SBAS & GBAS O QUE É?
Apesar da tecnologia de GNSS trazer grandes benefícios, existe também limitações inerentes que devem ser tomadas em consideração. Uma transição para os sistemas GNSS representa um grande desafio para todos os membros da comunidade da aviação, afetando operadores das aeronaves, pilotos, controladores de tráfego aéreo e reguladores. A natureza global do sistema GNSS dita também a necessidade de uma boa coordenação entre os diversos estados [ICAO, 2005].
As interferências com os sinais de GNSS afetam diretamente a disponibilidade do sistema. Mesmo os sistemas convencionais não se encontram livres de interferências, e têm volumes limitados de tráfego quando comparados com os sistemas GNSS; por isso, interferências entre os sinais destes sistemas afetam um maior número de aeronaves simultaneamente.
Os principais erros que provocam a redução de precisão do sistema de GNSS são os erros de ephemeris, de relógio, do receptor, da ionosfera e de multipath. Apesar das órbitas dos satélites serem bastante estáveis e previsíveis, existem algumas perturbações causadas pelos efeitos gravitacionais da Terra e da Lua e pela pressão da radiação solar. Estes são os erros de ephemiris. Os erros de tempo devido a incorreções nos relógios do satélite e do receptor, bem como efeitos de relatividade, são os erros de relógio e podem resultar em discrepâncias posicionais de até 2 metros. Devido ao sinal fraco dos transmissores GNSS, os códigos de ruído pseudo-aleatórios do receptor encontram-se num nível inferior ao ruído ambiente presente no receptor. Isto resulta numa correlação distorcida entre o código do receptor e o código do satélite, e produz uma certa incerteza no relacionamento de um código com o outro. A diferença de posição resultante deste erro do receptor é de cerca de 1 metro. Um dos erros mais significativos nas medições de pseudo-alcance resulta da passagem do sinal do satélite através da ionosfera terrestre, cujas condições variam de acordo com a hora do dia, atividade solar e um vasto leque de outros fatores. Atrasos relacionados com a ionosfera podem ser previstos e por isso é aplicada uma correção média à posição do GPS, apesar de continuar a persistir um erro introduzido por este tipo de fenómeno. Erros na medição do pseudo-alcance resultam da reflexão e refração do sinal de satélite por objetos e solo perto do receptor. Este fenómeno é conhecido por erro de multipath. Devido ao facto de o sistema GNSS ser um sistema de navegação tridimensional, os erros não se encontram todos ao mesmo nível e como tal não podem ser somados algebricamente. O erro total de alcance do sistema é calculado pelo método da raiz quadrada da soma dos quadrados dos erros individuais.
A integridade do sistema de GNSS é a capacidade que o sistema possui de providenciar avisos atempados ao utilizador quando o equipamento se torna inutilizável em termos navegacionais. O conceito de integridade inclui a falha em avisar e os avisos falsos. No caso das ajudas convencionais, estas incorporam um equipamento de monitorização na estação terrestre que desliga o transmissor e alerta o utilizador através de um aviso de perda de identificação, caso o equipamento detecte uma condição fora da tolerância. A integridade do sistema GNSS relaciona-se com a confiança que pode ser colocada na precisão da informação total fornecida pelo sistema. Isto inclui a capacidade do sistema em notificar o piloto, na eventualidade de um satélite se encontrar a emitir sinais erróneos. Satélites individuais não são monitorizados continuamente, podendo assim passarem várias horas entre a ocorrência de um erro e a sua detecção e correção. Sem a existência de alguns meios adicionais de monitorização da integridade, um erro de ephemeris de um relógio, por exemplo, pode ter um efeito significativo em qualquer sistema de navegação que utilize determinado satélite. Caso o receptor de GPS não possua uma função de monitorização da integridade, apresentará uma solução de navegação baseada em dados errados.
A disponibilidade do sistema GNSS é a capacidade que este tem de fornecer um número de satélites necessários para uma determinação de posição dentro da área de cobertura especificada. Uma técnica utilizada pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América para limitar a precisão do sistema GPS a outros utilizadores era a chamada Selective Availability (SA). Esta era obtida através da criação de um erro de relógio ou de ephemeris; contudo a dependência cada vez maior no sistema de GPS por parte do sector civil fez com que em 2000 esta técnica fosse descontinuada pelo governo daquele país. Muitos dos primeiros receptores de GPS foram feitos para terem em conta este tipo de técnica. Assim, receptores antigos que não conseguem obter benefícios da descontinuidade do Selective Availability têm uma capacidade de detecção de erros de 99.7% para aproximações de não-precisão. Por contraste, receptores que conseguem tirar partido da desativação desta técnica, conseguem fornecer uma capacidade de detecção de erros de 99.998% para este tipo de aproximações.
A continuidade do serviço do sistema GNSS é a capacidade que este sistema de navegação possui de continuar a executar a sua função durante a operação pretendida. A continuidade é fundamental sempre que a dependência num determinado sistema é elevada, como por exemplo durante uma aproximação por instrumentos. Apesar da constelação de GPS ter sido declarada totalmente operacional, existe a possibilidade de ocorrerem situações onde os requisitos mínimos de operacionalidade não podem ser mantidos devido a avarias que reduzem o número de satélites operacionais e prejudicam a continuidade do sistema.
Como já foi referido, as constelações de satélites existentes, por si próprias, não são capazes de cumprir com os requerimentos mais restritos da indústria da aviação. Para cumprir os requerimentos operacionais necessários às diferentes fases do voo, estas constelações de satélites necessitam de um sistema de aumento do tipo Space Based Augmentation System (SBAS) e Ground Based Augmentation System (GBAS).
Para entender o assunto em questão, primeiro precisamos retornar à nossa conhecida e confiável abordagem atual e auxiliar de aterrissagem, o ILS (Instrument Landing System). O ILS fornece orientação vertical e horizontal de precisão para aeronaves na aproximação final de uma pista. O sistema pode fornecer esta orientação com três níveis distintos ou Categorias como são chamados. CAT I significa que o piloto pode descer sobre a rampa de ILS até um mínimo de 200 pés acima da pista onde ele deve ter a pista em vista e se não, ele deve iniciar um go-around. O mesmo mínimo é de 100 pés para CAT II.
O CAT III não tem limite vertical e somente um certo alcance visual da pista (RVR) deve existir para a aeronave aterrar (geralmente no modo automático total).
ILS é relativamente caro para comprar e implantar e seu custo de propriedade também é substancial, não menos por causa da necessidade de voar vôos de calibração regular para verificar o sistema a cada ano. Outra desvantagem é que quando o tempo realmente ruim e as operações de aterragem CAT II / III estão em andamento, as aeronaves que partem precisam se manter relativamente longe da pista para evitar interferência com os sinais de rádio. Isto tem um efeito negativo significativo na taxa de partida de um aeroporto. Finalmente, mas não de forma insignificante, você precisa de uma instalação ILS separada para cada fim de pista a ser servido.
Com a disponibilidade do Sistema de Posicionamento Global (GPS) veio a percepção de que deveria ser possível usar o GPS também para orientação de aproximação final. Muitas vantagens foram imediatamente visíveis. Poder-se-ia definir um procedimento de aproximação por instrumentos basicamente em qualquer lugar, mesmo quando não havia pista ou, inversamente, procedimentos de aproximação poderiam ser desenvolvidos para cada pista para todas as pistas de um aeroporto sem ter que implantar nada no solo. E os aviões equipados para usar o sistema GPS, em princípio, já eram capazes de voar uma abordagem GPS. A beleza de tal solução é também que a trilha final longa e reta do ILS poderia ser substituída por uma trilha curvada, se necessário, por exemplo, evitando áreas sensíveis ao ruído ou reservas de vida selvagem ou o que quer que seja. Uma via reta era necessária apenas na medida em que a aeronave necessitasse para poder estabelecer uma aproximação estabilizada.
Havia apenas um problema … a precisão disponível a partir de GPS para a captura de uma radial é de 3 metros horizontalmente e 6 metros verticalmente o que é suficiente para a navegação de rota, mas não nas aproximações de precisão. As imprecisões na posição fornecida pelo GPS vêm de um número de fontes diferentes, mas felizmente estas são bem conhecidas e o grau de imprecisão pode ser precisamente medido e compensado.
Dois tipos de sistemas para tal compensação foram desenvolvidos, SBAS e GBAS. SBAS significa Space Based Augmentation System enquanto GBAS é o Ground Based Augmentation System. Em ambos os sistemas a ideia é medir os pequenos, mas ainda significativos, desvios nos sinais de satélite GPS, descobrir a correção necessária e enviá-la para a aeronave em aproximação, que pode então determinar a sua posição no espaço com a precisão necessária para uma abordagem de precisão. Ambos os sistemas também fornecem a monitoração de integridade necessária.
No caso do SBAS, uma rede de estações de referência no solo mede as variações nos sinais GPS, calculando uma correção de desvio que enviam para estações mestre. Estes, por sua vez, enviam as mensagens de correção para satélites geoestacionários dedicados. Estes então transmitem as correções de volta à Terra. Os receptores GPS usam as correções para melhorar a precisão de seus cálculos de posição. O SBAS abrange grandes áreas geográficas e não é necessário ter hardware dedicado adicional nas instalações do aeroporto ou em qualquer outro local onde seja necessária uma orientação precisa. SBAS, embora originalmente inventado principalmente para o uso da aviação é, naturalmente, a solução por excelência para o uso geral do GPS, uma vez que fornece as correções necessárias em todos os lugares que são necessários.
Medições nos Estados Unidos mostraram que a precisão do sistema SBAS (melhor que 1 metro lateralmente e 1,5 metros verticalmente) permite que ele seja usado para orientação de aproximação de precisão CAT 1. Em termos de custo, é claro que a necessidade de uma constelação de satélites além do GPS adiciona um montante substancial aos fundos necessários para criar um ambiente SBAS.
Vários países implementaram seu próprio sistema de aumento baseado em satélites. A Europa dispõe do European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS), que abrange a Europa Ocidental e para além dela. Os EUA têm seu Wide Area Augmentation System (WAAS). O Japão é coberto por seu Sistema Multi-functional Satellite Augmentation System (MSAS). A Índia lançou seu próprio programa SBAS chamado GPS e GEO Augmented Navigation (GAGAN) para cobrir o subcontinente indiano. A China, por sua vez, está desenvolvendo o SNAS.
Todos os sistemas cumprem um padrão global comum e são, portanto, todos compatíveis (não interferem entre si) e interoperáveis (um usuário com um receptor padrão pode se beneficiar do mesmo nível de serviço e desempenho se localizado na cobertura EGNOS ou WAAS.
Outra solução proporciona o aumento dos sinais de posicionamento em uma área mais limitada, normalmente um aeroporto ou outro lugar bem definido onde a aeronave pousa. Trata-se de GBAS ou Ground Based Augmentation System. A instalação de terra do GBAS vem com tipicamente quatro, receptores GPS de alto desempenho, colocados em posições cujas coordenadas foram determinadas com muita precisão. A posição calculada por estes receptores é enviada para uma unidade de processamento que compara esta informação com a posição conhecida de cada receptor. Se for encontrada uma diferença, é determinado um fator de correção e este, juntamente com informações de integridade, é transmitido na forma de uma transmissão de dados VHF (VDB – VHF Data Broadcast) por uma estação de rádio no aeródromo, operando na faixa aeronáutica padrão.
Sistema GBAS – Arquitetura
As aeronaves que veem para pouso usam os sinais GPS diretamente enquanto também recebem o fator de correção e, portanto, são capazes de determinar uma posição muito precisa e confiável no espaço. Tão bom e confiável, de fato, que SBAS pode ser usado para aproximações CAT II. Na aeronave, a simbologia de aproximação para operações baseadas em satélite é quase idêntica à ILS.
Baseado em satélite a esquerda e baseado em ILS a direita.
Um dos principais benefícios deste sistema é a possibilidade de definir caminhos de aproximação curvos que ajudam a evitar áreas sensíveis ao ruído, por exemplo. Além disso, o GBAS também fornece dados de segmento de aproximação final, descrevendo abordagens para cada uma das extremidades da pista que estão sendo atendidas. Uma única instalação pode servir a todo o aeroporto cobrindo todas as pistas. Também é possível definir aproximações para uma pista de pouso de grama ou uma área de aterragem de helicóptero.
O custo de construção de uma instalação GBAS é muito baixo em comparação com ILS. Geralmente não há necessidade de voos regulares de calibração e o equipamento em si também é muito mais simples.
Uma vez que as abordagens baseadas no GBAS estão disponíveis para os mínimos de CAT II e o ILS não é utilizado, a aeronave será capaz de manter as posições de CAT I habituais mesmo quando os procedimentos de baixa visibilidade – low visibility procedures (LVP) estão em uso. Isto elimina uma das fontes importantes de redução de tráfego durante uma LVP (a necessidade de se manter mais longe da pista para evitar interferência com os sinais ILS).
Fonte: http://www.roger-wilco.net/sbas-gbas-what-is-this-the-technical-aspects/
