Investigação da usabilidade do GBAS no Brasil

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Pereira, Vinícius Amadeu Stuani [UNESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Modelo de Risco Ionosférico; GBAS; Irregularidades Ionosféricas; GNSS; Ionospheric Threat Model; Ionospheric Irregularities
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/158339

Dentre os métodos de posicionamento GNSS (Global Navigation Satellite System) utilizados pela aviação no suporte das fases de aproximação e pouso preciso de aeronaves, destacam-se o SBAS (Satellite-Based Augmentation System) e o GBAS (Ground-Based Augmentation System). O GBAS tem a capacidade de corrigir a maioria dos erros envolvidos na pseudodistância a partir do DGNSS (Differential GNSS), desde que a camada ionosférica apresente um comportamento não perturbado na região do aeroporto. Entretanto, dependendo do fluxo de ionização solar, da atividade geomagnética, do ciclo de manchas solares, do ângulo zenital do Sol e da localização geográfica, a ionosfera pode sofrer fortes perturbações, proporcionando uma ameaça à integridade do GBAS, uma vez que podem ser diferentes os efeitos ionosféricos em pequenas distâncias. Assim, investigações dos erros sistemáticos devido à camada ionosférica no GBAS tem sido objeto de estudos há alguns anos. Nesse sentido, modelos de risco ionosférico, que visam determinar a máxima decorrelação ionosférica espacial existente entre a estação GBAS e a aeronave que se aproxima num aeroporto, foram desenvolvidos ou avaliados, principalmente para o hemisfério norte, mais precisamente para o território norte-americano, onde se destaca o CONUS (Conterminous United States) Threat Model. Nessa área o comportamento da ionosfera é mais estável em comparação com o observado sobre o Brasil, localizado na região ionosférica equatorial e de baixas latitudes, que apresenta a ocorrência da Anomalia de Ionização Equatorial (AIE), bolhas ionosféricas, irregularidades ionosféricas, cintilação ionosférica e Anomalia Magnética do Atlântico Sul (AMAS). A implantação de um GBAS no Brasil, por meio do Departamento de Controle do Espaço Aéreo (DECEA), despertou o interesse de seu uso com segurança. Sendo assim, a pesquisa propôs investigar a aplicabilidade do modelo CONUS de risco ionosférico para GBAS no território brasileiro, utilizando o método dos pares de estações (station-pair method), além de estimar os parâmetros para os principais aeroportos internacionais do Brasil, considerando a variação sazonal, bem como investigar os benefícios quanto ao uso dos sinais GLONASS (Global’naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema), Galileo e da portadora L5 do GPS (Global Positioning System) no modelo. Para isso, foram utilizados dados GNSS de várias redes ativas entre os anos de 2000 e 2016, bem como dados do GBAS instalado no aeroporto internacional do Rio de Janeiro/RJ (Galeão). Para a determinação dos parâmetros do modelo de risco e do parâmetro de integridade σvig (vertical ionospheric gradient sigma), esse último utilizado para estimar os níveis de proteção horizontal e vertical da aeronave, foi implementado um sistema denominado MoR_Ion. Os parâmetros do modelo CONUS estimados para o Brasil, utilizando sinais GPS para a combinação de portadoras L1/L2, mostraram que é inviável o uso de um GBAS considerando todo o território nacional. Uma alternativa foi estimativa local e temporal para os aeroportos de interesse. Valores obtidos indicaram que o GBAS pode, provavelmente, ser utilizado nos aeroportos internacionais de São Paulo/SP (Cumbica), Rio de Janeiro/RJ (Galeão), Brasília/DF (Presidente Juscelino Kubitschek) e Recife/PE (Gilberto Freyre) com algumas restrições quanto à estação do ano, hora do dia e elevação dos satélites. Já para o aeroporto internacional de Porto Alegre/RS (Salgado Filho) é o único, entre os analisados, em que nenhuma restrição à instalação do GBAS no local foi identificada a partir do conjunto de dados processados. Resultados empregando os sinais GPS e Galileo, para a combinação L1/L5, apresentaram ser melhores que os da combinação L1/L2. Já em relação ao GLONASS, verificou-se que há uma semelhança com os resultados do GPS. A determinação do σvig em tempo real para cada satélite disponível se apresentou como uma alternativa interessante, uma vez que transmite para a aeronave a real condição ionosférica no momento da aproximação e pouso, ao contrário da atual configuração do GBAS de transmitir um valor fixo de σvig que, teoricamente, contempla todas as possíveis perturbações ionosféricas. Estimativas de níveis de proteção para aproximação no Galeão indicaram que há a possibilidade de se realizar um procedimento CAT-I, utilizando satélites GPS ou GLONASS (combinação L1/L2), desde que sejam aplicadas restrições local-temporais previamente estabelecidas. Verificou-se, também, que a utilização dos satélites GLONASS em concomitância com o GPS possibilita a obtenção de valores que atendem aos limiares para um pouso CAT-III, uma vez que uma maior quantidade de satélites e, consequentemente, uma melhor configuração geométrica, é disponibilizada. Um estudo de caso utilizando o time-step method para a região do aeroporto de São José dos Campos/SP, onde se encontram cinco estações em um raio de 10 km, indicou que gradientes desse método podem ser empregados na estimativa dos valores dos parâmetros. Entretanto, tal método tem pouca semelhança com a arquitetura de uma estação GBAS e uma aeronave que se aproxima e, adicionalmente, não soluciona a decorrelação temporal. Por fim, um método alternativo que pode indicar a realização ou não do pouso consiste no monitoramento das irregularidades ionosféricas em tempo real na região circundante de um determinado aeroporto. Experimento realizado em tempo real, mas utilizando dados GPS e GLONASS de março de 2014 (próximo ao pico do ciclo solar 24), mostrou fortes irregularidades para a região do Galeão, com a frente ionosférica se deslocando de sudoeste a nordeste. Assim, uma medida que pode ser empregada para estimar os níveis de proteção consiste em não utilizar os sinais dos satélites que atravessam tais irregularidades.