的应答机空域需要ADS-B跟踪和定位。美国的航空业将如何变化,未来的前景如何?

然后,Aireon ALERT操作员将找到飞机的最后一个已知位置,如果找到了该位置,则将通过电话将WGS 84坐标中的该位置提供给航空涉众。运营商还将通过电子邮件将有关失踪飞机位置的报告发送给航空利益相关者。对于日常机队管理,Aireon和FlightAware提供了Global Beacon –使用NEXT卫星的机队跟踪服务。

配备ADS-B Out的飞机每隔1分钟就会观察到一次位置和高度的变化。客户可以期望至少每15分钟通过全球信标报告其在全球任何地方的机队位置信息,到2021年,遇险飞机的服务将增加到每分钟。

所需要的只是使飞机在1090ES上具有ADS-B Out功能,并具有顶部安装的天线的天线多样性。

全球信标满足了全球航空遇险安全系统(GADSS)下的ICAO要求。 GADSS由航空公司和运营商的标准和操作程序组成,用于正常跟踪以及遇险飞机的跟踪。

ADS-B和协议

ATC一直使用卫星定位作为监视组合的一部分-雷达是过渡日期之前的主要设备。已经吸取了一些教训,并且已经做出了一些澄清。 FAA于2019年7月3日在联邦公报(FAA 2019 0539 0001)中阐明了使用服务可用性预测工具(SAPT)的准则,某些运营商需要该准则并且所有人都可以使用。 SAPT会估计在提交的飞行路线上GPS覆盖范围丢失的可能性。

该最终规则中规定:“ 2020年1月1日之后,除非获得ATC的其他授权,否则所有在第91.225条所标识的空域中运行的飞机都必须遵守第91.227条中的ADS-B Out性能要求。

在操作员无法控制的情况下,可能会导致GPS性能暂时下降,并明显违反第91.227条。运营人可能会对其预期的飞行路线进行飞行前可用性预测时进行尽职调查,但在获得初始ATC路线许可后会经历ATC改航,这可能会导致性能意外下降。

此外,运营人可能会在其预期的飞行路径上遇到实际的GPS干扰,这会影响飞机满足§91.227的性能要求的能力。最后,由于FAA的SAPT停用,运营商可能无法完成其预定飞行路线的飞行前可用性预测。

如前所述,FAA意识到这些情况不在操作员的控制范围之内。因此,由于本文档中讨论的情况,FAA不会将这些事件视为不符合§91.227的规定,只要此类申请会施加完全在运营商控制范围之外的行为标准。”

Essentially, an operator required to use SAPT and doing so would not be in violation of FAR 91.227 in the explained circumstances. The most recent SAPT user guide is available at //sapt.faa.gov/default.php.

美国联邦航空局(FAA)发布了豁免编号12555,这是对§91.227(c)(1)(i)和(iii)的ADS-B Out性能要求的限时豁免,适用于2020年1月1日至2024年12月31日操作员。那些免税的人必须遵循GPS的可预测性和路由的特定准则。

SAPT答复示例。请注意,有关GPS可能无法通过ACY(大西洋城新泽西州)使用的预测,但预计可以使用其他监视手段。如上所述,系统可以建议将出发时间错开15分钟,以提高覆盖范围。

编队

如果有2架或2架以上的飞机以近距离编队飞行,则空中交通管制员现在可以要求飞行中的所有飞机(领队除外)将ADS-B Out置于备用状态。在这种情况下,ATC出于分离和排序的目的将编队视为一架飞机。

其他问题

美国联邦航空局发现ADS-B系统安装出现许多错误,其中之一是与错误的ICAO 24位地址相关联的航班ID。拥有固定N登记的飞机可以通过其航空电子设备店对此进行纠正,而那些随机更改呼号的飞机将需要可配置呼号的ADS-B Out发射器。

规则要求位地址和呼叫符号必须与归档的内容以及“ Out”系统传输的内容相匹配。最后,修订后的AC 91-85B(1/29/19)减轻了FSDO的授权书(LoA)的负担,该授权书适用于某些寻求降低垂直分隔最小距离的美国91部分零件运营商。

如果飞机配备了ADS-B Out,则仅放下LoA要求。安装,检查,维护和培训的所有其他要求仍然保留。

一个开始

NAS中的强制性ADS-B Out是一个里程碑。但是驾驶舱中还有其他正在开发的系统。例如,控制器导频数据链路通信(CPDLC)正在逐步扩展,以在阶段性阶段以文本代替语音控制。

美国55个枢纽机场已经提供离港或出发前通行证,而CPDLC已用于越洋作战以及环太平洋和欧洲。联邦航空局通过CPDLC为如此配备的人员提供了扇区切换。语音通信将保持不变,并且对于大多数运营商而言,CPDLC不是必需的。对于大多数机队,建议通过ADS-B In输入流量,并且与TCAS II不同,它不是独立的流量分离设备。

无论如何,新的国际民航组织的国内飞行计划格式都会有一个块,告知ATC任何飞机通过ADS-B观察交通的能力,因此该工具的价值是可以理解的。 TSO C195b中定义了ADS-B流量的最低性能标准,并在AC 20-172B(系统和应用中的ADS-B的适航性批准)中进行了讨论。

必须具备地面交通“进站”功能以及要遵循的某些交通和通过“进站交通”进出的能力的飞机暗示了在驾驶舱内进行长途交通的可能性。今天,我们必须集中精力从雷达定位转向基于卫星的定位,以及为空中交通管制提供的功能的增强。唯一可以确定的是,一旦对此有了更好的理解,技术发展的能力就将存在。


Bill Gunn是德克萨斯州航空运输部DOT的机场合规性和培训的前经理。耿恩乘坐RF-4C幻影从美国空军退役,其中包括在越南战争期间在东南亚工作了18个月,飞行了10年,并管理了联邦航空服务合同。他在整个美国为国际航空倡导小组演讲。

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