Kategorie
News Świat

Zastosowanie systemów wspomagania pozycjonowania SBAS w nawigacji BSP

Systemy wspomagania SBAS pełnią istotną rolę i funkcję w precyzyjnej nawigacji lotniczej. Szczególnie jest to istotne w przypadku certyfikacji danego systemu SBAS przez Międzynarodową Organizację Lotnictwa Cywilnego ICAO[1.] Zgodnie z Załącznikiem 10 „Pomoce Radionawigacyjne”[2] do Konwencji Chicagowskiej systemy SBAS mają głównie za zadanie poprawiać osiągi pozycjonowania GNSS, a w szczególności poprawić parametry jakości pozycjonowania GNSS w lotnictwie. Parametrami jakości pozycjonowania GNSS przyjęto nazywać dokładność, ciągłość, dostępność i wiarygodność pozycjonowania GNSS. O ile systemy globalne GNSS zapewniają dokładność, ciągłość, dostępność, o tyle nie dają użytkownikom wiarygodności pozycjonowania GNSS. Stąd kluczowe użycie i zastosowanie systemów wspomagania SBAS w różnego rodzaju operacjach lotniczych.

Jak pokazują badania naukowe prowadzone przez naukowców z Lotniczej Akademii Wojskowej (LAW) w Dęblinie i Wojskowej Akademii Technicznej (WAT) w Warszawie, systemy wspomagania SBAS mogą zostać również wykorzystane w operacjach lotniczych realizowanych przez BSP. Rynek produkcji, sprzedaży, eksploatacji BSP stale się rozwija, stąd zapotrzebowanie na nowe rozwiązania nawigacyjne pozycji BSP jest dość duże. Tym bardziej, że zastosowanie rozwiązania nawigacyjnego SBAS nie wymaga specjalistycznej i kosztownej infrastruktury jak np. precyzyjna technika różnicowa RTK. Naukowcy z LAW i WAT w swojej pracy: Krasuski Kamil, Wierzbicki Damian, Bakuła Mieczysław, Improvement of UAV positioning performance based on EGNOS+SDCM solution, Remote Sensing, 2021, 13, 2597, https://doi.org/10.3390/rs13132597[3] zaprezentowali nowy algorytm nawigacyjny wyznaczenia pozycji BSP bazujący na integracji pojedynczego rozwiązania SBAS odpowiednio od systemów wspomagania EGNOS i SDCM. Taki schemat integracji został oparty o model średniej ważonej, dzięki któremu możliwa jest do wyznaczenia wypadkowa pozycja BSP. Eksperyment badawczy zrealizowano w kwietniu 2020 r. w okolicach Warszawy przy użyciu urządzenia BSP typu Tailsitter. Szkic poglądowy trasy przelotu BSP pokazano później na Rys. 1.

Rys. 1. Szkic poglądowy trajektorii poziomej lotu BSP[4].

W czasie realizacji eksperymentu zastosowano trzy różne modele wagowe:

– wagowanie w funkcji odwrotności liczby śledzonych satelitów GPS, dla których wypracowano poprawki od satelitów EGNOS i SDCM,

– wagowanie w funkcji odwrotności kwadratu błędu średniego współrzędnych elipsoidalnych BLh obliczonych z pojedynczego rozwiązania SBAS (EGNOS i SDCM),

– wagowanie w funkcji odwrotności prędkości lotu BSP z pojedynczego rozwiązania SBAS (EGNOS i SDCM).

Jak pokazują wyniki badań najlepsze rozwiązania nawigacyjne EGNOS+SDCM dla technologii BSP uzyskano dla wagowania pomiarów w funkcji odwrotności kwadratu błędu średniego współrzędnych elipsoidalnych BLh. To ważna informacja w kontekście przyjęcia optymalnej strategii wagowania pomiarów w procesie integracji rozwiązania Multi-SBAS dla pozycjonowania BSP. W trakcie realizacji badań zauważono również bardzo ciekawą zależność w przypadku określenia dokładności wyznaczenia wysokości elipsoidalnej BSP. Okazuje się, że integracja rozwiązania EGNOS+SDCM powoduje poprawę wyznaczenia wysokości elipsoidalnej BSP o około 60% względem pojedynczego rozwiązania SBAS dla systemu EGNOS. Można zatem stwierdzić, że modele hybrydowe pozycjonowania Multi-SBAS dla technologii BSP są o wiele lepsze niż pojedyncze rozwiązanie SBAS. Dodatkowo warto wspomnieć, że system wspomagania SDCM może w przyszłości stanowić ciekawą alternatywę dla systemu EGNOS w ramach zastosowania w pozycjonowaniu BSP w naszej części Europy. Autorzy artykułu zadeklarowali kontynuację swoich badań, w których będą chcieli zastosować również indyjski system wspomagania GAGAN. Taka kombinacja wypadkowego modelu pozycji BSP oparta o trzy pojedyncze rozwiązania SBAS (EGNOS, SDCM i GAGAN) umożliwiłaby większą niezawodność obliczeń nawigacyjnych.

WYKAZ SKRÓTÓW I AKRONIMÓW

BLh- współrzędne elipsoidalne (B-szerokość geodezyjna, L-długość geodezyjna, h-wysokość elipsoidalna)

BSP- Bezzałogowy Statek Powietrzny

EGNOS- European Geostationary Navigation Overlay Service

GAGAN- GPS Aided Geo Augmented Navigation

GNSS- Global Navigation Satellite System

GPS- Global Positioning System

ICAO- International Civil Aviation Organization

RTK- Real Time Kinematic

SBAS- Satellite Based Augmentation System

SDCM- System of Differential Correction and Monitoring

LITERATURA

International Civil Aviation Organization. ICAO Standards and Recommended Practices (SARPS), Annex 10 Volume I (Radio Navigation Aids). 2006. Available online: www.ulc.gov.pl/pl/prawo/prawo-mi%C4%99dzynarodowe/206-konwencje, [30.10.2021].

Krasuski, K.; Wierzbicki, D. Application the SBAS/EGNOS Corrections in UAV Positioning. Energies 2021, 14, 739. https://doi.org/10.3390/en14030739.

Krasuski, K.; Wierzbicki, D.; Bakuła, M. Improvement of UAV Positioning Performance Based on EGNOS+SDCM Solution. Remote Sens. 2021, 13, 2597.

https://doi.org/10.3390/rs13132597.

https://www.mdpi.com/2072-4292/13/13/2597/htm, [30.10.2021].


[1] Krasuski, K.; Wierzbicki, D. Application the SBAS/EGNOS Corrections in UAV Positioning. Energies 2021, 14, 739. https://doi.org/10.3390/en14030739.

[2] International Civil Aviation Organization. ICAO Standards and Recommended Practices (SARPS), Annex 10 Volume I (Radio Navigation Aids). 2006. Available online: www.ulc.gov.pl/pl/prawo/prawo-mi%C4%99dzynarodowe/206-konwencje, [30.10.2021]

[3] Krasuski, K.; Wierzbicki, D.; Bakuła, M. Improvement of UAV Positioning Performance Based on EGNOS+SDCM Solution. Remote Sens. 2021, 13, 2597. https://doi.org/10.3390/rs13132597.

[4] https://www.mdpi.com/2072-4292/13/13/2597/htm, [30.10.2021]

Autor: dr inż. Kamil Krasuski; dr hab. inż. Damian Wierzbicki, prof. WAT; dr hab. inż. Mieczysław Bakuła, prof. LAW

Dr inż. Kamil Krasuski, doktor nauk inżynieryjno-technicznych w dyscyplinie Inżynieria Lądowa i Transport, stopień doktora uzyskany w 2019 r. na Wydziale Geodezji i Kartografii Politechniki Warszawskiej, Adiunkt w Zakładzie Nawigacji i Zarządzania Ruchem Lotniczym Instytutu Nawigacji LAW w Dęblinie, członek zgromadzenia Federacji Akademii Wojskowych FAW.

Dr hab. inż. Damian Wierzbicki, doktor habilitowany nauk technicznych w dyscyplinie Geodezja i Kartografia, Profesor uczelni w Katedrze Rozpoznania Obrazowego Wydziału Inżynierii Lądowej i Geodezji WAT w Warszawie, członek Rady Dyscypliny Naukowej Inżynieria Lądowa i Transport na Wydziale Inżynierii Lądowej i Geodezji WAT.

Dr hab. inż. Mieczysław Bakuła, doktor habilitowany nauk technicznych w dyscyplinie Geodezja i Kartografia, Profesor uczelni w Zakładzie Nawigacji i Zarządzania Ruchem Lotniczym Instytutu Nawigacji LAW w Dęblinie, koordynator dyscypliny Inżynieria Lądowa i Transport w Federacji Akademii Wojskowych FAW.