SISTEMAS GNSS NA AVIAÇÃO
Existem duas constelações de sistemas GNSS em operação atualmente: o sistema GPS (Americano) e o sistema GLONASS (Russo). Ambos os sistemas são constituídos por uma constelação de satélites em orbita, apoiados por estações no solo e pelos receptores nas aeronaves. Estes sistemas de constelações, originalmente desenhados para fins militares e fornecendo um nível de performance adequado a certas aplicações civis, necessitam de ser complementados ou aumentados através de sistemas adicionais, de forma a produzirem o tipo de performance adequado às operações aeronáuticas.
O GPS é um sistema operado pelo Departamento de Defesa norte-americano que providencia dois níveis de serviço conhecidos como Standard Positioning Service (SPS) e Precise Positioning Service (PPS). O SPS está disponível a todos os utilizadores e fornece posicionamento horizontal com uma precisão de 36 metros ou menos, com uma probabilidade de 95%. O PPS é mais preciso que o SPS, mas só pode ser acedido pelos serviços militares norte americano e por um número limitado de utilizadores. O sistema GPS consiste em três elementos distintos: o elemento do espaço, o elemento de controle terrestre, e o elemento do utilizador existente nas aeronaves. O elemento do espaço consiste em 24 satélites NavStar em seis planos orbitais (quatro em cada plano), localizados a aproximadamente 20200 km acima da Terra. O elemento de controle terrestre consiste numa rede de estações de monitorização e controle que garantem a precisão da posição dos satélites e dos seus relógios. E o elemento do utilizador é constituído por uma antena de GPS e por processadores receptores a bordo da aeronave que fornecem posicionamento, velocidade e informação precisa de tempos ao piloto.
A operação do GPS é baseada no conceito de alcances e triangulações a partir de um grupo de satélites. Cada satélite emite um código pseudo-aleatório chamado de Course Acquisition (CA), que contém informação de órbita acerca de toda a constelação (almanac), detalhes sobre a posição da cada satélite individual (ephemeris), o tempo do sistema de GPS e o estado e precisão dos dados transmitidos. O receptor de GPS compara o código CA de cada satélite com uma cópia idêntica do código mantido na sua base de dados. Ao alterar a sua cópia do código do satélite, num processo de comparação e ao comparar esta alteração com o seu relógio interno, o receptor consegue calcular quanto tempo foi necessário para que o sinal viajasse desde o satélite até ao receptor. A distância derivada deste método de cálculo é chamada de pseudo-alcance, pois não é um resultado de uma medição direta de distância, mas sim uma medição baseada no tempo.
O receptor de GPS determina a sua posição através do pseudo-alcance calculado e da informação de posição fornecida pelo satélite. Pelo menos quatro satélites são necessários para produzir uma posição tridimensional e uma solução de tempo. O receptor calcula valores navegacionais, tais como distância e rumo para um waypoint ou velocidade sobre o solo, utilizando a latitude e longitude conhecida pela aeronave e referenciando estes à sua base de dados. Como modelo terrestre o GPS utiliza, assim como a ICAO, o sistema WGS84.
O sistema GLONASS é operado pelo Ministério da Defesa da Federação Russa e partilha os mesmos princípios de transmissão de dados e métodos de posicionamento utilizados pelo sistema GPS. É também baseado numa constelação de satélites orbitais e num segmento de controle terrestre. Os satélites encontram-se posicionados em três planos orbitais, sendo a constelação composta por 24 satélites. O sistema GLONASS foi oficialmente declarado operacional em 1993, apesar de se encontrar a funcionar sem a totalidade da sua constelação.
O sistema Galileu será a terceira constelação de satélites aprovado para utilização pela aviação e é uma iniciativa conjunta entre a União Europeia, o EUROCONTROL e a EASA. Baseia-se numa constelação de 30 satélites, suportados por estações no solo e irá fornecer informação posicional de forma semelhante aos sistemas GPS e GLONASS [CAAP, 2006].
Quando visto de uma forma global, o sistema GNSS é fundamentalmente diferente das formas tradicionais de ajudas à navegação. Tem o potencial de suportar todas as fases de voo através do fornecimento de elementos de navegação numa escala global, possuindo assim a capacidade de eliminar a necessidade de uma variedade de sistemas terrestres e aéreos, desenhados para cumprir com os requerimentos específicos de certas fases de voo.
As primeiras operações a serem certificadas para a utilização do sistema GNSS foram as operações em rota (domésticas e oceânicas), terminais e aproximações de não- precisão, em 1993. Estas certificações, baseadas no sistema de aumento ABAS, foram implementadas com restrições operacionais; contudo, ofereciam benefícios substanciais aos operadores de aeronaves. O sistema GNSS fornece orientação de precisão em áreas remotas e oceânicas onde não é prático, muito dispendioso ou impossível providenciar orientação através de ajudas à navegação tradicionais. Mesmo em áreas onde a cobertura por ajudas tradicionais não é problema, o sistema GNSS suporta operações de navegação por área, permitindo às aeronaves o seguimento de rotas mais eficientes.
O GNSS traz esta capacidade ao alcance económico de todos os operadores de aeronaves, permitindo aos Estados desenhar o espaço aéreo em rota e terminal para uma capacidade máxima e um mínimo de atrasos. Este sistema consegue melhorar a utilização de um aeroporto através da implementação de mínimos mais baixos, sem a necessidade de instalar qualquer tipo de ajuda à navegação no aeroporto, pois consegue suportar procedimentos de aproximação com orientação vertical (APV) em todas as pistas, tendo em consideração os standards dos aeroportos para características físicas, marcas e iluminação. Em aeronaves devidamente equipadas, a disponibilidade dos dados mais precisos provenientes do sistema GNSS pode ser utilizada para suportar funções como ADS e comunicações data link entre pilotos e controladores.
A disponibilidade de orientação por GNSS irá permitir a desativação de algumas das ajudas à navegação existentes, reduzindo assim os custos a longo prazo que se transformam em poupança para os utilizadores do espaço aéreo. O planeamento para a desativação de ajudas tradicionais depende da disponibilidade do serviço de GNSS num determinado espaço aéreo e da proporção de aeronaves equipados com estes sistemas.
