CNS/ATM - Tecnologias Navegação Aérea GNSS Brasil
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Tese apresentada à Pró-Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa do Instituto Tecnológico de Aeronáutica como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Ciências no Curso de Pós-Graduação em Engenharia Eletrônica e Computação, Área de Telecomunicações.
Amália Massumi Chujo
Tecnologias de +avegação Aérea por G+SS e DG+SS para
Operação C+S/ATM: Aplicações para o Brasil
Tese aprovada em sua versão final pelos abaixo assinados:
............................................................. Prof. Fernando Walter
Orientador
............................................................. Prof. Homero Santiago Maciel
Pró-Reitor de Pós-Graduação e Pesquisa
Campo Montenegro São José dos Campos, SP – Brasil
2007
Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP) Divisão Biblioteca Central do ITA/CTA Chujo, Amália Massumi Tecnologias de Navegação Aérea por GNSS e DGNSS para Operação CNS/ATM: Aplicações para o Brasil / Amália Massumi Chujo. São José dos Campos, 2007. 168f. Tese de mestrado – Curso de Engenharia Eletrônica e Computação, área de Telecomunicações – Instituto Tecnológico de Aeronáutica, 2007. Orientador: Prof. Dr. Fernando Walter. 1. Controle de tráfego aéreo. 2. Sistemas de navegação por satélites. 3. Auxílios à navegação. 4. Inovações tecnológicas. I. Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial. Instituto Tecnológico de Aeronáutica. Divisão de Engenharia Eletrônica e Computação. II.Título
REFERÊ+CIA BIBLIOGRÁFICA
CHUJO, Amália Massumi. Tecnologias de +avegação Aérea por G+SS e DG+SS para Operação C+S/ATM: Aplicações para o Brasil. 2007. 168f. Tese de mestrado – Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos.
CESSÃO DE DIREITOS
NOME DO AUTOR: Amália Massumi Chujo TÍTULO DO TRABALHO: Tecnologias de Navegação Aérea por GNSS e DGNSS para Operação CNS/ATM: Aplicações para o Brasil TIPO DO TRABALHO/ANO: Tese / 2007 É concedida ao Instituto Tecnológico de Aeronáutica permissão para reproduzir cópias desta tese e para emprestar ou vender cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte desta tese pode ser reproduzida sem a autorização do autor.
___________________________ Amália Massumi Chujo Rua Madre Paula de São José, 327 Apto. 21 - Vila Ema 12243-010 - São José dos Campos-SP
Tecnologias de +avegação Aérea por G+SS e DG+SS para
Operação C+S/ATM: Aplicações para o Brasil
Amália Massumi Chujo Composição da Banca Examinadora:
Prof. Evandro Tavares de Souza Presidente (ITA) Prof. Fernando Walter Orientador (ITA) Eng. Eno Siewerdt Membro Externo (ATECH) Dr. João Batista Camargo Jr. Membro Externo (USP) Dr. Carlos Müller Membro Interno (ITA)
ITA
iv
Dedicatória
Aos meus pais, Hideo e Harue, pelos ensinamentos e preparação para a vida e ao meu
noivo Denis com muito amor e carinho.
Ainda que eu fale as línguas dos homens e dos anjos, se não tiver
AmorAmorAmorAmor, serei como o bronze que soa ou como o címbalo que retine.
Ainda que eu tenha o dom de profetizar e conheça todos os
mistérios e toda a ciência; ainda que eu tenha tamanha fé, a ponto
de transportar montes, se não tiver amor, nada serei.
E ainda que eu distribua todos os meus bens entre os pobres e
ainda que entregue o meu próprio corpo para ser queimado,
se não tiver amor, nada disso me aproveitará.
O amor é paciente, é benigno; o amor não arde em ciúmes,
não se ufana, não se ensoberbece,
não se conduz inconvenientemente, não procura os seus interesses,
não se exaspera, não se ressente do mal;
não se alegra com a injustiça, mas regozija-se com a verdade;
tudo sofre, tudo crê, tudo espera, tudo suporta.
O amor jamais acaba; mas, havendo profecias, desaparecerão;
havendo línguas, cessarão; havendo ciência, passará;
porque, em parte, conhecemos e, em parte, profetizamos.
Quando, porém, vier o que é perfeito, então, o que é em parte será aniquilado.
(1 Coríntios 13)
v
Agradecimentos
Agradeço a Deus por mais este desafio em minha vida.
Agradecimento especial ao meu noivo Denis por todo apoio, compreensão, paciência e
amor nesta caminhada de busca pelo: Sonhar, Acreditar, Agir e Persistir.
Aos meus irmãos Issao, Harumi e Sayuri e também ao Luciano, Larissa e Yatiyo.
Agradecimento especial ao meu orientador, Prof. Fernando Walter, pela oportunidade,
orientação e paciência, sem as quais não seria possível a conclusão deste importante trabalho
em minha vida.
Agradeço pela Bolsa de Estudos concedida pelo Projeto CNS/ATM, “Capacitação de
Recursos Humanos para Pesquisa e Desenvolvimento na Área de CNS/ATM”.
Agradeço pela Bolsa de Estudos concedida pela “Financiadora de Estudos e Projetos”
sob o contrato FINEP 01.04.0441.00.
Agradeço à arquiteta Márcia Harada pelo apoio incondicional e sempre prestativa e
também ao Cel. Ribeiro Mendes, Ovalte e Pelati pelas dicas prestadas.
Agradecimentos ao Major Cosendey, Cap. Saulo, Cap. Renny, TCel. Calheiros e José
Otávio pelo apoio e esclarecimentos, além de serem sempre prestativos em minhas
solicitações.
Aos amigos do Laboratório GNSS do ITA: Durval, Nelson, Fabrício, Adriane,
Gláucia, Ana Cláudia, Alexandre, Ney, Luís Felipe, Thiago, Laureano, Luis Fernando, Elton,
Cristina por me atender prontamente em minhas solicitações e tantos outros. Obrigada pelo
companheirismo e apoio durante esta jornada.
Agradeço a todas as pessoas e instituições que contribuíram direta ou indiretamente
para a concretização deste projeto de vida.
vi
Resumo
A navegação aérea por meio de equipamentos convencionais como NDB, VOR, DME
e ILS está saturada na estrutura atual. Estes equipamentos apresentam desempenho de
navegação limitado e custos de aquisição e operação expressivos. Por outro lado, as
tecnologias GNSS têm se destacado como um caminho promissor para a implantação do
sistema CNS/ATM e para novas aplicações na aviação.
Dentro de uma abordagem holística (integrada) foi estudado o desenvolvimento de um
sistema de navegação aérea por GNSS (GPS, GLONASS e Galileo) e de sistemas de
acréscimo (ABAS, GBAS, SBAS e GRAS). Avaliaram-se como os diversos participantes do
setor aéreo (stakeholders) interagem neste ambiente dinâmico para: 1) solucionar os desafios
enfrentados pelo sistema de transporte aéreo (garantir segurança e aumentar capacidade) e 2)
conseguir oferecer um sistema de navegação confiável com boa relação custo-beneficio.
Diversos países têm investido em pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias em
GNSS (Galileo, modernização do GPS, EGNOS, MSAS, LAAS) e em tecnologias inovadoras
dependentes do GNSS (ADS-B, SVS, VLJ, UAV). Um benchmarking destas tecnologias foi
feito para identificar quais destas poderiam ser desenvolvidas e implantadas no Brasil em
parcerias entre instituições de pesquisa, empresas e órgãos governamentais.
Por fim, é apresentada uma proposta para o sistema de navegação aérea nacional com
base nos conceitos GBAS e GRAS aliados à tecnologia ADS-B e ao pseudo-satélite em rota.
Foi incluída também uma análise do sistema proposto em termos de vantagens, desvantagens,
oportunidades e riscos (análise SWOT).
vii
Abstract
The air navigation system supported by conventional radio navigation aids (NDB,
VOR, DME and ILS) is overloaded in the current structure. These equipment present limited
navigation performance and high acquisition and operation costs. On the other hand, the
GNSS technologies present itself as an outstanding and promising path to CNS/ATM
implementation and to new aviation applications.
Taking a holistic approach, it was studied the development of air navigation system by
GNSS (GPS, GLONASS and Galileo) and augmentation systems (ABAS, GBAS, SBAS and
GRAS). It was evaluated how the stakeholders interact in this dynamic scenario to: 1) solve
the major challenges of the air transportation system (assure safety and increase capacity) and
2) manage to provide a reliable navigation operations with good cost-benefit relation.
Several countries have been investing in research and development of new GNSS
technologies (Galileo, GPS modernization, EGNOS, MSAS, LAAS) and in innovative
technologies which rely on GNSS system (ADS-B, SVS, VLJ, UAV). A benchmarking of
these technologies was made to identify which of them should be developed and implemented
in Brazil through partnerships between research institutes, industry and government.
Finally, a proposal is presented for Brazilian air navigation system based on GBAS
and GRAS concepts integrated with ADS-B technology and Pseudolites en-route. It was also
included analysis of the proposed system in terms of advantages, disadvantages, opportunities
and risks (SWOT analysis – Strengths, Weaknesses, Opportunities, and Threats).
viii
Sumário
Lista de Abreviaturas e Siglas ...........................................................................................xii
Capítulo 1: Introdução.......................................................................................................15
1.1 Desenvolvimento do Transporte Aéreo .....................................................................15 1.2 Abordagem Holística no Desenvolvimento de Sistemas de Navegação .....................16 1.3 Motivação.................................................................................................................19 1.4 Objetivo....................................................................................................................20 1.5 Estrutura do Trabalho ...............................................................................................21
Capítulo 2: Conceito C+S/ATM........................................................................................22
2.1 A Criação do Conceito CNS/ATM............................................................................22 2.2 Sistema de Navegação Aérea Atual...........................................................................23
2.2.1 Auxílios Convencionais de Navegação Aérea ...................................................23 2.2.2 Navegação por Radioauxílios no Brasil .............................................................25 2.2.3 Análise Comparativa de Radioauxílios..............................................................26 2.2.4 Estudo de Custo-Benefício................................................................................27
2.3 Evolução do Transporte Aéreo Através do CNS/ATM..............................................28 2.3.1 Funções do CNS/ATM......................................................................................28 2.3.2 Implantação do Conceito CNS/ATM no Brasil..................................................34 2.3.3 Análise do Plano de Implantação CNS/ATM no Brasil .....................................36 2.3.4 Análise dos Benefícios dos Novos Sistemas......................................................37 2.3.5 Expectativa na Transição dos Sistemas .............................................................38
Capítulo 3: G+SS ...............................................................................................................40
3.1 História da Navegação por Satélites..........................................................................40 3.2 Tecnologias GNSS ...................................................................................................41 3.3 GPS ..........................................................................................................................42
3.3.1 Descrição do GPS .............................................................................................43 3.3.2 Sinais GPS........................................................................................................43 3.3.3 Modernização do Sinal GPS..............................................................................44 3.3.4 Operações Mundiais de Navegação de Precisão ................................................45 3.3.5 Benefícios com a Modernização do Sinal GPS..................................................46
3.4 GLONASS ...............................................................................................................47 3.4.1 Descrição do GLONASS ..................................................................................48 3.4.2 Sinais GLONASS .............................................................................................48 3.4.3 Programa de Modernização do GLONASS .......................................................49
3.5 Sistema Galileo.........................................................................................................50 3.5.1 Descrição do Sistema Galileo............................................................................50 3.5.2 Sinais Galileo....................................................................................................51 3.5.3 Evolução do Sistema Galileo.............................................................................53
3.6 Análise Comparativa das Tecnologias GNSS............................................................54 3.6.1 Análise de Desempenho das Tecnologias GNSS ...............................................54 3.6.2 Análise das Características Técnicas das Tecnologias GNSS.............................55 3.6.3 Análise SWOT das Tecnologias GNSS .............................................................56
ix
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G+SS ..............................................58
4.1 Introdução ................................................................................................................58 4.2 Conceito ABAS........................................................................................................59 4.3 Conceito GBAS........................................................................................................59
4.3.1 Níveis de Serviço GBAS...................................................................................60 4.3.2 Funcionamento GBAS ......................................................................................60
4.4 LAAS .......................................................................................................................62 4.4.1 Requisitos de Desempenho de Aproximação e Pouso do LAAS ........................63 4.4.2 Benefícios do LAAS .........................................................................................64 4.4.3 Evolução do LAAS ...........................................................................................64
4.5 Conceito SBAS.........................................................................................................65 4.5.1 Arquitetura SBAS .............................................................................................66 4.5.2 Funcionamento SBAS.......................................................................................66
4.6 Configurações SBAS ................................................................................................67 4.7 WAAS......................................................................................................................67
4.7.1 Configuração WAAS ........................................................................................67 4.7.2 Benefícios do WAAS........................................................................................68 4.7.3 Certificação do WAAS .....................................................................................69 4.7.4 Mercado do WAAS...........................................................................................69 4.7.5 Escolha de Freqüência.......................................................................................70
4.8 EGNOS ....................................................................................................................71 4.8.1 Configuração EGNOS.......................................................................................71 4.8.2 Benefícios do EGNOS ......................................................................................72
4.9 MSAS.......................................................................................................................72 4.9.1 Configuração Preliminar MSAS........................................................................73 4.9.2 Benefícios do MSAS.........................................................................................74
4.10 Simuladores SBAS ...................................................................................................74 4.11 Conceito GRAS........................................................................................................77
4.11.1 Definição da Configuração do Conceito GRAS.................................................77 4.11.2 Ensaio GRAS....................................................................................................79 4.11.3 Planejamento e Construção do Conceito GRAS ................................................80
4.12 Análise de Desempenho dos Sistemas de Acréscimo ................................................80
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias .............................................83
5.1 Introdução ................................................................................................................83 5.2 Conceitos Operacionais ............................................................................................83 5.3 Conceito RNAV .......................................................................................................84 5.4 Conceito RNP...........................................................................................................85
5.4.1 Tipos de RNP....................................................................................................88 5.4.2 Estratégia de Implementação RNP no Brasil .....................................................89
5.5 Conceito RVSM .......................................................................................................89 5.6 Futuras Tecnologias..................................................................................................91 5.7 SVS ..........................................................................................................................91 5.8 UAV.........................................................................................................................93
5.8.1 UAV no Mundo ................................................................................................94 5.8.2 UAV no Brasil ..................................................................................................96 5.8.3 Aplicações UAV...............................................................................................97
5.9 VLJ ..........................................................................................................................98 5.9.1 Mercado do VLJ ...............................................................................................98
x
5.9.2 VLJ no Brasil....................................................................................................99 5.10 Análise SWOT do Cenário de Transporte Aéreo..................................................... 100
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de +avegação +acional ........................................ 101
6.1 Introdução .............................................................................................................. 101 6.2 Requisitos Preliminares .......................................................................................... 101 6.3 Análise GBAS&GRAS........................................................................................... 102
6.3.1 Configuração GBAS ....................................................................................... 102 6.3.2 Configuração GRAS ....................................................................................... 107 6.3.3 Mapa de Cobertura do GBAS&GRAS ............................................................ 108 6.3.4 Avaliação de Custos de Implementação .......................................................... 110
6.4 ADS-B ................................................................................................................... 111 6.4.1 Funcionamento ADS-B................................................................................... 112 6.4.2 Proposta de Implantação ADS no Cenário Brasileiro....................................... 115 6.4.3 Vantagens do ADS-B...................................................................................... 117
6.5 Resultados da proposta para o Brasil....................................................................... 118
Capítulo 7: Conclusões e Futuros Trabalhos ..................................................................120
7.1 Quanto aos objetivos propostos............................................................................... 120 7.2 Quanto aos auxílios de navegação convencional ..................................................... 120 7.3 Quanto à modernização das tecnologias GNSS ....................................................... 120 7.4 Quanto à aplicação das tecnologias de navegação GNSS ........................................ 121 7.5 Quanto aos participantes do sistema de navegação aérea......................................... 121 7.6 Quanto à viabilidade da configuração proposta ....................................................... 122 7.7 Futuros Trabalhos................................................................................................... 123
Referências ....................................................................................................................... 124
Apêndice A: Sistemas de +avegação Convencional ........................................................ 133
A.1 Introdução .............................................................................................................. 133 A.2 Sistema de Navegação em Rota .............................................................................. 133
A.2.1 ADF................................................................................................................ 133 A.2.2 NDB ............................................................................................................... 134 A.2.3 VOR ............................................................................................................... 135 A.2.4 DME............................................................................................................... 137
A.3 Sistema de Navegação em Aproximação e Pouso.................................................... 138 A.3.1 Categorias de Aproximação e Pouso ............................................................... 139 A.3.2 Componentes do ILS....................................................................................... 140
Apêndice B: Segmentos das Tecnologias G+SS.............................................................. 144
B.1 Introdução .............................................................................................................. 144 B.2 GPS: Segmentos ..................................................................................................... 144 B.3 GLONASS: Segmentos .......................................................................................... 146 B.4 Galileo: Segmentos................................................................................................. 147
xi
Apêndice C: Informações Adicionais dos Sistemas de Acréscimo G+SS....................... 149
C.1 Introdução .............................................................................................................. 149 C.2 ABAS: Técnicas de Monitoramento de Integridade................................................. 149
C.2.1 RAIM ............................................................................................................. 149 C.2.2 AAIM ............................................................................................................. 150
C.3 Conceito SBAS....................................................................................................... 150 C.3.1 WAAS ............................................................................................................ 150 C.3.2 EGNOS........................................................................................................... 152 C.3.3 MSAS............................................................................................................. 152 C.3.4 C-WAAS ........................................................................................................ 154 C.3.5 SNAS ............................................................................................................. 154 C.3.6 GAGAN ......................................................................................................... 155
Apêndice D: Fundamentos da +avegação via Satélite .................................................... 157
D.1 Cálculo da posição do Usuário................................................................................ 157 D.2 Fontes de Erro do GNSS......................................................................................... 159
Glossário........................................................................................................................... 165
xii
Lista de Abreviaturas e Siglas
AAIM Aircraft Autonomous Integrity Monitoring
ABAS Aircraft-Based Augmentation System
ADF Automatic Direction Finder ou Localizador Automático de Direção
ADS-B Automatic Dependent Surveillance-Broadcast
AEI Anomalia Equatorial Ionosférica
AMSS Aeronautical Mobile Satellite Service
APV Approach Procedure with Vertical Guidance
AR+S Aeronautical Radionavigation Service
ATC Air Traffic Control ou Controle de Tráfego Aéreo
BPSK Binary Phase Shift Keying ou BiPhase Shift Key
C/A Coarse Acquisition ou Clear Acquisition
CAR/SAM Caribe e América do Sul
CDMA Múltiplo Acesso por Divisão de Código
CDTI Cockpit Display of Traffic Information
CFIT Controlled Flight Into Terrain
C+S/ATM Comunicação, Navegação, Vigilância/Gerenciamento de Tráfego Aéreo
CPDLC Controller Pilot Data Link Communications
CTA Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial
C-WAAS Canadian Wide Area Augmentation System
D8PSK Differential Eight Phase Shift Keying
DECEA Departamento de Controle do Espaço Aéreo
DEPV Diretoria de Eletrônica e Proteção ao Vôo
DG+SS Differential Global Navigation Satellite System
DME Distance Measurement Equipment ou Equipamento Medidor de Distância
DoD Department of Defense of the United States
DOP Dilution Of Precision ou Diluição de Precisão
EC European Commission ou Comissão Européia
EG+OS European Geostationary Navigation Overlay Service
ES Extended Squitter
ESA European Space Agency ou Agência Espacial Européia
EUROCAE European Organisation for Civil Aviation Equipment
FAA Federal Aviation Administration
FA+S Future Air Navigation System
FDMA Múltiplo Acesso por Divisão de Freqüência
xiii
FI+EP Financiadora de Estudos e Projetos
FIR Flight Information Region ou Região de Informação de Vôo
FIS-B Flight Information Services-Broadcast
FMS Flight Management System ou Sistema de Gerenciamento de Vôo
FOC Full Operational Capability ou Capacidade de Operação Total
GAGA+ GPS Aided GEO Augmented Navigation
GBAS Ground-Based Augmentation System
GBT Ground Based Transceiver
GEIV Grupo Especial de Inspeção em Vôo
GLO+ASS Global Navigation Satellite System
GLS Global Navigation Satellite System Landing System
G+SS Global Navigation Satellite System
GPS Global Positioning System
GRAS Ground-based Regional Augmentation System
GREPECAS Grupo de Planejamento e Execução para a Região do Caribe e América do Sul
IATA International Air Transport Association
ICAO International Civil Aviation Organization
IFR Instrument Flight Rules
ILS Instrument Landing System ou Sistema de Pouso por Instrumento
I+S Inertial Navigation System ou Sistema de Navegação Inercial
IOC Initial Operational Capability ou Capacidade de Operação Inicial
ITU International Telecommunication Union
JAA Joint Aviation Authorities
JPDO Joint Planning & Development Office
LAAS Local Area Augmentation System
LPV Lateral Procedure with Vertical Guidance
MMR Multi Mode Receivers
MSAS MTSat Satellite-based Augmentation System
MTSat Multi-functional Transport Satellite
+ASA National Aeronautics and Space Administration
+DB Non-Directional Beacon ou Radiofarol não direcional
+OTAM Notices to Airmen ou Informações Aeronáuticas
PA Precision Approach ou Aproximação de Precisão
PAPIS Precision Approach Path Indicator
PDSCEA Programa de Desenvolvimento do Sistema de Controle do Espaço Aéreo
PPS Precise Positioning Service
PR+ Pseudo Random Noise ou Código pseudo-aleatório
xiv
PS Pseudo-satélite
PSR Primary Surveillance Radar ou Radar de Vigilância Primário
RAIM Receiver Autonomous Integrity Monitoring
R+AV aRea NAVigation ou Navegação de Área
R+P Required Navigation Performance
R+SS Radionavigation Satellite Service
RTCA (Radio Technical Commission for Aeronautics)
RVSM Reduced Vertical Separation Minimum ou Separação Vertical Mínima Reduzida
SA Selective Availability ou Disponibilidade Seletiva
SARPs Standards and Recommended Practices ou Normas e Métodos Recomendados
SATS Small Aircraft Transportation System
SBAS Space-Based Augmentation System
SGB Satélite Geoestacionário Brasileiro
SISCEAB Sistema de Controle do Espaço Aéreo Brasileiro
S+AS Satellite Navigation Augmentation System (ou Beidou em chinês)
SPS Standard Positioning Service
SSR Secondary Surveillance Radar ou Radar de Vigilância Secundário
STDMA Self-Organising Time Division Multiple Access
SVS Synthetic Vision System ou Sistema de Visão Sintética
SWOT Strengths, Weaknesses, Opportunities e Threats
TCAS Traffic and Collision Avoidance System
TDMA Time Division Multiplex Access
TIS-B Traffic Information Services-Broadcast
TSO Technical Standard Order
TTC Telemetry, Tracking and Control
UAT Universal Access Transceiver
UAV Unmanned Aerial Vehicle ou Veículo Aéreo Não Tripulado
UERE User-Equivalent Range Error ou Erro equivalente na distância do usuário
VAL Vertical Alert Limit ou Limite de Alerta Vertical
VA+T Veículo Aéreo Não Tripulado
VASIS Visual Approach Slope Indicator System
VDB VHF Data Broadcast
VDL VHF Data Link
VHF Very High Frequency
VLJ Very Light Jet
VOR Very High Frequency Omnidirectional Range
WAAS Wide Area Augmentation System
Capítulo 1: Introdução 15
Capítulo 1
Introdução
1.1 Desenvolvimento do Transporte Aéreo
O sistema de transporte aéreo tem sofrido grande pressão nos últimos anos para
atender a crescente demanda e ainda assim garantir os níveis de segurança. O aumento da
procura pelo serviço tem exigido maior número de aeronaves nos grandes aeroportos e no
espaço aéreo mundial. Em vista disto, muitas pesquisas têm sido realizadas visando aumentar
eficiência e capacidade para um sistema de transporte mais seguro.
É importante notar que o sistema de transporte aéreo tem um papel fundamental na
economia mundial. A ICAO (International Civil Aviation Organization) estima que a
contribuição direta da aviação civil no mercado da economia mundial foi de US$370 bilhões
em 1998 e, atualmente, esta contribuição chega a US$ 1 trilhão.
Entretanto, esta demanda crescente tem gerado grandes atrasos como conseqüência do
não aumento na capacidade do sistema e também em função de uma série de fatores
restritivos que impedem o aumento da eficiência no transporte aéreo, como por exemplo:
insuficiente capacidade de gerenciamento pelo controlador de tráfego com
equipamentos atuais;
baixa quantidade de aeroportos com equipamentos modernos (radares, pistas bem
sinalizadas e em bom estado);
condições meteorológicas restritivas (baixa visibilidade);
excessiva separação de segurança entre as aeronaves em aproximação e pouso
(precisão de navegação);
Capítulo 1: Introdução
16
intervalo de segurança pouso/decolagem (evitar esteira de turbulência); e
baixa quantidade de terminais de embarque/desembarque disponíveis.
Para minimizar estas restrições, a ICAO criou em 1991 o programa denominado
CNS/ATM (Comunicação, Navegação, Vigilância/Gerenciamento de Tráfego Aéreo) com o
objetivo de estimular o desenvolvimento de tecnologias via satélite de comunicação,
navegação e vigilância (CNS) e atender às necessidades de ATM, como eficiência,
capacidade e segurança do sistema de transporte aéreo.
Existe também grande preocupação com o desempenho dos equipamentos em uso.
Auxílios de navegação devem exercer suas funções para atender às necessidades no cenário
onde estão presentes. Entretanto, estes equipamentos não atendem às necessidades atuais por
questões como desempenho e custos associados, com limitações intrínsecas da tecnologia
empregada nos sistemas convencionais.
O uso das tecnologias GNSS (Global #avigation Satellite System) e seus sistemas de
acréscimo serão fundamentais neste cenário de desenvolvimento. Estes sistemas podem
atender aos requisitos de desempenho mais exigentes, contribuindo significativamente para o
alcance de melhores níveis de segurança de vôo.
1.2 Abordagem Holística no Desenvolvimento de Sistemas de +avegação
Em uma abordagem holística (integrada), faz-se necessário ter uma visão geral do
sistema de navegação aérea. Diversos participantes (stakeholders) estão envolvidos no
processo de aperfeiçoamento e tomada de decisão com a finalidade de se obter um sistema de
transporte confiável, que suporte a demanda e aumente os níveis atuais de segurança. Neste
contexto, a Fig. 1.1 ilustra a integração dos principais participantes no processo de
desenvolvimento de um sistema de navegação aérea eficiente.
Capítulo 1: Introdução
17
Fig. 1.1 - Visão holística da atuação dos participantes no sistema de navegação aérea.
A ICAO é uma agência especializada das Nações Unidas com sede no Canadá, cujo
objetivo é garantir a segurança, a eficiência e um processo evolutivo ordenado do sistema de
transporte aéreo internacional. Uma de suas funções é criar os padrões universalmente aceitos
denominados SARPs (Standards and Recommended Practices). Os SARPs cobrem todos os
requisitos de desempenho, técnico e operacional, da aviação civil internacional como:
segurança, aeródromos, serviços de tráfego aéreo, investigação de acidentes, recursos
humanos e meio ambiente.
Nos Estados Unidos, esta função é exercida pela FAA (Federal Aviation
Administration), enquanto que no Brasil, o DECEA (Departamento de Controle do Espaço
Aéreo) e a ANAC (Agência Nacional de Aviação Civil) cumprem esta tarefa.
É neste ambiente altamente integrado do transporte aéreo que as tecnologias CNS
oferecem uma alternativa com excelente relação custo/benefício para desenvolvimento de um
sistema de navegação aérea. O diagrama da Fig. 1.2 traz uma idéia de como o sistema de
navegação tem evoluído a partir de tecnologias via satélite.
Capítulo 1: Introdução
18
Fig. 1.2 - Estratégia holística do trabalho: avaliação de auxílios convencionais e tecnologias GNSS e DGNSS
associada ao cenário dinâmico de desenvolvimento de acordo com necessidades preliminares do cenário brasileiro para atingir os objetivos propostos.
A linha de pesquisa da tese iniciou-se com o estudo do conceito CNS/ATM, com foco
nos sistemas de navegação. Foi feito um benchmarking das tecnologias de navegação aérea e
do mercado aeronáutico, posteriormente divido em três grandes grupos:
Auxílios Convencionais utilizados no Brasil;
Tecnologias via Satélite: compostas por GPS, GLONASS e Galileo; e
Cenário Dinâmico do mercado que se subdivide em Conceitos Operacionais (normas e
procedimentos: RNAV (aRea #AVigation), RNP (Required #avigation Performance)
e RVSM (Reduced Vertical Separation Minimum) e PBN (Performance Based
#avigation) para melhor aproveitamento do espaço aéreo com garantia de segurança
nas operações de vôo) e Futuras Tecnologias (VLJ-Very Light Jet, SVS-Synthetic
Capítulo 1: Introdução
19
Vision System e UAV-Unmanned Aerial Vehicle) que influenciarão diretamente na
criação de procedimentos para ocupação do espaço aéreo e na obtenção de melhor
desempenho com uso de tecnologias via satélite como GNSS.
Na seqüência, foi feito um estudo das tecnologias em desenvolvimento no Brasil
(Testes SBAS/GBAS; implantação PBN, RNP e RVSM; aeronaves VLJ e UAV) e também
uma análise da infra-estrutura implantada em termos de vida útil, custo e desempenho para
determinar o cenário brasileiro.
1.3 Motivação
O crescente aumento da procura por serviços aéreos tem trazido como conseqüência
uma grande preocupação sobre a possibilidade de haver uma demanda maior do que o limite
de capacidade que o sistema de transporte aéreo pode suportar.
Diversas estimativas de crescimento de tráfego aéreo projetadas por órgãos
regulamentadores (ICAO, FAA, DECEA) e companhias aéreas (Boeing, Airbus, Embraer)
apontam que a capacidade do sistema convencional de navegação aérea utilizando sistemas
terrestres será incapaz de absorver o crescimento do tráfego aéreo estimado para os próximos
anos nas regiões de maior tráfego.
Dentro destas condições de restrição de capacidade, requisitos como segurança e
eficiência podem ser comprometidos. Surge, portanto, a necessidade de implementar um
plano de atualização dos sistemas CNS suficiente para garantir suporte efetivo para controle e
gerenciamento do tráfego aéreo através de um plano nacional de implantação CNS/ATM.
No Brasil, o sistema de transporte aéreo enfrenta uma crise operacional desencadeada
pela colisão entre duas aeronaves, um Boeing 737-800 pertencente a Gol Linhas Aéreas e um
jato executivo Legacy operado pela empresa ExcelAire no dia 29 de setembro de 2006. Esta
Capítulo 1: Introdução
20
crise prejudica diretamente os usuários do sistema. Atrasos nos vôos têm sido registrados
constantemente após o acidente. Para minimizar esta questão, uma ação integrada envolvendo
os diversos participantes do sistema deve ser realizada a partir de um planejamento estratégico
que atenda às necessidades de curto, médio e longo prazo.
1.4 Objetivo
Considerando-se a implantação do sistema CNS/ATM no cenário brasileiro dentro do
programa de cooperação internacional proposto pela ICAO para coordenação e harmonização
dos sistemas de navegação aérea e do espaço aéreo, surge a necessidade de avaliar a transição
do processo de desativação de equipamentos convencionais para a tecnologia via satélite
GNSS e garantir eficiência no sistema de transporte aéreo nacional.
Neste contexto, é importante analisar os equipamentos atualmente em uso e como
novas tecnologias de navegação podem contribuir para justificar a substituição destes
equipamentos convencionais de navegação aérea. Os principais objetivos deste trabalho
ilustrados na Fig. 1.2 são detalhados na Tabela 1.1.
Tabela 1.1 - Objetivos principais da estratégia de implantação de um sistema de navegação.
Objetivos: Fazer um benchmarking dos radioauxílios utilizados para navegação aérea no Brasil,
tecnologias GNSS, sistemas de acréscimo (ou de aumentação) GNSS, conceitos operacionais
para melhor aproveitamento do espaço aéreo e futuras tecnologias com grande potencial para
compor o mercado aeronáutico nos próximos anos;
Fazer uma avaliação das tecnologias via satélite: desempenho operacional e técnico
considerando a análise SWOT (vantagens, desvantagens, oportunidades e riscos) para o
mercado da aviação;
Propor uma arquitetura com o uso de tecnologias via satélite capaz de atender às necessidades
brasileiras;
Construir um mapa de cobertura desta arquitetura; e
Fazer estimativa qualitativa de custos da arquitetura proposta.
Capítulo 1: Introdução
21
1.5 Estrutura do Trabalho
Este trabalho está estruturado em 7 Capítulos e 4 Apêndices, começando pela
Introdução deste Capítulo 1.
O Capítulo 2 analisa o Sistema CNS/ATM em um contexto mundial e Auxílios de
Navegação Convencional utilizados como meio de navegação aérea no Brasil.
O Capítulo 3 faz uma apresentação geral sobre GNSS, benefícios e comparações entre
os sistemas existentes.
O Capítulo 4 descreve os sistemas de acréscimo (ABAS, GBAS, GRAS e SBAS),
configurações, vantagens e benefícios que cada sistema pode proporcionar.
O Capítulo 5 destaca um cenário dinâmico aeronáutico formado pelos conceitos
operacionais de navegação aérea para melhor ocupação e uso do espaço aéreo. Além disto, o
capítulo analisa futuras tecnologias em desenvolvimento que poderão compor o mercado
aeronáutico nos próximos anos.
O Capítulo 6 apresenta uma proposta de implantação dos conceitos GBAS e GRAS
associados à tecnologia ADS-B como estudo preliminar de integração entre os diversos
participantes (governo-indústrias-instituições de pesquisa) do sistema de navegação aérea.
O Capítulo 7 destaca as principais conclusões e sugestões para trabalhos futuros.
O Apêndice A contém uma descrição dos sistemas de navegação convencional
utilizados no Brasil.
O Apêndice B faz uma descrição dos segmentos das tecnologias GNSS: Espacial, de
Controle e de Usuário.
O Apêndice C traz informações complementares dos sistemas descritos no Capítulo 4 e
apresenta outros sistemas de acréscimo em desenvolvimento.
Finalmente, o Apêndice D contém uma descrição detalhada dos fundamentos da
navegação aérea e erros existentes no sinal GNSS.
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM 22
Capítulo 2
Conceito C+S/ATM
2.1 A Criação do Conceito C+S/ATM
A indústria de transporte aéreo se desenvolveu rapidamente nos anos oitenta do século
passado. Entre 1985 e 1995, as viagens aéreas de passageiro e de carga em serviços
programados cresceram a taxas anuais médias de 5,0% e 7,6%, respectivamente. Neste
mesmo período, o número de decolagem de aeronaves cresceu em média 3,7% (ICAO, 2002).
Em 1997 mais de 12.000 jatos comerciais no mundo operaram aproximadamente 15
milhões de vôos. Isto significa 6 vezes mais aeronaves e quase 8 vezes mais vôos do que 30
anos atrás (ICAO, 1998). Segundo Dieudonne et al. (2003), a FAA estima que o tráfego aéreo
crescerá em torno de 30% até o ano de 2010 e a área comercial da Boeing projeta o dobro do
tráfego aéreo até 2020.
Considerando-se as previsões de crescimento de tráfego aéreo e o surgimento de novas
tecnologias, o conselho da ICAO considerou relevantes as exigências futuras da comunidade
da aviação civil no sentido de melhorar a eficiência e a segurança do transporte aéreo, uma
vez que os sistemas e os procedimentos convencionais que apoiavam a aviação civil haviam
alcançado seus limites.
Assim, o conselho estabeleceu um comitê especial chamado Futuro Sistema da
Navegação Aérea (Future Air #avigation System - FANS). Este comitê foi designado para
estudar, identificar, avaliar novas tecnologias (principalmente o uso de satélites) e fazer
recomendações para o desenvolvimento futuro da navegação aérea para a aviação civil em um
período estimado de 25 anos (ICAO, 2002).
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM
23
Em seus estudos, o comitê FANS determinou que seria necessário desenvolver novos
sistemas que superassem as limitações dos sistemas convencionais (ver seção 2.1.1) e
permitissem a atualização do sistema ATM em uma escala global (Chujo & Walter, 2005b).
Em setembro de 1991, a ICAO (2002) oficializou o conceito FANS, que passou a ser
conhecido como sistemas de Comunicação, Navegação, Vigilância / Gerenciamento de
Tráfego Aéreo (CNS/ATM). O conceito CNS/ATM envolve um complexo conjunto de
tecnologias dependente em grande parte de satélites, incluindo a tecnologia GNSS (Global
#avigation Satellite System). O projeto envolve a cooperação de todos os setores da
comunidade da aviação para acomodar as futuras necessidades do transporte aéreo
internacional e evitar deficiências, tais como atrasos, congestionamento de tráfego, cobertura
de área não-continental e comunicações por voz.
A evolução do sistema CNS/ATM em uma escala global requer planejamento no
processo de transição dos sistemas convencionais para os sistemas CNS/ATM de maneira
equilibrada e economicamente viável. Para isso, é fundamental o envolvimento dos estados,
com participação efetiva de órgãos regulamentadores como FAA, JAA (Joint Aviation
Authorities), JCAB (Japan Civil Aviation Bureau), DECEA e outros.
2.2 Sistema de +avegação Aérea Atual
O aumento da demanda pelo sistema de transporte aéreo tem pressionado fortemente
os órgãos regulamentadores para que sejam criados procedimentos e normas que garantam
segurança, eficiência, sistema de baixo custo e adaptável para todos os tipos de operações de
vôo.
2.2.1 Auxílios Convencionais de +avegação Aérea
Os equipamentos de navegação aérea existentes e seus subsistemas apresentam várias
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM
24
limitações em termos técnico, operacional e econômico, conduzindo a um desempenho
limitado e insatisfatório. Em determinadas condições, estes equipamentos apresentam (ICAO,
2000):
dificuldade para posicionar VOR/DME/NDB em áreas remotas e regiões montanhosas
com a ausência de orientação de navegação nestas regiões;
ausência de orientação de navegação (NDB/VOR/DME) no espaço aéreo oceânico.
muito tempo de uso (obsoletos);
interferência FM e problema de capacidade de canal em ILS; e
indisponibilidade de operação de aproximação de precisão Categoria I.
Devido às restrições operacionais destes equipamentos e à evolução das tecnologias
CNS, o processo de desativação dos radioauxílios de navegação ocorrerá de forma gradativa,
de acordo com as necessidades e a realidade de cada país. Uma proposta de desativação é
mostrada na Fig. 2.1, com destaque para a navegação.
Fig. 2.1 - Proposta de desativação coordenada dos auxílios de navegação – Navegação (IATA, 2005).
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM
25
2.2.2 +avegação por Radioauxílios no Brasil
Em condições de tráfego aéreo ideal, um órgão de controle de tráfego aéreo deve
manter as aeronaves sob sua responsabilidade operando segundo seus planos de vôos. Neste
caso, as aeronaves devem decolar pontualmente, voar dentro de espaços aéreos
preestabelecidos e pousar dentro dos horários previstos.
Porém, fatores meteorológicos, falhas de equipamentos ou de sistemas de
comunicações podem alterar parâmetros dos planos de vôo. Para manter os níveis mínimos de
segurança, o Brasil dispõe de uma vasta e redundante infra-estrutura aeronáutica. A Fig. 2.2
mostra os diferentes tipos de radioauxílios existentes (614). Atualmente, o sistema mantém
aferidos e em operação um total de 810 auxílios à navegação aérea. A inspeção de cada um
desses auxílios é feita periodicamente pelo GEIV (Grupo Especial de Inspeção em Vôo).
O objetivo é proporcionar aos pilotos sinais de radiocomunicação com intercâmbio de
mensagens de coordenação e sinais de radionavegação para que as aeronaves permaneçam em
suas rotas com posicionamento preciso em todas as fases de vôo, principalmente em
aproximação e pouso.
Fig. 2.2 - Radioauxílios existentes em solo brasileiro (Cortesia: DECEA).
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM
26
A vida útil destes equipamentos, segundo o planejamento de substituição do DECEA,
é de aproximadamente 20 anos. Este tempo de utilização está acima do especificado, porém
segue em conformidade com a realidade brasileira.
As Fig. 2.3 (a) e (b) destacam, respectivamente, as rotas nacionais e internacionais que
cortam o espaço aéreo brasileiro. Das rotas internacionais, a mais importante é o corredor
denominado Euro-SAM que liga a Europa à América do Sul. Na parte continental, estas rotas
são balizadas por radioauxílios. No Brasil, os mais importantes são: NDB, VOR e DME. O
Apêndice A faz uma abordagem destes equipamentos em termos operacionais e de
funcionamento. Outras referências podem ser consultadas: (Allstar1; Kayton & Fried, 1997; e
Soares, 2004).
(a) (b)
Fig. 2.3 - Rotas aéreas: (a) nacionais; e (b) internacionais (Fonte: DECEA).
2.2.3 Análise Comparativa de Radioauxílios
Os equipamentos de navegação comumente usados em sistemas de posicionamento são
apresentados na Tabela 2.1, que traz uma comparação entre os radioauxílios.
Tabela 2.1 - Características dos sistemas de radionavegação terrestre.
Sistema Faixa de Freqüência Acurácia Alcance NDB 200-400/1700-1750 kHz ±5º 270 km VOR 108-118 MHz ±1,4º 240 km DME 960-1215 MHz ±185 m 370 km VOR/DME 108-118 MHz 60-80 m 137 km ILS Loc.:108-111,975 MHz
Glide.: 329,3-335 MHz 5-10 m Loc.:33 km
Glide.: 18 km
1 Disponível em: <http://www.allstar.fiu.edu/aero/vor.htm>. Acesso: 10/11/2006.
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM
27
Sistemas que operam em freqüências mais altas fornecem maior precisão. É o caso do
VOR/DME e do ILS, na ordem de 60 a 80m e 10 m, respectivamente. Será visto no Capítulo
3 que o GNSS (faixa de operação acima de 1.100 MHz) pode apresentar maior acurácia,
variando entre 5 e 10 m.
2.2.4 Estudo de Custo-Benefício
Segundo a FAA (1998), estima-se que os gastos anuais de manutenção com
equipamentos de radionavegação existentes nos Estados Unidos são de US$ 80 milhões.
Estima-se que US$ 139 milhões serão gastos até 2010 para prover o mesmo nível de serviço.
Segundo o COMAER (2002), para um planejamento de curto e médio prazo no caso
brasileiro, uma análise foi realizada para verificar o procedimento de ativação e desativação
de equipamentos no processo de transição para o sistema CNS/ATM até o ano de 2010. A
relação custo-benefício foi bastante favorável ao procedimento de implantação no que diz
respeito a investimento e manutenção. Os principais benefícios identificados foram:
a) economia de combustível com a operação em rotas mais diretas e diminuição da
separação, possibilitando um perfil adequado para o vôo. O valor estimado da referida
economia será de, pelo menos, 3% a.a. e corresponderá, em 2010, a US$ 30.000.000,00;
b) aumento do número de aeródromos que poderão operar IFR (Instrument Flight
Rules), ou seja, dos 1.282 aeródromos atualmente registrados, apenas 322 estariam
capacitados até o ano de 2010. Para que os demais aeródromos sejam capacitados para
operação de aproximação de não precisão (NPA), seria necessário implantar cerca de 960
NDB, totalizando uma quantia de US$ 177.600.000,00;
c) reflexo no nível tarifário do uso das comunicações e dos auxílios à navegação aérea
em conseqüência da diminuição dos custos para o SISCEAB (Sistema de Controle do Espaço
Aéreo Brasileiro); e
d) desativação paulatina de equipamentos de bordo não utilizados, como receptor de
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM
28
VOR, ADF, ILS e HF (High Frequency).
Quanto aos custos, uma avaliação dos valores de implantação dos equipamentos de
bordo deve ser feita. Contudo, estudos preliminares apresentam fortes indícios de uma relação
custo/benefício favorável à implantação de novos equipamentos CNS, cabendo ao DECEA
fazer uma quantificação detalhada e sistematicamente atualizada desses custos à medida que
as normas internacionais forem definidas e a indústria aeronáutica estabelecer valores. A
Tabela 2.2 mostra os custos associados aos equipamentos de navegação utilizados no Brasil.
Tabela 2.2 - Custos associados com equipamentos de navegação (Cortesia: DECEA).
Equipamento Aquisição Infra + Instalação NDB R$ 300.000 R$ 250.000 DME US$ 120.000 R$ 40.000 VOR US$ 200.000 R$ 500.000 ILS US$ 500.000 R$ 1.000.000 PAPIS2 R$ 80.000 R$ 140.000
Estes valores aproximados são relativos a compras realizadas pela FAB (Força Aérea
Brasileira) e, portanto, são isentos de impostos.
2.3 Evolução do Transporte Aéreo Através do C+S/ATM
A implantação do CNS/ATM possibilitará uma nova forma de navegação aérea com
segurança e de alta confiabilidade. Rotas mais diretas, com menor consumo de combustível e
em menor tempo são alguns benefícios que poderão ser observados nos próximos anos.
2.3.1 Funções do C+S/ATM
O processo de se garantir um vôo seguro e eficiente da origem ao destino requer
sistemas de gerenciamento de tráfego aéreo apoiados por três funções chave: comunicação,
navegação e vigilância. Cada elemento do sistema CNS/ATM pode ser definido como (ICAO,
2002):
2 Indicador da trajetória de planeio composto por caixas emissoras de luz que permitem a visualização da rampa de descida e do ponto de toque na pista.
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM
29
Comunicação: É a troca de voz e dados entre piloto e controladores de tráfego aéreo
ou centros de informação de vôo. Nos sistemas CNS/ATM, a transmissão de voz,
inicialmente, continuará existindo nos canais de VHF (Very High Frequency), porém estes
mesmos canais serão usados para transmitir dados digitais. Dados de satélite e comunicações
de voz, com cobertura global, também estão sendo introduzidos juntamente com transmissão
de dados nos canais de HF.
Comunicações por voz em VHF e HF são usadas em operações domésticas e oceânicas
entre aeronave e equipamentos ATC (Controle de Tráfego Aéreo). Em comunicações VHF,
entretanto, a baixa altitude de uma aeronave por vezes pode experimentar áreas de não
cobertura devido à limitação de linha de visada e obstáculos topográficos, como ilustra a Fig.
2.4 (a). Em comunicações HF, problemas maiores se encontram no número insuficiente de
canais assim como comunicações instáveis.
(a) (b)
Fig. 2.4 - Função de Comunicação: (a) Arquitetura convencional; e (b) Arquitetura CNS/ATM: maior capacidade de comunicação, habilitando a transmissão direta de dados meteorológicos, NOTAM e planos de
vôo para o sistema FMS (Fonte: <http://www.mlit.go.jp/koku/04_hoan/e/serv/satellite/04.html>).
Em contraste com as condições anteriores, a função de comunicação no sistema
CNS/ATM capacitará conexões entre aeronave e equipamentos ATC via satélite, eliminando
efeitos geográficos como perda de sinal pela existência de montanhas, como ilustrada a Fig.
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM
30
2.4 (b). Além disso, a comunicação terá um salto de qualidade se comparado com o dado de
comunicação HF: maior capacidade de comunicação com o uso de tecnologia de comunicação
de dados, habilitando a transmissão direta de dados meteorológicos, NOTAM (#otices to
Airmen - informações aeronáuticas) e planos de vôo para o sistema de bordo FMS (Flight
Management System ou Sistema de Gerenciamento de Vôo). O conteúdo da comunicação
pode ser confirmado através de uma tela no cockpit, prevenindo de falta/falha de
comunicação.
+avegação: Define a posição da aeronave para a tripulação de vôo. Atualizações no
serviço de navegação incluem a introdução progressiva de capacidades de Navegação de Área
(RNAV) através do GNSS: GPS, GLONASS e Galileo. Estes sistemas provêem cobertura de
navegação mundial, com aplicação principal para navegação em rota e NPA. O uso dos
sistemas de acréscimo como ABAS, GBAS e SBAS pode resultar em alta integridade, alta
precisão e serviço de navegação mundial. O sucesso da implantação destes sistemas pode
permitir que uma aeronave navegue em todos os tipos de espaço aéreo, em qualquer parte do
mundo. A Fig. 2.5 ilustra a configuração atual e um cenário de implantação CNS/ATM.
(a) (b)
Fig. 2.5 - (a) Navegação convencional com o uso de sistemas de navegação terrestres (VOR, DME); e (b) Conceito CNS/ATM com emprego de tecnologia via satélite (GNSS) e sistemas de acréscimo GBAS/SBAS para
suporte em aproximação de precisão (Fonte: <http://www.mlit.go.jp/koku/04_hoan/e/serv/satellite/04.html>).
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM
31
Diferentemente dos meios convencionais de navegação como VOR ou DME, a
tecnologia via satélite pode ser usada para cobrir grandes áreas oceânicas e continentais,
tornando possível rotas de vôos flexíveis e diretas.
Vigilância: Define a posição da aeronave para controladores de tráfego aéreo,
inclusive a comunicação de informação de navegação da aeronave para os centros de controle
de tráfego que disponibilizam continuamente o mapeamento da posição relativa da aeronave
em tempo real. Radares de Vigilância Secundário (SSR) tradicionais continuarão sendo
usados em áreas terminais e espaço aéreo continental de alta densidade, como ilustra a Fig.
2.6 (a). Fora da cobertura do radar, como sobre o Oceano Pacífico, a posição da aeronave é
confirmada pelo relato verbal de posição enviada pelo piloto da aeronave.
A inovação principal será a implantação de Vigilância Dependente Automática (ADS).
Os ADS permitem à aeronave transmitir sua posição automaticamente e também outros dados
como proa, velocidade e informações úteis contidas no FMS, por satélite ou por outros
enlaces de comunicações, para uma unidade de Controle de Tráfego Aéreo (ATC) através da
qual a posição de uma aeronave é exibida de modo semelhante como em uma tela de radar.
Particularmente, o ADS-Broadcast é um conceito para disseminação de informação de
posição da aeronave. Usando este método, uma aeronave periodicamente transmite sua
posição para outra aeronave como também para sistemas terrestres. Qualquer usuário, no ar
ou no solo dentro da faixa de transmissão, recebe e processa a informação. Todos os usuários
do sistema têm acesso, em tempo real, precisamente aos mesmos dados. A tecnologia ADS-B
será abordada no Capítulo 6 como um sistema promissor no cenário brasileiro em substituição
aos radares de vigilância. A Fig. 2.6 (b) ilustra o cenário CNS/ATM com o uso de satélites
SBAS (MTSat) em sua configuração para apoio à navegação.
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM
32
(a) (b)
Fig. 2.6 - (a) Vigilância convencional; e (b) Vigilância segundo o conceito CNS/ATM: disponibilidade de informação de posição de uma aeronave em tempo real.
(Fonte: <http://www.mlit.go.jp/koku/04_hoan/e/serv/satellite/04.html>).
A função de vigilância pode contribuir com a redução da carga de trabalho e com o
aumento da consciência situacional dos pilotos, assim como de controladores de tráfego
aéreo, melhorando a capacidade de vigilância da aeronave para alcançar maior segurança.
Além disso, há possibilidade de seleção de cursos de vôos otimizados dentro de tempo limite
e disponibilidade de espaço aéreo.
Essas três funções, comunicação, navegação e vigilância, são denominadas sistemas
CNS e compõem os serviços básicos de apoio aos sistemas de Gerenciamento de Tráfego
Aéreo (ATM).
Gerenciamento de Tráfego Aéreo (ATM): O conceito ATM garantirá eficiência e
tráfego seguro de aeronaves no espaço aéreo. Os principais elementos do sistema ATM são:
dispositivos de navegação aérea, equipamentos e serviços, pistas e aeroportos, cartas
aeronáuticas, informações e serviços, normas, regulamentos e procedimentos, informações
técnicas e força tarefa, incluindo tripulação de vôo, controladores de tráfego aéreo e técnicos
de equipamentos (Field, 1985; e Nolan, 1990). Os avanços em tecnologias de CNS servirão
como suporte ao sistema ATM, como mostra a Fig. 2.7.
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM
33
Fig. 2.7 - Elementos do Sistema CNS/ATM.
Um sistema ATM integrado deve explorar a introdução de novas tecnologias CNS
através da harmonização internacional de padrões e procedimentos dos elementos terrestres e
embarcados. Isto permitirá aos pilotos administrar seus vôos conforme as trajetórias
desejadas, ajustadas dinamicamente, de forma mais otimizada e com menor custo.
De maneira geral, a Tabela 2.3 apresenta as principais mudanças no sistema CNS entre
o Sistema Atual e o Sistema Futuro, destacando-se o sistema de Navegação como foco para
abordagem do trabalho proposto. O advento dos sistemas GNSS e de acréscimo GNSS traz
consigo novos conceitos em ATM que exigirão treinamento especial.
Tabela 2.3 - Evolução do Sistema C+S.
FU+ÇÃO SISTEMA ATUAL SISTEMA FUTURO
COMUNICAÇÃO VHF Voz HF Voz
VHF Voz/Dados AMSS Voz/Dados Link de Dados SSR Modo S
+AVEGAÇÃO
Altímetro Barométrico I+S/IRS ILS +DB/VOR/DME LORA+-C
Altímetro Barométrico I+S/IRS G+SS SBAS, GBAS, GRAS R+P/R+AV/PB+
VIGILÂNCIA PSR e SSR SSR Modo A/C Relatório de Precisão por Voz
ADS SSR Modo S
A idéia principal é aumentar a consciência situacional do piloto, objetivando-se maior
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM
34
controle da aeronave dentro do conceito “Free Flight”. Este conceito visa integrar diversas
tecnologias como sistemas de navegação por satélites GNSS, controle e gerenciamento de
tráfego aéreo, comunicação por voz e dados que resulte em um sistema capaz de informar
rotas otimizadas e eficientes, como ilustra a Fig. 2.8.
Fig. 2.8 - Operação Free Flight com apoio de diversas tecnologias atuais. (Adaptada de: MITRE, 2003).
O conceito Free Flight é definido pela RTCA (Radio Technical Commission for
Aeronautics) como a capacidade de operação de vôo seguro e eficiente sob uso de Regras de
Vôo por Instrumento (Instrument Flight Rules – IFR), nas quais operadores têm liberdade de
escolher a rota e a velocidade em tempo real (EUROCONTROL, 1995). As restrições de
tráfego aéreo são impostas somente para garantir separação entre aeronaves, prevenir
esgotamento da capacidade do aeroporto, prevenir vôos não autorizados em espaço aéreo de
acesso restrito e garantir a segurança do vôo.
2.3.2 Implantação do Conceito C+S/ATM no Brasil
O processo de se obter harmonização de padrões e procedimentos entre países vizinhos
visa estabelecer um espaço aéreo interoperável e sem descontinuidades entre fronteiras. Isso
permitirá operações de vôo entre diversas regiões de acordo com as melhores rotas e com a
melhor relação custo/benefício.
Neste contexto, o Plano Mundial proposto pela ICAO visa definir uma metodologia
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM
35
para planejar e implantar o conceito CNS/ATM considerando uma evolução contínua e em
conformidade com os trabalhos existentes. Esta metodologia inclui planejamentos mundial,
regional e nacional de acordo com as necessidades de cada país.
No caso particular das Regiões CAR/SAM (Caribe e América do Sul), o Grupo de
Planejamento e Execução para a Região do Caribe e América do Sul (GREPECAS) definiu os
principais fluxos de tráfego internacional que servem como base para os estudos de
implantação de acordo com a metodologia estabelecida pela ICAO (COMAER, 2002).
Em maio de 1998, o Brasil sediou a Conferência Mundial de Implantação do Sistema
CNS/ATM (ICAO, 1998). Na oportunidade, o Brasil firmou o compromisso de planejar a
viabilidade de utilização do conceito CNS/ATM no espaço aéreo nacional.
O processo de planejamento e de criação de procedimentos do conceito CNS/ATM é
de responsabilidade do DECEA que atualmente segue com o Programa de Desenvolvimento
do Sistema de Controle do Espaço Aéreo (PDSCEA), o Programa Qüinqüenal e os Programas
de funcionalidades de ATM em função das necessidades operacionais e do cronograma de
implantação das Regiões CAR/SAM.
Para o desenvolvimento da metodologia de implantação nacional, as metas regionais
estabelecidas nos planos de desenvolvimento da Associação Internacional de Transporte
Aéreo (International Air Transport Association - IATA) devem ser consideradas:
aumentar a eficiência e a segurança do sistema atual;
atingir às exigências da demanda do tráfego aéreo sem se expor a congestionamentos;
maximizar os incentivos para a implantação do Sistema CNS/ATM, além de encorajar
e garantir a participação de toda a comunidade aeronáutica;
prestar assistência e cooperação aos Estados de maneira a obter sua participação
integral;
manter os usuários periodicamente informados sobre as estruturas de custo decorrentes
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM
36
da implantação dos sistemas; e
definir uma política comum de geração de receita contando com a aceitação de todos
envolvidos no sistema.
2.3.3 Análise do Plano de Implantação C+S/ATM no Brasil
De acordo com o Plano Nacional (COMAER, 2002), o programa de implantação estará
dividido nas seguintes etapas:
2001-2003: Desenvolvimentos, provas, demonstrações pré-operacionais, elaboração
de requisitos operacionais e técnicos, definição de questões institucionais e de
padronização, utilização de funcionalidades advindas da implantação de elementos dos
Sistemas CNS/ATM como “back-up” do SISCEAB atual;
2004-2007: Implementação gradual e uso de diferentes elementos dos novos sistemas
CNS quando novas funcionalidades de ATM estarão disponíveis no SISCEAB, em
paralelo ao sistema atual, de forma a apoiar, pelo menos, as operações internacionais
de aeronaves equipadas apenas para o novo sistema;
2008-2011: Conclusão da implantação do novo sistema e início da desativação dos
sistemas da tecnologia atual, a partir dos sistemas de comunicação e de navegação; e
Após 2012: Somente os novos sistemas estarão em operação no SISCEAB.
Mesmo com a implantação de novas tecnologias, equipamentos convencionais
continuarão em uso. Muitos usuários de vôos domésticos dependem destes equipamentos.
Sistemas de Pouso por Instrumento (ILS), por exemplo, podem ser mantidos em alguns
aeroportos como precaução em casos de interferências nos sistemas GNSS durante operações
de baixa visibilidade.
A visão futura de especialistas prevê papel extenso dos sistemas CNS/ATM atuais não
só para cobertura global de operações de vôo, mas também para fornecer serviços a uma
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM
37
grande faixa de veículos aeroespaciais emergentes, incluindo RLVs (Reusable Launch
Vehicles), UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) e VSTOL (Vertical Short Take Off Landing). A
Fig. 2.9 ilustra os maiores elementos do futuro plano nacional interoperável e harmonizado.
Fig. 2.9 - Espaço Aéreo Nacional globalmente harmonizado de acordo com as necessidades do usuário.
O objetivo principal é transportar todas as categorias de usuários para qualquer lugar, a
qualquer hora, a tempo, de forma segura, eficiente, econômica e com reduzido impacto
ambiental.
2.3.4 Análise dos Benefícios dos +ovos Sistemas
Sistemas avançados CNS/ATM terão a implantação de sistemas computadorizados em
solo para gerenciamento e controle de tráfego aéreo. Estes sistemas de auxílio terrestre
trocarão diretamente dados com FMS a bordo na aeronave através de um enlace de dados. Isto
beneficiará o provedor ATM e o usuário do espaço aéreo através da melhora na detecção de
conflito e resolução, fornecendo meios para rápida adaptação às mudanças de tráfego.
Como resultado, o sistema ATM poderá melhor acomodar o perfil de vôo desejado de
uma aeronave e ajudar operadores de aeronave a alcançar custos operacionais reduzidos de
vôo e menores atrasos. Os principais benefícios para cada participante do sistema estão
listados na Tabela 2.4.
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM
38
Tabela 2.4 - Benefícios para os participantes do sistema de transporte aéreo.
Participantes Benefícios
Companhias
Aéreas
Economia de combustível,
Oportunidades para rotas mais dinâmicas e diretas;
Maior número de níveis de vôo com a implantação do sistema RVSM;
Padrões de separação reduzidos sobre espaço aéreo oceânico;
Acesso facilitado em áreas remotas; e
Aumento global na segurança do transporte aéreo.
Países Redução no custo global de operação e manutenção de instalações; e
Aumento da segurança.
Aviação Geral
Acesso crescente a aviônicos com menores custos operacionais; e
Acesso a áreas remotas atualmente intransponíveis por falta de comunicação ou
navegação segura.
Passageiro Tarifas e taxas mais baixas; e
Economia de tempo;
Participantes em
geral
Aumento de produtividade e reestruturação das indústrias;
Incentivo às indústrias relacionadas;
Aumento de oportunidades de negócio; e
Aumento da oferta de emprego.
Meio ambiente Redução da queima de combustível na aviação (menores níveis de emissões de
poluentes).
2.3.5 Expectativa na Transição dos Sistemas
A transição para os novos sistemas CNS/ATM não acontecerá ao mesmo tempo em
todas as partes do mundo. O nível de sofisticação dos sistemas será adaptado às diferentes
necessidades de regiões e países. Não obstante, o planejamento e a implantação devem
considerar as exigências dos usuários do espaço aéreo como também as informações de vôo
das regiões adjacentes (Flight Information Regions - FIRs) para assegurar que os sistemas
resultantes em nível regional ou nacional serão bem coordenados, racionalizados e
harmonizados no tempo adequado e com baixo custo. As influências principais na demanda
por serviços CNS/ATM são (ICAO, 2000):
a) turismo nacional ou internacional;
b) produto interno bruto (PIB);
Capítulo 2: Conceito C#S/ATM
39
c) desenvolvimento econômico regional e setorial; e
d) conteúdo e natureza de competição na aviação doméstica e internacional.
Isso significa que a demanda por serviços de transporte aéreo é bastante vulnerável às
variações de comportamento do mercado internacional e da própria economia do país. A
realização de uma análise de risco e de custo/benefício, ao investir em novas tecnologias,
deve fazer parte do planejamento para que seja possível obter uma configuração segura e
eficiente no aproveitamento de espaço aéreo e aeroportos.
Capítulo 3: G#SS 40
Capítulo 3
G+SS
3.1 História da +avegação por Satélites
O advento da navegação aérea trouxe uma forma de locomoção mais rápida e segura
de um ponto a outro. As primeiras aeronaves utilizavam-se da navegação visual. Os pilotos
usavam anemômetro para medir velocidade aerodinâmica, barômetro para altitude e bússola
magnética para medir a proa (Kayton & Fried, 1997).
A era dos satélites espaciais estreou em 1957 com o lançamento do satélite Sputnik I
pela Antiga União Soviética. Porém, a navegação por satélite foi iniciada pela Marinha norte-
americana quando criou, em 1960, um sistema para navegação de precisão por satélite
denominado #avy #avigation Satellite System (NNSS), mais conhecido como Transit (Prasad
& Ruggieri, 2005; e Misra & Per Enge, 2001).
Em 1964, o Centro de Tecnologias Espaciais da Marinha (#aval Center for Space
Technologies - NCST) criou o programa TIMATION (TIMe navigaTIO#). Dois satélites
TIMATION foram desenvolvidos e lançados em 1967 e 1969, carregando osciladores de
quartzo com acurácia que eram regularmente atualizados por um relógio mestre posicionado
em solo (Prasad & Ruggieri, 2005). Paralelamente, a Força Aérea dos Estados Unidos criou o
programa 621B. Neste período, a Antiga União Soviética desenvolveu um sistema idêntico
denominado Tsikada, mas tornou-se operacional somente em 1971.
O DoD decidiu incluir os programas em uma única estratégia chamada Defense
#avigation Satellite Sytem (DNSS). No programa TIMATION, dois satélites chamados NTS I
(#avigation Technology Satellite) e NTS II foram lançados em 1974 e 1977, respectivamente
Capítulo 3: G#SS
41
(Lasiter & Parkinson, 1977; e Easton, 1980). Foram os primeiros satélites a carregar relógios
atômicos, um de rubídio e outro de césio. A partir desse desenvolvimento tecnológico, surge
então o GPS (Global Positioning System) e em fevereiro de 1978, o primeiro satélite GPS foi
lançado (Prasad & Ruggieri, 2005).
Além do GPS, existe o sistema de navegação denominado GLONASS (Global
#avigation Satellite System) em operação. O GLONASS é operado e mantido pela Federação
Russa e, apesar dos primeiros satélites terem sido lançados por volta de 1980 (o primeiro
satélite GLONASS foi lançado em 12 de outubro de 1982), o sistema foi declarado
oficialmente operacional somente em 24 de setembro de 1993 (CSIC, 2006; CSIC, 1998;
Contreras, 1998; Smirnov et al., 1998; e Lebedev et al., 1998).
Em desenvolvimento, encontra-se o sistema de navegação Galileo, uma iniciativa
conjunta da Agência Espacial Européia (European Space Agency - ESA) e da União Européia
(European Union - EU). A expectativa é de que esteja operacional a partir de 2010.
3.2 Tecnologias G+SS
O Sistema Global de Navegação por Satélites (GNSS) é um dos principais elementos
da navegação aérea segundo o conceito CNS/ATM (Communication, #avigation,
Surveillance/Air Traffic Management), constituindo a base do aprimoramento da navegação
aérea com suas características de cobertura global e de maior acurácia. As tecnologias GNSS
(Fig. 3.1) são formadas atualmente pelo GPS e pelo GLONASS.
Fig. 3.1- Tecnologias GNSS existentes e/ou em desenvolvimento.
O sistema Galileo deve estar com capacidade operacional até o ano de 2010. Os GNSS
Capítulo 3: G#SS
42
são capazes de prover informações de tempo e posição com acurácia (exatidão) em todo o
mundo, porém com limitação de cobertura nas regiões polares.
Apesar do nível de desenvolvimento alcançado com as tecnologias GNSS, atender
completamente aos requisitos de desempenho estabelecidos pela ICAO para os sistemas de
navegação (acurácia, integridade, continuidade e disponibilidade) é um grande desafio (Chujo
& Walter, 2006b). Operações de aproximação e pouso de precisão, por exemplo, exigem
acurácia da ordem de centímetro (dependendo da categoria de precisão), necessitando de
sistemas integrados como os que serão fornecidos pelas tecnologias CNS: SBAS (Space-
Based Augmentation System), GBAS (Ground-Based Augmentation System), ABAS (Aircraft-
Based Augmentation System) ou GRAS (Ground-based Regional Augmentation System).
Estes sistemas de acréscimos serão descritos no Capítulo 4.
3.3 GPS
O Sistema de Posicionamento Global (GPS) é um sistema de radionavegação via
satélite que utiliza medidas dos satélites GPS para determinar posição e tempo precisos em
qualquer parte do mundo. O GPS é administrado e mantido em operação pelo Departamento
de Defesa (DoD) dos Estados Unidos. A constelação do GPS é ilustrada na Fig. 3.2.
Fig. 3.2 - Constelação de satélites GPS (Fonte: <www.wherify.com>).
A constelação de satélites GPS é composta atualmente por 30 satélites distribuídos em
Capítulo 3: G#SS
43
seis planos orbitais. Literatura extensa tem sido escrita sobre GPS (Parkinson & Spilker,
1996; Hoffmann-Wellenhof et al., 1994; e Kaplan, 1996). Diversas dissertações de mestrado e
doutorado podem ser consultadas sobre sinal e operação GPS: Oliveira, 2003b; Zandonadi,
2005; Leite, 2006; Rosa, 2006 e Castro, 2006. Neste trabalho, serão abordadas questões como
arquitetura e organização do GPS para melhor compreensão da evolução e direção futura dos
sistemas de navegação.
3.3.1 Descrição do GPS
O GPS é constituído de três segmentos: Segmento Espacial (constelação de satélites),
Segmento de Controle (estações de monitoramento em solo) e Segmento de Usuário
(receptores GPS embarcados). Para maiores detalhes da configuração destes segmentos, ver
Apêndice B.
3.3.2 Sinais GPS
Um requisito relacionado aos sinais de um sistema de navegação por satélite é a
disponibilidade de acesso simultâneo dos sinais transmitidos por um conjunto de satélites com
um mínimo de interferência cruzada. Na tecnologia GPS, este requisito se traduz no uso de
uma técnica denominada CDMA (Múltiplo Acesso por Divisão de Código), na qual o sinal
transmitido por cada satélite é modulado por um código PRN (Pseudo-random #oise)3 que
apresenta baixa correlação com os sinais transmitidos por outros satélites. Esta técnica
permite ao usuário receber múltiplos sinais na mesma faixa de freqüência com baixa
interferência mútua (Prasad & Ruggieri, 2005).
Os satélites GPS transmitem duas freqüências de portadoras denominadas L1, a
freqüência primária, igual a 1.575,42 MHz, e L2, a freqüência secundária, de 1.227,6 MHz.
As modulações empregadas são do tipo BPSK (Binary Phase Shift Keying). A freqüência L1 é
3 Seqüência previsível de 1s e -1s que pode ser reproduzida em um intervalo de tempo.
Capítulo 3: G#SS
44
modulada por dois códigos PRN (C/A - Coarse Acquisition ou Clear Acquisition e P -
Precision) e por dados de navegação. Já a freqüência L2 é modulada por um só código PRN,
podendo não conter dados de navegação agregados quando modulada por P. Os códigos C/A
são disponíveis para uso civil e militar, enquanto que os códigos P são de uso exclusivamente
militar. A Tabela 3.1 mostra o desempenho de acurácia dos serviços de navegação GPS aos
usuários (SPS: Standard Positioning Service e PPS: Precise Positioning Service).
Tabela 3.1 - Desempenho dos serviços de navegação GPS (Fonte: Prasad & Ruggieri, 2005).
Acurácia (95%) SPS PPS
Horizontal 5-10 m 1-8 m Vertical 7-15 m 2-12 m Tempo 40-200 ns 35-50 ns Velocidade 0,10-0,15 m/s 0,10 m/s
3.3.3 Modernização do Sinal GPS
A atual constelação GPS é formada por 30 satélites designados Blocos II, IIA, IIR (R:
Replenishment) e IIR-M (M: Modernized). A Tabela 3.2 apresenta a constelação GPS com 30
satélites Bloco II, IIA, IIR e IIR-M em operação na data observada.
Tabela 3.2 - Constelação GPS em 10 de outubro de 2006 (<http://www.navcen.uscg.gov>).
PR+s e Slots
PR+ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Plano / Slot F6 D1 C2 D4 B4 C1 C5 A3 A1 E3
PR+ 11 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Plano / Slot D2 F3 F1 D5 B1 C4 E4 C3 E1 D3
PR+ 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Plano / Slot E2 F4 D6 A2 F2 A4 B3 F5 B2 A7
O programa de modernização oferece um conjunto de sinais para usuários civis e
militares para garantir medidas com maior acurácia e confiabilidade. Quatro sinais serão
inseridos: dois sinais para usuários civis nas freqüências L2 e L5 e dois sinais militares código
M nas portadoras L1 e L2. A Fig. 3.3 mostra a evolução do GPS.
Capítulo 3: G#SS
45
Fig. 3.3 - Plano de modernização do GPS.
O primeiro destes novos sinais, o código civil L2c, será adicionado à portadora
existente L2 na freqüência de 1.227,60 MHz. Estará disponível para uso geral em aplicações
que não exigem requisitos restritivos. O satélite Bloco IIR-M, o primeiro a adicionar esta
capacidade, foi lançado em 25 de setembro de 2005 (FAA, 2006). Satélites do Bloco IIR-M
terão capacidade para o novo código civil L2c e também para o novo código militar M nas
freqüências L1 e L2. Serão lançados até o ano de 2007.
O segundo sinal civil, localizado em 1.176,45 MHz, será fornecido inicialmente nos
satélites Bloco IIF a partir de 2007 e continuará com os satélites do Bloco III programados
para serem lançados no início de 2012. Este novo sinal L5, à semelhança do L1, é protegido
mundialmente para uso em radionavegação aeronáutica e dará suporte em aplicações na
aviação, assim como a usuários terrestres (agricultura, recreação, rodovias e marítima).
O processo de evolução iniciado com os satélites dos Blocos IIR e IIF abre
oportunidade para o desenvolvimento do GPS III, no qual uma das principais inovações
ocorrerá no segmento espacial, que passará de 6 para 3 planos orbitais, possibilitando medidas
de maior acurácia na posição do usuário.
3.3.4 Operações Mundiais de +avegação de Precisão
O sistema GPS pode fornecer um sistema de navegação global por satélite seguro e
Capítulo 3: G#SS
46
eficiente, atendendo também futuras necessidades da aviação civil. A adição do sinal L5
fornecerá à aviação e a outros sistemas de transporte serviço contínuo, de alta acurácia e
informação de posição 3-D. O trabalho de Castro (2006) mostra um estudo detalhado do sinal
GPS L5.
A disponibilidade do sinal L5 oferece potencial para capacidade de Aproximação de
Precisão (PA) na região de cobertura dos satélites geoestacionários existentes na configuração
do sistema de acréscimo SBAS. Sistemas aviônicos utilizarão dados de integridade das
correções realizadas pelos sistemas de acréscimo transmitidos por satélites geoestacionários
em L1 e L5.
O primeiro satélite GPS com capacidade de navegação em L5 está sendo projetado
pela Lockheed Martin sob aprovação da FAA com o objetivo de permitir gerenciamento de
tráfego aéreo mais seguro, confiável e com grande acurácia (Satnews Daily, 2005).
3.3.5 Benefícios com a Modernização do Sinal GPS
O uso de receptores de dupla freqüência diminuirá o erro ionosférico para cerca de
0,3m comparado com receptores de única freqüência (em torno de 7 m). Os principais
benefícios identificados para cada novo sinal civil são identificados na Tabela 3.3.
Tabela 3.3 - Modernização do GPS: novos sinais civis para diversas aplicações.
Sinal Civil
Disponibilidade Vantagens
L2c
2012 (IOC4)
2015 (FOC5)
Aplicação do sistema modernizado para serviços de emergência; e Sistema de redundância em caso de interferência local.
L1c 2013 Capacidade de interoperabilidade com sinais GLONASS e Galileo.
L5 2020 (FOC) Operação mundial para aproximação de precisão; Maior disponibilidade de operações de navegação de precisão em algumas
regiões do mundo; e Minimização de interferências através do serviço ARNS (Aeronautical
Radio #avigation Service).
Após todas as atualizações previstas para a modernização do GPS, a estimativa 4 IOC: Initial Operational Capability ou Capacidade Operacional Inicial. 5 FOC: Full Operational Capability ou Capacidade Operacional Total.
Capítulo 3: G#SS
47
indicava que os três sinais civis (L1-C/A, L2c e L5) estariam disponíveis para Capacidade de
Operação Inicial (IOC) até 2012 e para Capacidade de Operação Total (FOC) em
aproximadamente 2015 (FAA, 2006; e Cross, 2003). Entretanto, os números da Tabela 3.3
indicam grandes atrasos que não ocorrem por problemas técnicos, mas pelo fato dos satélites
atuais apresentarem vida útil bem maior do que a inicialmente prevista. Daí não haver
liberação de recursos pelo Congresso norte-americano para substituição destes satélites.
Conseqüentemente, mudanças de prazos para disponibilidade dos sinais podem ocorrer ao
longo do plano de modernização do sistema.
3.4 GLO+ASS
O GLONASS (Global #avigation Satellite System) foi criado pela Federação Russa
por volta de 1970 e, apesar do primeiro satélite ter sido lançado em outubro de 1982, o
sistema foi declarado oficialmente em operação somente em setembro de 1993. O objetivo do
sistema GLONASS é prover a qualquer usuário, aéreo, marítimo ou terrestre, um sistema de
navegação a todo tempo e em qualquer parte do mundo. A constelação do GLONASS é
mostrada na Fig. 3.4.
Fig. 3.4 - Constelação de satélites GLONASS (Fonte: <www.lb.refer.org>).
Completamente implementado, o segmento espacial do GLONASS será composto por
24 satélites distribuídos igualmente em três planos orbitais. Mais detalhes sobre características
técnicas e operacionais do GLONASS podem ser encontrados no trabalho de Montes (2006).
Capítulo 3: G#SS
48
3.4.1 Descrição do GLO+ASS
De modo semelhante ao GPS, o GLONASS apresenta três segmentos: Segmento
Espacial, Segmento de Controle e Segmento de Usuário. Detalhes sobre a configuração destes
segmentos, ver Apêndice B.
3.4.2 Sinais GLO+ASS
Diferentemente do satélite GPS, cada satélite GLONASS opera em uma freqüência
exclusiva na banda L1 (1.598,0625-1.604,25) MHz e na banda L2 (1.242,9375-1.247,75)
MHz. O GLONASS utiliza a técnica de Múltiplo Acesso por Divisão de Freqüência
(Frequency Division Multiple Access - FDMA) em L1 e L2. Os satélites podem transmitir
sinais na mesma freqüência desde que estejam em posições diametralmente opostas no
mesmo plano orbital.
O sistema fornece tipos de sinais de navegação: sinal de precisão padrão (Standard
Precision – SP) e sinal de alta precisão (High Precision – HP). Os sinais SP e HP utilizam
dois diferentes tipos de códigos, C/A e P, respectivamente. Ambos os códigos pertencem à
família de Códigos de Ruído Pseudo-aleatório (PRN).
Utilizando-se tanto o código C/A como o P, tem-se o mesmo código para todos os
satélites e a identificação do satélite se dá através de várias freqüências distintas, uma vez que
cada satélite utiliza uma freqüência específica. A Tabela 3.4 ilustra o desempenho
GLONASS.
Tabela 3.4 - Acurácia dos serviços de navegação GLO+ASS (Fonte: <www.glonass-center.ru>).
Acurácia (99,7%) SPS PPS
Horizontal 50-70 m 10-15 m Vertical 70 m ** Tempo < 1 ms **
Velocidade < 0,15 m/s ** Nota: símbolo “**” significa valores não disponíveis.
Capítulo 3: G#SS
49
3.4.3 Programa de Modernização do GLO+ASS
O programa de desenvolvimento e modernização do GLONASS, previsto para ocorrer
até 2010, prevê uma atualização nos segmentos espacial, de controle e de usuário. A nova
geração de satélites, chamada GLONASS-M, tem o propósito de tornar o sistema GLONASS
oficialmente em operação total. Foram lançados dois satélites, GLONASS-M 11 L e
GLONASS-M 12 L, colocados em órbita em dezembro de 2003 e dezembro de 2004,
respectivamente, com ciclo de vida de aproximadamente 7 anos, (ICAO, 2005; e CSIC,
2006). Ambos os satélites encontram-se em fase de testes. A Tabela 3.5 apresenta a
constelação GLONASS com 14 satélites em operação na data de 20/06/2006.
Tabela 3.5 - Constelação GLO+ASS em 20 de junho de 2006 (Fonte: <www.glonass-center.ru>).
Slots e Canais
Plano 1 / Slot: 01 02 03 04 05 06 07 08
Canal: 07 01 12 06 07 01 04 06
Plano 2 / Slot: 09 10 11 12 13 14 15 16
Canal: -- -- -- -- -- -- -- --
Plano 3 / Slot: 17 18 19 20 21 22 23 24
Canal: 05 10 03 11 05 10 -- -- Nota: símbolo “--” significa que não existe satélite disponível naquela posição orbital.
Segundo a ICAO (2005), funções adicionais foram implementadas nos satélites
GLONAS-M, tais como:
um novo sinal civil em L2 que proporcionará aumento de acurácia de navegação e
confiabilidade; e
enlaces de rádio entre satélites GLONASS-M para desempenho de controle do sistema
de integridade e para aumentar a operação autônoma da constelação de satélites sem
perda de acurácia de navegação.
A próxima atualização prevê o desenvolvimento de satélites GLONASS-K com os
seguintes avanços:
Capítulo 3: G#SS
50
maior acurácia e ciclo de vida maior que 10 anos. Estes satélites transmitirão sinais
com padrão de acurácia para usuários civis em L1, L2 e L3;
Sinal do GLONASS-K em L3 terão canais de divisão de freqüência e ocuparão uma
largura de banda de 26 MHz no intervalo de (1.189-1.215) MHz;
A integração deste sinal com outros sinais de navegação aumentará a estabilidade e a
confiabilidade da solução de navegação; e
Capacidade de receber e transmitir sinais de emergência para prestar serviços de busca
e resgate (Revnivykh, 2005).
3.5 Sistema Galileo
Um passo importante na evolução do cenário europeu é o desenvolvimento do sistema
de navegação Galileo, uma iniciativa conjunta da Agência Espacial Européia (European
Space Agency - ESA) e da União Européia (European Union - EU), instituições que
representam as tomadas de decisões estratégicas, tecnológicas e política espacial da Europa. A
Fig. 3.5 ilustra a configuração da constelação de satélites Galileo. O sistema será composto
por uma constelação de 30 satélites, sendo 27 ativos e 3 reservas, em três planos orbitais
igualmente distribuídos e espaçados.
Fig. 3.5 - Constelação de satélites Galileo (Fonte: <www.esa.int>).
3.5.1 Descrição do Sistema Galileo
Por oferecer dupla freqüência como padrão, o Galileo fornecerá acurácia de posição
Capítulo 3: G#SS
51
em tempo real da ordem de metros ao público civil, superando os sistemas existentes.
Portanto, será adequado a aplicações onde segurança e confiabilidade são cruciais, como
guiagem de veículos e aproximação e pouso de precisão de aeronaves. A possibilidade de
integração do Galileo com outros sistemas de navegação GNSS oferecerá desempenhos ainda
melhores.
O sistema Galileo, de forma semelhante ao GPS, é composto por três segmentos:
Segmento Espacial, Segmento Terrestre e Segmento de Usuário. Detalhes da configuração
destes segmentos, ver Apêndice B.
3.5.2 Sinais Galileo
Segundo as características definidas para o sistema de navegação (European
Commission, 2002; e Hein et al., 2002), o Galileo fornecerá 10 sinais de navegação nas faixas
de freqüência de 1.164–1.215 MHz (E5a e E5b), 1.260–1.300 MHz (E6) e 1.559–1.592 MHz
(E2–L1–E1). Aspectos decisivos como segurança e mercado desempenharam importante
papel na concepção do novo sistema. Todos os satélites compartilharão as mesmas
freqüências nominais através da utilização da técnica CDMA, de modo semelhante ao GPS. A
Tabela 3.6 resume os parâmetros de desempenho dos serviços Galileo.
Tabela 3.6 - Desempenho dos serviços Galileo (Adaptada de Prasad & Ruggieri, 2005).
Serviços OS CS SoL PRS
Cobertura Global Global Local Global Global Local H: 15 m, V: 35 m (Única freqüência)
6,5 m Acurácia
H: 4 m, V: 8 m (Dupla freqüência)
< 1 m (Tripla
freqüência)
< 10 cm6 4-6 m (Dupla freqüência)
12 m
1 m
Disponibilidade 99,8 % 99,8 % 99,8 % 99,9 % Integridade Não Serviço de valor agregado Sim (tempo de
alerta: 6-10 s) Sim (tempo de
alerta: 10 s)
O sistema Galileo fornecerá através de 5 tipos de serviços uma ampla faixa de
aplicações (Fig. 3.6).
6 Acurácia obtida com acesso a serviços GBAS.
Capítulo 3: G#SS
52
Fig. 3.6 - Exemplos de potenciais usuários dos serviços fornecidos pelo Galileo.
Cada tipo de serviço terá diferentes requisitos operacionais de acordo com as
necessidades do usuário (Prasad & Ruggieri, 2005):
Serviço Aberto (Open Service - OS): combinação de sinais abertos, isentos de
tributos. Este serviço será introduzido em 2008;
Serviço de Salvamento de Vidas (Safety of Life - SoL): melhora o desempenho do
serviço aberto fornecendo avisos ocasionais ao usuário quando o sistema não atender aos
requisitos de acurácia. Estará disponível em 2010;
Serviço Comercial (Commercial Service - CS): serviço de acesso restrito para
aplicações comerciais e profissionais para gerar serviços de valor agregado;
Serviço Público Regulamentado (Public Regulated Service - PRS): dedicado a
aplicações governamentais que garanta continuidade de serviço e com acesso controlado; e
Serviço de Suporte de Busca e Resgate (Search and Rescue - SAR): serviço de
grande acurácia para determinar a posição da mensagem de socorro em qualquer parte do
mundo.
A Fig. 3.7 ilustra o espectro de freqüências do Galileo de acordo com o tipo de serviço
oferecido.
Capítulo 3: G#SS
53
3.5.3 Evolução do Sistema Galileo
Lançado em dezembro de 2005, o GIOVE-A (Galileo In-Orbit Validation Element) é o
primeiro satélite do projeto Galileo. Em 12 de janeiro de 2006, o sinal Galileo foi transmitido
pela primeira vez. A Fig. 3.8 mostra o satélite piloto GIOVE-A.
Fig. 3.8 - Satélite GIOVE-A inicia a transmissão dos primeiros sinais Galileo.
A missão do GIOVE-A é assegurar o uso de freqüências alocadas pela União
Internacional de Telecomunicações (ITU) para o sistema Galileo, demonstrar tecnologias
Fig. 3.7 - Espectro de freqüências dos sinais do Galileo (Fonte adaptada de: Hein et al., 2002).
Capítulo 3: G#SS
54
críticas de navegação dos futuros satélites operacionais, caracterizar o ambiente de radiação
das órbitas planejadas para a constelação e testar os receptores em solo7.
Posteriormente, 4 satélites serão lançados para validar os segmentos espacial e
terrestre. Completada esta fase de validação, os satélites restantes serão lançados até alcançar
capacidade operacional total (FOC) com a formação esperada de 30 satélites.
Dentro do programa de relacionamento com outros países, fora da União Européia, a
União Européia e a República da Coréia firmaram um acordo em janeiro de 2006 denominado
Acordo de Cooperação Civil do Sistema GNSS (Cooperation Agreement on a Civil Global
#avigation Satellite System). Acordos cooperativos também foram realizados com China,
Israel, Índia e Marrocos8.
3.6 Análise Comparativa das Tecnologias G+SS
Uma comparação entre os sistemas de posicionamento global será feita com o objetivo
de avaliar suas características técnicas e de desempenho. Posteriormente, é apresentada uma
análise geral dos sistemas em termos de vantagens, desvantagens, oportunidades e riscos
oferecidos pelas tecnologias GNSS.
3.6.1 Análise de Desempenho das Tecnologias G+SS
De acordo com a descrição das tecnologias GNSS, observa-se grande diferença de
desempenho entre os três sistemas. A análise é feita para sinais de única freqüência. Na
aviação, a acurácia vertical tem maior importância em operações de aproximação de precisão
(PA). A Tabela 3.7 mostra o desempenho de acurácia das tecnologias GNSS com base nas
Tabela 3.1,Tabela 3.4 e Tabela 3.6.
7 Disponível em: <http://www.esa.int/esaNA/SEMQ36MZCIE_index_0.html>. Acesso: 10/02/2006. 8 Disponível em: <http://www.gpsworld.com/gpsworld/article/articleDetail.jsp?id=300336>. Acesso: 03/02/2006.
Capítulo 3: G#SS
55
Tabela 3.7 - Desempenho de acurácia das tecnologias G+SS.
Parâmetro GPS (95%)
GLO+ASS (99,7%)
Galileo (99,8%)
Horizontal 5-10 m 50-70 m 15 m Acurácia
Vertical 7-15 m 70 m 35 m
O GLONASS apresenta atualmente poucos satélites disponíveis, cerca de 14 (a
constelação GPS contém 30) e seu desempenho é menos expressivo. O Galileo por sua vez,
apesar de apresentar maior disponibilidade (99,8%), seu sinal ainda não supera a acurácia
vertical fornecida pelo sinal GPS (35 m contra 7-15 m). Esta acurácia se baseia em dados
experimentais do único satélite Galileo (GIOVE-A) lançado somente para testes.
3.6.2 Análise das Características Técnicas das Tecnologias G+SS
Uma descrição técnica sobre as tecnologias GNSS foi feita ao longo deste capítulo. A
Tabela 3.8 resume as principais características pertinentes às tecnologias GNSS: GPS,
GLONASS e Galileo.
Tabela 3.8 - Características técnicas G+SS.
GPS GLO+ASS Galileo
Operador
Início de operação
Situação de operação
EUA
1994
Em operação
Federação Russa
1996
Operação parcial
Comunidade Européia
A partir de 2010
--
Segmento Espacial (Satélites)
Número de satélites
Altitude
Período
Inclinação orbital
Planos orbitais
Ciclo de vida do satélite
30
20.200 km
11 h e 58 min
55º
6
7,5/10 anos
24
19.100 km
11 h e 15 min
64,8º
3
3/7 anos
30
23.616 km
14 h e 22 min
56°
3
20 anos
Segmento de Controle (em solo)
Estações de Controle Mestra
TTC
Enlace de Subida
1
5
3
1
4
4
2
5
15
Capítulo 3: G#SS
56
A Tabela 3.9 mostra uma comparação entre os sinais de operação das tecnologias
GNSS.
Tabela 3.9 - Características operacionais G+SS.
Freqüência PR+ Potência Técnica de acesso
GPS Uma freqüência para todos os satélites L1: 1.575,42 MHz L2: 1.227,60 MHz
PRN exclusivo para cada satélite
-160 dBw CDMA
GLONASS Freqüência exclusiva para cada satélite L1: (1.598,0625 - 1.609,3125) MHz L2: (1.242,9375 - 1.251,6875) MHz
Um PRN para todos os satélites
-161 dBw FDMA
Galileo Uma freqüência para todos os satélites (banda L): E5a-E5b: (1.164 – 2.115) MHz E6: (1.260 - 1.300) MHz E2-L1-E1: (1.559 - 1.591) MHz
PRN exclusivo para cada satélite
-158 dBw CDMA
Nota-se que o sinal Galileo se assemelha ao do GPS. Isto ocorre porque o princípio de
criação do Galileo foi justamente disponibilizar um sistema de navegação por satélite que se
integrasse a outras tecnologias de navegação e, conseqüentemente, houvesse maior
compatibilidade entre sistemas. A diferença está nos diversos sinais Galileo, em um total de
10 (o GPS possui atualmente apenas 2). Esta diversidade de sinais foi projetada para suprir a
necessidade do mercado. Com isso, seis tipos de serviços serão disponibilizados pelo sistema
Galileo para atender ao maior número de usuários.
3.6.3 Análise SWOT das Tecnologias G+SS
A Análise SWOT (Strengths, Weaknesses, Opportunities e Threats), conhecida como
forças, fraquezas, oportunidades e ameaças, é uma ferramenta de gestão muito utilizada por
empresas privadas como parte do planejamento estratégico dos negócios. Como o próprio
nome já diz, a idéia central da análise SWOT é avaliar os pontos fortes, os pontos fracos, as
oportunidades e os riscos de uma organização no mercado onde atua. Esta forma de análise de
negócios vem sendo utilizada com muito sucesso por empresas e instituições como forma de
Capítulo 3: G#SS
57
planejamento organizacional em todo o mundo. Neste trabalho, a aplicação da análise SWOT
será do ponto de vista de: vantagens, desvantagens, oportunidades e riscos que uma tecnologia
ou sistema podem proporcionar.
Na aviação, a tecnologia GNSS vem transformando a maneira de se deslocar de um
lugar a outro com diversas vantagens através de um sistema de navegação e comunicação de
alto desempenho. A Tabela 3.10 ilustra os principais pontos relacionados a este sistema de
grandes oportunidades para aplicações diversas considerando-se a análise SWOT.
Tabela 3.10 - Análise SWOT: Pontos relevantes da tecnologia G+SS.
Vantagens (S) Desvantagens (W)
Sistema de maior acurácia e tempo de referência
universal;
Eficiência, segurança, redução de tempo de vôo e
consumo de combustível;
Integração de sistemas (sensores inerciais, altímetros,
ADS e GNSS);
Maior número de satélites proporcionará maior
cobertura e disponibilidade ao usuário;
Melhor navegação em áreas remotas e oceânicas; e
Menores custos.
Interferência intencional ou não; e
Efeitos atmosféricos (cintilação, anomalia
equatorial).
Oportunidades (O) Riscos (T)
Maior número de satélites disponíveis;
Disponibilidade GNSS para serviços de emergência;
Acesso da tecnologia por diversos usuários; e
Melhor desempenho dos requisitos de navegação.
Controle do sistema é restrito a determinado
país ou comunidade (Estados Unidos,
Federação Russa e Comunidade Européia).
Pode representar um risco em um eventual
ambiente de guerra.
O universo da navegação via satélite segue evoluindo de forma surpreendente,
alcançando novos mercados e atendendo às necessidades dos usuários. Os dois sistemas que
compõem atualmente o GNSS vêem sendo modernizados e a disponibilização de novos sinais
proporcionarão desempenho cada vez melhor. Com o início de operação do sistema Galileo,
espera-se uma forte competição de mercado, beneficiando e gerando novas facilidades a
diversos usuários.
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS 58
Capítulo 4
Sistemas de Acréscimo de Desempenho G+SS
4.1 Introdução
Na aviação, as tecnologias GNSS são usadas em combinação com os sistemas de
acréscimo denominados DGNSS (Differential Global #avigation Satellite System) para
melhorar os requisitos operacionais de desempenho de navegação associados com as funções
de guiagem e vigilância.
Os sistemas atualmente em desenvolvimento são (Fig. 4.1): ABAS (Aircraft-Based
Augmentation System), GBAS (Ground-Based Augmentation System), GRAS (Ground-Based
Regional Augmentation System) e SBAS (Space-Based Augmentation System). A escolha de
um sistema de acréscimo depende dos requisitos de desempenho para a operação especificada.
Fig. 4.1- Sistemas de acréscimo de desempenho GNSS previstos.
Um sistema de acréscimo que atende a normas e recomendações de segurança no
transporte aéreo deve cumprir os parâmetros de desempenho RNP padronizados pela ICAO
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
59
(Ochieng et al., 2003; e Tiemeyer, 2002): acurácia, integridade, continuidade e
disponibilidade.
A Tabela 4.1 (ICAO, 2005) cita diversas normas e procedimentos especificados para
padronizar os sistemas aviônicos para acréscimos GNSS. Estes documentos são essenciais
para manter padrões em uma ação de cooperação e harmonização mundial.
Tabela 4.1 - Especificações dos sistemas aviônicos para os sistemas de acréscimo (ICAO, 2005).
Sistemas de Acréscimo
TSO (FAA Technical Standard Order)
RTCA (EUROCAE) MOPS/MASPS
ABAS TSO-C129A Level2 (em rota/terminal) TSO-C129A Níveis 1 ou 3 (NPA)
RTCA DO-208 EUROCAE ED-72A
SBAS TSO-C145A TSO-C146A
RTCA DO-229C EUROCAE equivalente em desenvolvimento
GBAS Em desenvolvimento RTCA DO-245 RTCA DO-246B RTCA DO-253A EUROCAE ED-95
GRAS Em desenvolvimento Em desenvolvimento
4.2 Conceito ABAS
A ICAO padronizou a denominação ABAS (Aircraft-Based Augmentation System)
para descrever todos os sistemas e equipamentos a bordo de uma aeronave capazes de
fornecer acréscimos de navegação através de técnicas de monitoramento de integridade. O
conceito ABAS utiliza procedimentos baseados no uso de receptor GNSS básico ou outro
sistema de acréscimo embarcado que capte informação de outros sensores para fornecer dados
de integridade GPS e aumento de desempenho. O Apêndice C faz uma descrição das técnicas
ABAS existentes: RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring) e AAIM (Aircraft
Autonomous Integrity Monitoring).
4.3 Conceito GBAS
GBAS é um sistema de segurança crítica, instalado nas proximidades do aeroporto,
composto por hardware e software para complementar o serviço de posicionamento do GNSS
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
60
e fornecer melhores níveis de serviço nas fases de vôo de aproximação de precisão (CAT I, II
e III), operações de solo e decolagem dentro de uma área de cobertura.
Uma instalação GBAS fornecerá correções para suporte em aproximações para
múltiplas pistas de pouso. Em alguns casos, os dados podem ser usados por aeroportos
próximos e até mesmo por helicópteros (Chujo & Walter, 2006a). O GBAS fornecerá serviço
para uma área local, com alcance aproximado de 20-30 NM (35-55 km). A expectativa é que
o sistema GBAS, em sua configuração final, determine a posição de uma aeronave com erro
menor que 1 m e substitua o sistema de aproximação de pouso ILS.
Diversos trabalhos sobre implementação GBAS (Zandonadi, 2005; Saitoh et al., 2003;
Wang, 2002; Tsuji et al., 2002; Saitoh et al., 2001; Pervan et al., 1997; Cobb, 1997; e Holden
et al., 1995) para navegação e posicionamento preciso têm sido desenvolvidos com o objetivo
de fornecer técnicas aliadas a tecnologias que atendam necessidades cada vez maiores em
navegação, posicionamento preciso, aproximação e pouso.
4.3.1 +íveis de Serviço GBAS
Os subsistemas terrestres GBAS fornecem dois tipos de serviço: o serviço de
aproximação de precisão e o serviço de posicionamento (taxiamento, decolagem e outras
operações de solo). O serviço de aproximação de precisão fornece desvios de orientação para
segmentos em aproximação final, enquanto o serviço de posicionamento fornece informação
de posição horizontal para dar apoio a operações RNAV (aRea #AVigation) em duas
dimensões em áreas terminais. Uma estação no aeroporto transmite localmente correções
relevantes e parâmetros de integridade.
4.3.2 Funcionamento GBAS
O GBAS é formado por equipamentos terrestres e sistemas aviônicos. A configuração
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
61
mínima dos equipamentos terrestres compreende dois ou mais receptores de referência com
posições altamente precisas, uma estação GBAS e um transmissor VDB (VHF Data
Broadcast) na faixa de 108 a 117,975 MHz. Os sistemas aviônicos instalados nas aeronaves
complementam os equipamentos terrestres. A Fig. 4.2 mostra uma possível configuração do
sistema GBAS.
Fig. 4.2 - Arquitetura GBAS (Beamish, 2005).
Os receptores captam sinais GNSS e trabalham em conjunto com a estação GBAS
(GBAS Ground Facility) para determinar erros na posição fornecida pelo GNSS. A estação
GBAS gera a mensagem de correção a ser enviada para o aviônico através de um transmissor
VDB. Parâmetros de integridade e informação da rota de aproximação também são inseridos
na mensagem. O sistema aviônico usa as correções GBAS para controle de posição,
velocidade e tempo para guiar uma aeronave de forma segura até à pista.
A infra-estrutura GBAS deve ser instalada em pontos estratégicos na região do
aeroporto. A localização de uma antena, por exemplo, é independente da configuração da
pista de pouso, porém requer avaliação cuidadosa das fontes locais de interferência, obstrução
de sinais e multicaminho. A localização da antena VDB deve garantir que a área de cobertura
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
62
seja suficiente para as operações propostas (ICAO, 2005). Aplicações futuras podem
necessitar de componentes de infra-estrutura adicionais como pseudo-satélites a fim de
melhorar o fator de geometria DOP (Dilution Of Precision - Diluição de Precisão). O
parâmetro DOP será abordado no Capítulo 6.
A seguir, será introduzido o GBAS atualmente em desenvolvimento pelos Estados
Unidos denominado LAAS.
4.4 LAAS
O conceito de aumento de desempenho baseado em estação terrestre está sendo
desenvolvido pela FAA (Federal Aviation Administration), cujo sistema é denominado Local
Area Augmentation System (LAAS). O LAAS é formado por uma única estação de referência
localizada em aeroporto. Esta estação é formada por três ou mais receptores de referência que
medem independentemente pseudodistâncias e fase da portadora dos satélites GPS. A estação
gera correções diferenciais que são transmitidas aos usuários através de um VDB a uma taxa
de 31,5 bps na faixa de 108-118 MHz que também incluem informações de segurança e
geometria de aproximação. Estas informações permitem que usuários, em um raio de 45 km
da estação de referência, obtenham acurácia de posição da ordem de 0,5 m (com 95% de
disponibilidade)9. A Fig. 4.3 ilustra uma configuração preliminar do LAAS.
O contrato LAAS Ground Facility (LGF) CAT I está em desenvolvimento pela
Honeywell e este projeto também tem ajudado no desenvolvimento do programa CAT II/III
(Lay et al., 2003). Este programa está dividido em duas fases: determinar qual arquitetura será
utilizada nas aproximações de precisão CAT II/III e permitir a exploração de dupla
freqüência, incluindo o novo sinal GPS L5 ou as futuras freqüências E5 ou E5b do Galileo.
9 Disponível em: <http://waas.stanford.edu/research/laas.htm>. Acesso: 14/02/2005.
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
63
Fig. 4.3 - Arquitetura LAAS (Fonte: <http://gps.faa.gov>).
Este programa LAAS foi iniciado em seis aeroportos dos Estados Unidos: Juneau
(Alasca), Phoenix (Arizona), Chicago (Illinois), Memphis (Tennessee), Houston (Texas) e
Seattle (Estado de Washington). Atualmente, uma estação de ensaios LAAS também está
instalada no Rio de Janeiro.
4.4.1 Requisitos de Desempenho de Aproximação e Pouso do LAAS
Os requisitos atualmente sugeridos para aproximação de precisão estão resumidos na
Tabela 4.2 (RTCA/DO 245A, 2004 ).
Tabela 4.2 - Requisitos de desempenho de aproximação de precisão do LAAS.
Operação de Precisão LAAS CAT I CAT II CAT III Horizontal [m] 16,0 6,9 6,1 Acurácia
(95%) Vertical [m] 7,7 2,0 2,0 Tempo para Alerta [s] 6 2 2
Limite de Alerta [m] H: 40 V: 10-15
H: 17,3 V: 5,3
H: 15,5 V: 5,3
Integridade
PHMI/Aprox. 2x10-7 2x10-9 2x10-9
Continuidade Taxa de Falha 5x10-5/ aprox. 4x10-6/15 s 10-7/últimos 15 s Disponibilidade 0,99-0,99999 0,99-0,99999 0,99-0,99999
PHMI/Aprox. é a probabilidade de ocorrência de Falsa Informação com Risco
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
64
(Hazardously Misleading Information - HMI) por aproximação. Por exemplo, se uma HMI
causa um erro de navegação vertical que excede um limite de alerta vertical de 10 m, o
equipamento terrestre LAAS deve detectar a falha e alertar o usuário dentro de 6 s (tempo de
alerta) para PA CAT I.
4.4.2 Benefícios do LAAS
Usuários LAAS têm identificado grandes benefícios do sistema em relação ao ILS,
incluindo a capacidade de apoio em áreas terminais complexas, implementação múltipla,
segmentada ou variável de rampas de descida, apoio em procedimentos de chegada estendida,
redução da carga de trabalho do controlador de tráfego aéreo, suporte em operações RNP e
suporte às operações de aeroportos adjacentes (Beal, 2003).
4.4.3 Evolução do LAAS
A companhia Honeywell completou uma série de operações de pouso automático
guiada por GPS em Washington, DC, usando uma estação terrestre LAAS
Honeywell/Pelorus. Diferentemente do ILS, operações LAAS permitem que aeronaves
apropriadamente equipadas façam vôos complexos, aproximações em curva para evitar áreas
residenciais, mantendo uma separação segura do solo (Pope, 2002).
Demonstrações semelhantes com a estação de referência terrestre LAAS
Honeywell/Pelorus também foram realizadas nos aeroportos internacionais de Chicago
O’Hare e Memphis. Após estes testes, a FAA está se preparando para instalar 60 estações
terrestres LAAS CAT I até 2007, primeiramente em regiões montanhosas ou em outras
localidades onde a guiagem WAAS CAT I pode não ser confiável.
No desenvolvimento do projeto LAAS CAT II/III, os equipamentos LAAS CAT I
serão projetados em módulos a fim de que o sistema apóie operações CAT II/III incorporando
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
65
módulos adicionais para atender aumento de integridade e continuidade.
Nenhuma data foi antecipada para certificação CAT III. Mas esta certificação não é
esperada enquanto não houver número suficiente de satélites GPS transmitindo em duas
freqüências para eliminar erros ionosféricos (Oliveira et al., 2003a), suplementados pela
constelação Galileo de dupla freqüência que estará em órbita somente após o ano de 2010
(Avionics Magazine, 2006).
4.5 Conceito SBAS
O conceito SBAS (Space-Based Augmentation System) foi criado pela ICAO com o
objetivo de padronizar os sistemas de acréscimo que utilizam um ou mais satélites, em geral
geoestacionários, para uma cobertura mais ampla. Atualmente, seis diferentes sistemas estão
em desenvolvimento, como ilustra a Fig. 4.4.
Fig. 4.4 - Áreas de cobertura dos sistemas SBAS adaptada de : <http://www.esa.int/esaNA/ESAF530VMOC_index_1.html>.
Apesar de todos os sistemas SBAS serem independentes, suas arquiteturas serão
compatíveis para garantir integração entre conceitos em um sistema mundial de navegação. A
cooperação SBAS é atualmente coordenada por Grupos de Trabalho de Interoperabilidade
EGNOS/MSAS e EGNOS/WAAS. Testes de interoperabilidade foram realizados com
sucesso em 1998, 1999 e 2000 (Kondo et al., 2001).
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
66
Todas as arquiteturas transmitem um formato de mensagem padrão na mesma
freqüência (no caso do GPS, transmite-se na freqüência L1) e assim, são interoperáveis do
ponto de vista do usuário.
4.5.1 Arquitetura SBAS
Um sistema SBAS melhora o desempenho GNSS fornecendo informações de
integridade e mensagens de correção através de satélites geoestacionários. O sistema
compreende (ICAO, 2005):
uma rede de estações de referência terrestre que monitoram os sinais dos satélites;
estação mestra que coleta e processa dados das estações de referência e geram
mensagens SBAS;
estações de enlace de subida (uplink) que enviam as mensagens para satélites
geoestacionários; e
transponders nestes satélites que transmitem as mensagens SBAS.
4.5.2 Funcionamento SBAS
Sinais de navegação são transmitidos pelos satélites GNSS e recebidos por usuários e
pela rede de monitoramento de integridade (Estações de Referência) distribuída sobre uma
área geográfica. Estas estações retransmitem dados a um equipamento de processamento
central (Estação Mestra) que avalia o sinal e calcula as correções necessárias. Para cada
satélite GNSS monitorado, o SBAS estima os erros na transmissão dos parâmetros de
efemérides e relógio do satélite, transmite as correções para as Estações de Enlace de Subida e
envia ao satélite geoestacionário SBAS. Por fim, a mensagem de correção é transmitida ao
usuário, como mostra a Fig. 4.5. Sinais GNSS de simples freqüência apresentam acurácia da
ordem de 100 m. Com o uso do SBAS, esta acurácia poderá chegar a 7 m10.
10 Disponível em: <http://gps.faa.gov/programs/waas/benefits-text.htm>. Acesso: 22/06/2006.
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
67
Fig. 4.5 - Configuração SBAS padrão.
4.6 Configurações SBAS
Existem atualmente diversas iniciativas de desenvolvimento do conceito SBAS. O
objetivo principal é aumentar o desempenho dos sistemas GNSS para uso na aviação. As
principais são: WAAS, EGNOS, MSAS, SNAS, GAGAN e C-WAAS. As três primeiras
configurações serão descritas neste capítulo. Por apresentarem semelhanças operacionais, as
demais configurações serão introduzidas no Apêndice C.
4.7 WAAS
Os principais objetivos do sistema de acréscimo norte-americano WAAS são fornecer
aumento de integridade, acurácia, continuidade e disponibilidade de serviço para o GPS SPS e
também prover um sistema de navegação aérea para operações em rota até PA CAT I.
4.7.1 Configuração WAAS
A Fig. 4.6 mostra a configuração do sistema norte-americano WAAS:
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
68
25 Estações de Referência (Wide-Area Reference Station - WRS);
2 Estações Mestras (Wide-Area Master Station - WMS);
3 Estações de Enlace de Subida (Ground Earth Station - GES);
2 Satélites geoestacionários Inmarsat; e
Rede de Comunicação Terrestre.
Fig. 4.6 - Configuração WAAS. Fonte: <www.sti.nasa.gov/tto/spinoff1999/t3.htm>. Acesso: 17/10/2006.
4.7.2 Benefícios do WAAS
Os principais benefícios do sistema WAAS são mostrados na Fig. 4.7.
Fig. 4.7 - Benefícios do sistema WAAS para a aviação: aumento da eficiência nas operações de
vôo. Adaptada de: <http://gps.faa.gov>. Acesso: 25/11/05.
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
69
4.7.3 Certificação do WAAS
Em 10 de julho de 200311, a FAA certificou o sistema WAAS e assim, o sistema
tornou-se parte integrante do Sistema Aeroespacial Nacional dos Estados Unidos (Davis,
2003). Esta aprovação representa o IOC do WAAS. As aproximações LNAV/VNAV (Lateral
#avigation/Vertical #avigation) e LPV (Lateral Procedure with Vertical Guidance) utilizam
a acurácia do sinal WAAS para incluir capacidade de guiagem vertical. A acurácia vertical
LNAV/VNAV é combinada com guiagem lateral de forma bastante semelhante ao ILS.
Existem atualmente 7 aeroportos com capacidade de aproximação LPV e 300 com capacidade
de aproximação LNAV/VNAV nos Estados Unidos.
A FAA pretende alcançar FOC (Full Operational Capability) em 2007, empregando a
constelação total de satélites geoestacionários que garantirão que cada receptor veja pelo
menos dois satélites a qualquer instante nos Estados Unidos (Sigler, 2003). Desde 2004, a
cobertura WAAS é de aproximadamente 99% da área continental dos Estados Unidos durante
99,87% do tempo (Jones, 2006).
Segundo o DECEA, o custo atual para o governo federal é de US$ 500.000,00
(equipamento) mais R$ 1.000.000,00 (Instalação + Infra-estrutura) com ILS para cada
cabeceira de pista (DECEA, 2006). Por outro lado, o custo associado com equipamento LPV
SBAS seria de aproximadamente US$ 50.000,00 (Aeronews, 2006), considerando-se já
existente uma infra-estrutura composta por estações de referência, mestra e rede de
comunicações. Esta redução nos custos gera interesse por diversos países em desenvolver um
sistema compatível, disponibilizando serviços de menor custo.
4.7.4 Mercado do WAAS
Em outubro de 2004, a FAA aprovou o primeiro sistema aviônico WAAS para
11 Disponível em: <http://gps.faa.gov/Library/Data/Briefings/IWG/WAASNTAPfinal13May.doc>. Acesso: 16/03/2005.
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
70
operações de aproximação LPV, o Garmin 480 (Fig. 4.8). Antes deste período, os aviônicos
Chelton EFIS e Garmin CNX-80 receberam certificação para operações de navegação lateral
(LNAV), porém não obtiveram certificação para LPV ou LNAV/VNAV (FAA, 2004).
LNAV/VNAV tem benefícios semelhantes ao LPV, mas com mínimos menos exigentes.
Fig. 4.8 - Primeiro receptor com capacidade WAAS LPV (Fonte: <http://gps.faa.gov>).
As aeronaves VJL da Embraer terão o sistema aviônico WAAS denominado Garmin’s
G1000 Avionics como equipamento de navegação opcional em suas versões Phenom 100 e
300.
4.7.5 Escolha de Freqüência
A terceira freqüência civil L5, da mesma forma que o sinal L1, tem uma alocação para
Serviço de Radionavegação Aeronáutica/Serviço de Radionavegação por Satélite
(Aeronautical Radionavigation Service - ARNS/Radionavigation Satellite Service - RNSS),
protegido de interferências de outros sistemas para operações de segurança crítica na aviação
civil. As vantagens do sinal L5 são: acurácia de navegação (a mesma fornecida pelo PPS),
disponibilidade aumentada nas operações de precisão e mitigação de interferência.
O uso de dupla freqüência em satélites geoestacionários será um importante avanço,
com a possibilidade de disponibilizar a freqüência L5 em novos satélites Inmarsat-4. A nova
capacidade deve apoiar operações SBAS através da transmissão de sinais nas freqüências L1 e
L5 e garantir que a capacidade do segmento espacial estará disponível para atender aumento
de demanda (Soddu & Razumovsky, 2001).
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
71
4.8 EG+OS
EGNOS, European Geostationary #avigation Overlay Service, é a primeira iniciativa
da Europa no campo de navegação por satélite. EGNOS foi citado pela primeira vez em 1994
em um comunicado da Comissão Européia, seguido de uma resolução do Conselho da União
Européia para definir os termos da contribuição Européia no desenvolvimento de um GNSS.
EGNOS é uma iniciativa conjunta da Comissão Européia (EC), da Agência Espacial Européia
(ESA) e da EUROCONTROL. Esta organização criou um acordo tripartite no qual cada
representante tem uma tarefa específica (Comissão Européia, 2003):
a ESA é responsável pelo desenvolvimento técnico do EGNOS e operação para
propósitos de testes e validação técnica;
a EUROCONTROL fornece requisitos ao usuário da aviação civil e valida o sistema
resultante em função destes requisitos; e
a Comissão Européia contribui com a consolidação dos requisitos de todos os usuários
e com a validação do sistema de acordo com os requisitos.
O programa EGNOS é parte integrante da política européia de radionavegação por
satélite. A principal função do EGNOS é fornecer informação complementar aos sinais do
GPS e do GLONASS para melhorar os parâmetros RNP.
4.8.1 Configuração EG+OS
A configuração EGNOS é composta por (Fig. 4.9):
34 estações de monitoramento de integridade e distância (Ranging and Integrity
Monitoring Stations - RIMS);
4 Centros de Controle de Missão (Mission Control Center - MCC);
6 estações de enlace de subida (#avigation Land Earth Stations - NLES);
Equipamento de aplicação específica de qualificação (Application Specific
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
72
Qualification Facility - ASQF);
Equipamento de verificação de sistema e avaliação de desempenho (Performance
Assessment and System Checkout Facility - PACF); e
Rede de Comunicação de Ampla Área EGNOS (EG#OS Wide Area Communication
#etwork - EWAN).
Fig. 4.9 - Configuração EGNOS (Jenkins, 2005).
4.8.2 Benefícios do EG+OS
Os principais benefícios observados no EGNOS são:
disponibilização de sinais de navegação dos satélites GNSS para aplicações de
segurança crítica;
aumento na acurácia de posição de 20 m para 5 m, alertando o usuário da ocorrência
de erros na posição medida dentro de 6s (Alcatel, 2006);
garante interoperabilidade com outros sistemas semelhantes; e
compatibilidade com o GPS.
4.9 MSAS
Segundo Ueno et al. (2001) e Shimamura (1998), o Japão está desenvolvendo o
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
73
conceito MSAS (MTSat Satellite-based Augmentation System) sob responsabilidade do
Departamento de Aviação Civil do Japão (Japan Civil Aviation Bureau - JCAB) e do
Ministério Terrestre, Infra-estrutura e Transporte (Ministry of Land, Infrastructure and
Transport).
O lançamento do primeiro satélite geoestacionário da família MTSat (Multi-functional
Transport Satellite), o MTSat-1, falhou em 1999. Como conseqüência, o programa MSAS
sofreu atraso e sua fase operacional teve início com o lançamento do satélite MTSat-1R em 26
de fevereiro de 2005. O lançamento do satélite MTSat-2 está previsto para 2008.
4.9.1 Configuração Preliminar MSAS
A Fig. 4.10 mostra a configuração preliminar do sistema japonês MSAS, sendo:
2 MCSs (Master Control Stations): Kobe e Hitachi-ota;
4 GMSs (Ground Monitor Stations): Sapporo, Tóquio, Fukuoka e Naha; e
2 MRSs (Monitor and Ranging Stations): Havaí e Austrália.
Fig. 4.10 - Plano preliminar da configuração MSAS definido pelo JCAB12.
12 Disponível em: <http://www.mlit.go.jp/koku/04_hoan/e/serv/satellite/00.html>. Acesso: 22/02/2006.
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
74
4.9.2 Benefícios do MSAS
A introdução do MSAS resultará nos seguintes benefícios:
aumento da capacidade de processamento: separação ATC pode ser reduzida de forma
significativa, aumentando a capacidade de tráfego e de rotas mais otimizadas;
aumento de segurança em baixas altitudes: a segurança de vôo será aumentada através
de suporte à aeronave no espaço aéreo de baixa altitude onde a cobertura de radar é
limitada devido à topografia do local que podem cobrir as ondas de rádio;
aumento da qualidade de comunicação: satélites de alta qualidade de comunicação de
voz e dados substituirão sistemas de comunicações atuais HF de baixa qualidade;
seleção de rotas livres de vôo: rotas de vôos podem ser livremente escolhidas com o
objetivo de efetivar mais econômicos e eficientes;
segue em conformidade com padrões internacionais, sendo compatível com o sistema
por satélite geoestacionário existente (Inmarsat); e
pode ser amplamente utilizado por organizações ATC e companhias aéreas da região
Ásia/Pacífico.
A fase operacional inicial (IOC) do MSAS é esperada para o início de 2007, quando a
implementação do MSAS com dois satélites MTSats (incluindo o lançamento do MTSat-2)
estiver completa.
Outras configurações SBAS estão em desenvolvimento: SNAS (China), GAGAN
(Índia) e C-WAAS (Canadá). Para maiores detalhes, ver Apêndice C.
4.10 Simuladores SBAS
Os sistemas WAAS e EGNOS disponibilizam gratuitamente uma versão de teste para
simulação de seus sistemas, MAAST e SISNET, respectivamente. Estes pacotes de simulação
serão descritos a seguir.
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
75
a) MAAST (Matlab Algorithm Availability Simulation Tool)
Um conjunto de funções do Matlab está sendo desenvolvido para análise de
disponibilidade SBAS. A área de cobertura do sistema restringe-se à área continental dos
Estados Unidos (CONUS). Esta ferramenta contém algoritmos de simulação que são
constantemente atualizados por vários grupos de trabalho da Universidade de Stanford,
Califórnia, EUA. Uma interface gráfica foi desenvolvida para uso da ferramenta. Este
simulador está disponível na internet através da página da Universidade de Stanford
(<http://waas.stanford.edu>), com fonte aberta para que o usuário possa fazer modificações de
acordo com sua necessidade.
Existem quatro grandes componentes nesta ferramenta: cálculo de confiabilidade,
configurações de simulação, dados de saída e gráfico de interface com o usuário. Para maiores
detalhes a cerca desta ferramenta de simulação, diversos trabalhos podem ser consultados,
destacando-se (Jan, 2003; Jan, 2001; e Stanford University, 2001), além da página da
Universidade de Stanford (<www.stanford.edu>). A Fig. 4.11 ilustra a interface gráfica com o
usuário do MAAST.
Fig. 4.11 - Interface gráfica do MAAST.
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
76
b) SIS+ET (Signal In Space through the inter+ET)
A ESA lançou um software para fornecer acesso às mensagens da plataforma de testes
EGNOS através da internet denominado SISNET. Este software pode ser útil para estudantes,
cientistas pesquisadores e engenheiros envolvidos no desenvolvimento dos diferentes sistemas
SBAS. A grande vantagem deste sistema é que o usuário pode receber a mensagem EGNOS
sem fazer qualquer investimento em receptores EGNOS, basta conectar-se à internet.
Esta ferramenta fornece monitoramento do sinal EGNOS, bem como o cálculo de
outros parâmetros derivados deste sinal e está disponível na internet através da página da
agência espacial (<www.esa.int>). A Fig. 4.12 ilustra a interface gráfica do software com
dados correspondentes ao período solicitado ao Servidor de Mensagens EGNOS (EGNOS
Message Server - EMS) e retorna uma análise das informações enviadas nas mensagens
SBAS. A área de cobertura do sistema restringe-se à região da Comunidade Européia.
Fig. 4.12 - Contexto de utilização do software SISNET: (a) Mensagens disponíveis; (b) Status de
monitoramento do satélite em vista; (c) Correções para cada satélite monitorado; e (d) Região de cobertura do EGNOS.
Desde dezembro de 2004, o servidor EMS armazena mensagens SBAS transmitidas
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
77
pelos satélites GEO PRNs 120, 124 e 126, correspondentes aos três satélites geoestacionários
do sistema EGNOS: AOR-E 3F2, ARTEMIS e IOR-W 3F5. O servidor EMS pode ser
acessado por (<ftp://ems.estec.esa.int>). Detalhes sobre o formato do arquivo EMS podem ser
encontrados no ICD EMS (Documento de Interface do Usuário EMS) da ESA e sobre a
utilização desta ferramenta e recursos disponíveis podem ser obtidos nas referências: Torán-
Martí et al., 2001; Torán-Martí e Traveset, 2002 e pela página da ESA.
No caso do Brasil, por apresentar um comportamento ionosférico bem diferente
comparado com dos Estados Unidos e da Europa, estas ferramentas não detectam a existência
das irregularidades presentes na ionosfera como a Anomalia Equatorial Ionosférica e efeitos
de cintilação. Estes fenômenos comprometem o desempenho das ferramentas MAAST e
SISNET e, conseqüentemente, não fornecem informações de confiabilidade para o cenário
brasileiro. Portanto, para a utilização destas ferramentas no Brasil, devem ser feitas
modificações que levem em consideração as irregularidades ionosféricas.
4.11 Conceito GRAS
O conceito GRAS, como os outros sistemas, visa melhorar a acurácia e a integridade
do sistema de navegação GPS para aumentar segurança e habilitar pequenos aeroportos sem
auxílio de navegação convencional para operar em condições de visibilidade reduzida. A
proposta é aumentar não somente a segurança na aviação como também melhorar o setor
econômico de comunidades pequenas e remotas, provendo negócios locais com um sistema de
transporte confiável e de baixo custo.
4.11.1 Definição da Configuração do Conceito GRAS
Em 1995, a Airservices Australia13, empresa de capital público-privado que fornece
13 Disponível em: <http://www.airservices.gov.au>. Acesso: 27/02/2006.
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
78
serviços de gerenciamento de tráfego aéreo para a indústria da aviação, decidiu investigar a
tecnologia via satélite para navegação dentro do espaço aéreo australiano.
Dois requisitos de orientação para substituição dos sistemas existentes foram
definidos: ser compatível com o desenvolvimento mundial, tanto em termos de equipamentos
terrestres quanto em termos de sistema aviônicos de acordo com os padrões da ICAO e
fornecer um serviço equivalente, ou melhor, aos auxílios de navegação de base terrestre atuais
com custos equivalentes ou menores.
Considerando-se estes requisitos e o interesse em aplicar a tecnologia para o território
australiano, uma análise de custo/benefício (C/B) foi realizada com base na tecnologia GNSS
disponível. A análise C/B indicou que a melhor solução de implementação seria um sistema
GBAS para operação de aproximação CAT I e SBAS para operações em rota e aproximações
de não precisão.
Assim, o conceito GRAS é semelhante ao SBAS no que tange à distribuição de uma
rede de estações de referência para monitoramento GPS e equipamento de processamento
central para cálculo de informação de integridade e correções diferenciais GPS. Entretanto, a
Austrália não dispõe de satélites geoestacionários. Existem somente os satélites Inmarsat
(POR e IOR) e os satélites MTSat do Japão, nenhum deles porém, disponível para a Austrália
por razões técnica ou política.
Como solução ao problema, em vez de transmitir esta informação aos usuários por
satélites geoestacionários dedicados, GRAS envia mensagens análogas às do SBAS por meio
de uma rede de estações terrestres. Estas mensagens são transmitidas, no formato GBAS, na
faixa de 108-117,975 MHz através do enlace TDMA D8PSK VHF data broadcast (VDB),
fazendo uso da rede de comunicação VHF para comunicações ATC e infra-estrutura já
existente na Austrália.
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
79
4.11.2 Ensaio GRAS
O primeiro ensaio do sistema de acréscimo na Austrália foi realizado em 1997 para
investigar aspectos técnicos do conceito SBAS. O teste era composto de 5 estações de
referência (GRAS Reference Station - GRS) localizadas em Brisbane, Darwin, Ceduna, Alice
Springs e Hobart, além de uma Estação Mestra (GRAS Master Station - GMS) localizada em
Canberra (Fig. 4.13) que disponibilizava as mensagens de dados SBAS para um transmissor
local VHF (McPherson & Elrod, 2000).
Fig. 4.13 - Plataforma de ensaios GRAS (Beamish, 2005).
A Fig. 4.14 ilustra a descrição do ensaio realizado.
Fig. 4.14 - Planejamento da configuração GRAS.
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
80
Uma aeronave teste foi equipada com um protótipo de uma Plataforma de Usuário
(User Platform - UP) SBAS e um receptor GPS foi instalado na aeronave para determinação
da posição verdadeira durante o teste em vôo. Duas Estações VHF GRAS (GRAS VHF Station
- GVS), uma em Canberra e outra em Melbourne, foram adicionadas e a Plataforma UP foi
atualizada para capacidade GRAS.
4.11.3 Planejamento e Construção do Conceito GRAS
Desde 2005, a empresa norte-americana Honeywell é responsável pelo
desenvolvimento do sistema GRAS para Navegação Aérea por GPS a ser implantado na
Austrália (Reavis, 2005). A expectativa é que até 2008 o sistema já esteja em funcionamento,
aumentando o potencial dos sistemas GNSS e dos sistemas de acréscimo para assim atender
as futuras necessidades da aviação civil.
4.12 Análise de Desempenho dos Sistemas de Acréscimo
A Tabela 4.3 mostra uma comparação entre os sistemas de acréscimo GNSS de acordo
com parâmetros predeterminados para avaliação de desempenho.
Tabela 4.3 - Comparação entre os sistemas de acréscimo.
Observa-se que cada sistema possui suas particularidades, fornecendo melhor
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
81
desempenho para atender determinada necessidade ou operação de vôo. Na avaliação de
fabricantes e associações de linhas aéreas, o sistema SBAS mostrou-se pouco eficiente, fato
bastante relevante para considerar a aplicação do SBAS no mundo. Além disso, o sistema
requer cuidado em operações APV e PA em determinadas condições de vôo. Por outro lado, o
sistema GRAS apresentou maior aceitação, porém ainda não cumpre aos requisitos de
navegação com relação aos padrões internacionais que estão em fase de conclusão.
A partir da análise dos sistemas de acréscimo existentes, estão destacados na Tabela
4.4 suas principais vantagens (V) e desvantagens (D). Normas e padronizações para uso
destes sistemas serão essenciais para garantir integração dos sistemas de navegação aérea de
acordo com as necessidades de cada país ou região.
Tabela 4.4 - Desempenho dos sistemas de acréscimo: Vantagens (V) e Desvantagens (D).
Sistemas de
Acréscimo
Desempenho
V
Fornece acurácia e integridade regional utilizando infra-estrutura VHF existente;
Aproximação em curva com a pista de pouso;
Uma única freqüência do sinal em todo país (reduz necessidade de espectro);
Permite um país controlar seu próprio espaço aéreo; e
Mais barato que SBAS e independe de satélite geoestacionário. GRAS
D
Não é capaz de cumprir todos os requisitos de navegação (CAT II e III e operações de
solo); e
Não há estudos que comprovem seu desempenho comparado com GBAS e SBAS.
V
Disponibilidade em ampla área;
Melhor desempenho em operações em rota;
Apoio à aproximação em aeroportos desprovidos de ILS CAT I ou cobertura GBAS;
Aumento da acurácia na mensagem WAAS de 100 m para aproximadamente 7 m;
Aproximação SBAS NPA não requer infra-estrutura específica no aeroporto; e
Menor custo comparado com ILS CAT I;
SBAS
D Depende de satélites geoestacionários; e
Boeing e Airbus não pretendem utilizar o sistema WAAS.
Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS
82
V
Fornece capacidade de pouso de precisão CAT I (futuramente CAT II e III);
Menor custo comparado com ILS CAT I;
GBAS permitirá maior número de aproximações para uma mesma pista com otimização no
intervalo de tempo entre pousos;
Previsão de chegada, aproximação e decolagem podem ser fornecidas para diferentes tipos
de aeronaves independentemente;
Sinais VDB GBAS serão menos sensíveis do que ILS para reflexões e multicaminho
causados por construções e obstáculos;
Aproximação em curva com a pista de pouso;
Algumas aeronaves já são equipadas com receptores MMR (Multi Mode Receivers) com
capacidade de atualização; e
Boeing e Airbus já certificaram suas aeronaves para serviços GBAS.
GBAS
D Cobertura restrita à região do aeroporto, podendo no máximo cobrir outros aeroportos com
distância entre 35 e 55 km.
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias 83
Capítulo 5
Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
5.1 Introdução
Este capítulo descreve os conceitos operacionais (RNAV, RNP e RVSM) em
implantação e em desenvolvimento para melhor aproveitamento do espaço aéreo, garantia de
precisão de navegação e eliminação de conflito de rotas. Em seguida, faz uma apresentação de
futuras tecnologias (SVS, UAV e VLJ) que farão parte do sistema de transporte aéreo.
5.2 Conceitos Operacionais
Um dos principais objetivos a ser alcançado na atualização do sistema CNS/ATM é
aumentar a capacidade operacional utilizando-se espaço aéreo ocioso, levando-se em
consideração uma separação segura entre aeronaves.
O Comitê Especial FANS da ICAO identificou que o método mais comumente usado
durante anos para indicar capacidade requerida de navegação era especificar o uso de um
determinado equipamento. Porém, esta norma restringia a aplicação otimizada de modernos
equipamentos embarcados e com o surgimento da tecnologia GNSS, este método poderia
impor um complexo processo de seleção de equipamentos pelo comitê da ICAO. Para superar
este obstáculo, foram criados três conceitos operacionais: RNAV (aRrea #AVigation), RNP
(Required #avigation Performance) e RVSM (Reduced Vertical Separation Minimum).
Atualmente, está em desenvolvimento um conceito denominado Performance Based
#avigation (PBN). A partir deste conceito e das necessidades operacionais predeterminadas,
define-se um desempenho requerido às aeronaves que desejam operar em um determinado
espaço aéreo. Desta forma, qualquer aeronave que atenda ao desempenho requerido poderá
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
84
operar naquele espaço aéreo, independentemente do equipamento que possua.
A Fig. 5.1 ilustra uma situação na qual se tem a impressão de que as duas aeronaves
estão em contato, porém existe uma separação entre elas de 750 pés, aproximadamente 230 m.
A aeronave da Lufthansa apresentou falha em um dos motores e precisou retornar ao
aeroporto, no mesmo instante em que uma aeronave da United Airlines se aproximava para o
pouso.
Fig. 5.1 - Aeronaves em aproximação e pouso em pistas paralelas no Aeroporto Internacional de São Francisco,
Califórnia, EUA (Fonte: <http://jetphotos.net>).
Com o aumento da demanda por serviços aéreos, maior será a necessidade de se
implementar novos conceitos e procedimentos de navegação que apóiem, por exemplo,
operações de aproximação em pistas paralelas.
5.3 Conceito R+AV
Em um espaço aéreo, as rotas que formam aerovias conduzem a distâncias de vôo que
excedem as distâncias mínimas entre origem e destino. Tradicionalmente, as aeronaves voam
de um radioauxílio fixo no solo para outro. Estes radioauxílios devem ser fixados em locais
específicos para que favoreçam a linha de visada das ondas eletromagnéticas e ampliem suas
áreas de cobertura útil.
Nas áreas terminais, as Rotas Terminais Padrão de Chegada (STAR) e Saídas Padrão
por Instrumentos (SID) são projetadas para passarem sobre os radioauxílios. Entretanto, a
aproximadamente 10 NM ao redor dos aeroportos, tais auxílios freqüentemente não estão
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
85
disponíveis, o que leva os pilotos a realizarem vôos visuais, resultando em ineficiência e em
tempo extra de vôo (Siqueira, 2005).
Com isso, o conceito da Navegação de Área (RNAV) foi introduzido. Segundo a
definição da ICAO (2000), RNAV é um método de navegação que permite a uma aeronave
operar em qualquer trajetória desejada, dentro da cobertura de auxílios de referência ou dentro
dos limites da capacidade dos sistemas autônomos de navegação.
Com o desenvolvimento de sistemas aviônicos, uma aeronave tornou-se capaz de voar
"fora do trajeto" e caminhar diretamente entre dois pontos, sem voar sobre os auxílios de
navegação e proporcionando maior flexibilidade na escolha de rotas mais convenientes.
RNAV não é um sistema de bordo com sensores próprios que integra navegação e
gerenciamento de vôo, como o FMS (Flight Management System). Navegação RNAV é
qualquer combinação de equipamentos usada para promover a navegação de área. Estas
combinações podem incluir DME/DME (modo mais utilizado), VOR/DME, INS/IRS e dados
dos instrumentos de aeronaves. Porém, o GNSS tem proporcionado uma navegação RNAV
mais precisa, com integridade e cobertura global. Além disso, os sistemas aviônicos GNSS
são relativamente baratos. Estas características propiciam a consolidação da RNAV baseada
em GNSS como meio principal de navegação (CANSO, 1999).
No Brasil, o plano de implantação RNAV terá como objetivo obter uma rede de rotas
brasileiras até o ano 2010 (ICAO, 2003a).
5.4 Conceito R+P
Os requisitos de desempenho de navegação para o GNSS são especificados pela ICAO
para todas as fases de vôo em um documento denominado Normas e Métodos Recomendados
(SARPs) para aviação civil. Estes requisitos são formados por quatro parâmetros: acurácia,
integridade, continuidade e disponibilidade (ICAO, 2005).
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
86
Acurácia: acurácia de posição GNSS é a diferença entre a posição estimada e a
posição verdadeira de uma aeronave. Sistemas de base terrestre como VOR e ILS apresentam
repetibilidade nas características de erros. Assim, o desempenho destes sistemas pode ser
medido para um curto período de tempo como, por exemplo, durante uma inspeção de vôo e
assume-se que a acurácia do sistema não muda após a medição. Entretanto, erros GNSS
podem mudar em períodos de horas devido a mudanças na geometria satélites/receptor e
efeitos ionosféricos.
Integridade e tempo-de-alerta: integridade inclui a capacidade de um sistema
fornecer, oportunamente, advertências ao usuário quando o sistema não deve ser usado para
uma operação de vôo. Os níveis de integridade para cada operação são estabelecidos com
relação aos respectivos limites de alerta horizontal e vertical. Quando as estimativas de
integridade excedem esses limites, o piloto é alertado dentro do tempo previsto.
Continuidade: probabilidade de um sistema operar sem interrupção durante todo o
curso da operação planejada.
Disponibilidade: porcentagem de tempo que os serviços de um sistema de navegação
podem ser usados em uma área de cobertura específica. A disponibilidade GNSS é
prejudicada pelo movimento dos satélites para alcançar cobertura global e pelo tempo gasto
para restaurar um satélite em uma eventual falha.
A Tabela 5.1 apresenta os parâmetros de navegação RNP de acordo com a operação de
vôo. LNAV (Lateral #avigation) é um tipo de operação de aproximação com guiagem lateral
apenas, conhecida também como aproximação de não precisão (NPA). LNAV/VNAV
(Lateral #avigation /Vertical #avigation) é uma aproximação com guiagem lateral e vertical.
Esta operação é guiada pela rampa de descida gerada pelo glideslope.
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
87
Tabela 5.1- Requisitos de desempenho de navegação – FAA/ICAO (fonte: ICAO - Anexo 10, 1996;
RTCA/DO-245A, 2004).
Operação Típica
Acurácia Horizontal
(95%)
Acurácia Vertical (95%)
Integridade Continuidade
Limite de Alerta
Horizontal (HAL)
Limite de
Alerta Vertical (VAL)
Disponi-bilidade
Tempo para
Alerta
Rota 3.700 m NA 1⋅10-7 /h 1⋅10-4 /h a 1⋅10-8 /h
7.408 m NA 0,99 a 0,99999
60 s
Terminal 740 m NA 1⋅10-7 /h 1⋅10-4 /h a 1⋅10-8 /h
3.704 m NA 0,99 a 0,99999
15 s
LNAV (NPA)
220 m NA 1⋅10-7 /h 1⋅10-4 /h a 1⋅10-8 /h
1.852 m NA 0,99 a 0,99999
10 s
LNAV/ VNAV
220 m 20 m 1-2⋅10-7 /aproxim.
1-8⋅10-6 /15 s 556 m 50 m 0,99 a 0,999
10 s
LPV (APV I)
16 m 20 m 1-2⋅10-7 /aproxim.
1-8⋅10-6 /15 s 40 m 50 m 0,99 a 0,999
10 s
APV II 16 m 8 m 1-2⋅10-7 /aproxim.
1-8⋅10-6 /15 s 40 m 20 m 0,99 a 0,999
6 s
CAT I (GLS)
16 m 6 m a 4 m
1-2⋅10-7 /aproxim.
1-8⋅10-6 /15 s 40 m 12 m a 10 m
0,99 a 0,99999
6 s
CAT II e CAT IIIa
6,9 m 2,0 m 1⋅10-9/15 s 1-4⋅10-6 /15 s 17,3 m 5,3 m 0,99 a 0,99999
1 s
CAT IIIb 6,2 m 2,0 m
1⋅10-9/30 s (lateral) 1⋅10-9/15 s (vertical)
1-2⋅10-6/30 s (lateral) 1-2⋅10-6/15 s (vertical)
15,5 m 5,3 m 0,99 a 0,99999
1 s
LPV (Lateral Procedure with Vertical Guidance) ou APV (Approach Procedure with
Vertical Guidance) é uma nova categoria de pouso com precisão lateral e guiagem vertical.
Permite descida estabilizada através de guiagem vertical sem a acurácia exigida em
procedimentos de aproximação de precisão tradicionais. GLS (Global #avigation Satellite
System Landing System) é semelhante à CAT I com aproximação de precisão.
A fase de aproximação de precisão é caracterizada pelos parâmetros DH (Decision
Height – Altura de Decisão) e VAL (Vertical Alert Limit – Limite de Alerta Vertical). A
geometria satélites/receptor é menos favorável na direção vertical e os obstáculos oferecem
maiores riscos nesta direção. Assim, o parâmetro VAL é o principal requisito para análise.
Para uma dada operação, o parâmetro VAL deve garantir que os requisitos correspondentes
HAL ou VAL (Horizontal/Vertical Alert Limit – Limite de Alerta Horizontal/Vertical) estão
de acordo com as operações realizadas. Os valores destes parâmetros passam a ser mais
restritivos à medida que uma aeronave se aproxima do solo (Fig. 5.2).
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
88
Fig. 5.2 - Ilustração de fases / categorias de vôo, com evolução de limites de alerta para aproximações de
precisão de aeronaves com guiagem vertical (APV) (figura adaptada: Jan, 2003. Pullen; Walter; Enge, 2002).
5.4.1 Tipos de R+P
O conceito RNP especifica desvios laterais com acurácia de desempenho de navegação
necessária para operar dentro de um espaço aéreo definido em um nível apropriado de vôo.
Por exemplo, RNP 5 especifica o afastamento látero-longitudinal máximo em relação à
posição esperada de 5 NM em relação à rota definida. Os tipos de RNP são definidos de
acordo com os níveis de vôo, desde a decolagem ao pouso, como mostra a Fig. 5.3.
Fig. 5.3 - Tipos de requisitos RNP de acordo com os níveis de vôo.
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
89
Na parte superior da figura, os RNPs são mostrados em função das diferentes fases de
vôo. Na parte inferior são ilustradas as áreas correspondentes a cada um dos tipos de RNP. À
medida que uma aeronave se aproxima para o pouso, os valores RNP passam a ser mais
exigentes, com menor tolerância a falhas.
5.4.2 Estratégia de Implementação R+P no Brasil
Em 2001, a RNP 10 foi implementada em uma porção do espaço aéreo oceânico
brasileiro conhecido como corredor Europa – América do Sul ou EUR/SAM (DEPV, 2000).
O tipo RNP 5 será o requisito de desempenho do espaço aéreo continental brasileiro.
Até 2007, as Regiões de Informação de Vôo (Flight Information Region - FIRs) Brasília e
Curitiba deverão operar segundo este requisito (ICAO, 2004a).
5.5 Conceito RVSM
Na década de 70, devido ao aumento do custo de combustível e a crescente demanda
para uso mais eficiente do espaço aéreo disponível, a ICAO iniciou um programa para avaliar
a possibilidade de reduzir a Separação Vertical Mínima (VSM) de 2000 ft (610 m) para 1000
ft (305 m) acima de FL 290, da mesma forma como já se aplicava aos níveis abaixo de FL
290 (ICAO, 2004b; e DECEA, 2003).
Somente em 1990 a ICAO concluiu que a implementação desta redução era segura e
viável e a Separação Vertical Mínima Reduzida (Reduced Vertical Separation Minimum -
RVSM) foi aplicada entre FL 290 e FL 410.
Observa-se na Fig. 5.4 a evolução do aproveitamento do espaço aéreo. Antes um
volume do espaço aéreo era ocupado por somente uma aeronave e com RVSM e RNP 15, por
exemplo, oito aeronaves podem compartilhar o mesmo espaço aéreo (dependendo do
parâmetro RNP, um espaço aéreo pode ser ocupado por um número maior ou menor de
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
90
aeronaves). Atualmente, existem 13 níveis14 compreendidos entre 29.000 e 41.000 pés (8.800
e 12.500 m), como ilustra a Fig. 5.5.
Fig. 5.4 - Evolução do Sistema RVSM a partir da
atualização do Sistema CNS/ATM. Adaptada de Geoffrey S. Parker, AIAA 2002.
Fig. 5.5 - Implementação de novos níveis de vôo entre FL 290 e FL 410 com melhorias no sistema
RVSM.
A implantação da RVSM no Brasil ocorreu em janeiro de 200515 e a maioria dos países
já possui esse sistema atualizado (Fig. 5.6).
Fig. 5.6 - Implementação da RVSM no mundo (Fonte: <http://www.dac.gov.br/rvsm/rvsm.asp>).
Os principais benefícios da RVSM são:
14 Disponível em: <http://www.faa.gov/ats/ato/drvsm/default.asp>. Acesso: 21/06/2005. 15 Disponível em: <http://www.dac.gov.br/rvsm/rvsm.asp>. Acesso: 21/06/2005.
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
91
economia de combustível;
disponibilidade de novos níveis de vôo;
flexibilidade ATC para uma aeronave desviar de condições climáticas adversas;
diminuição de pontos de conflitos (colisões) entre aeronaves; e
auxiliar no aumento da capacidade do espaço aéreo em rota.
5.6 Futuras Tecnologias
O setor da navegação aérea utiliza tecnologias avançadas para cumprir requisitos de
desempenho bastante exigentes. A demanda crescente pelo serviço de transporte aéreo tem
motivado o desenvolvimento de novas tecnologias como SVS, UAV, VLJ que podem atender
às necessidades do mercado no futuro. Estas tecnologias influenciarão diretamente a criação
de normas e procedimentos e também na obtenção de melhor desempenho das tecnologias
GNSS a serem utilizadas por estas tecnologias aeronáuticas no futuro.
5.7 SVS
Sistema de Visão Sintética (Synthetic Vision System - SVS) é uma tecnologia de
navegação que gera imagens 3D foto-realísticas do ambiente externo sobre o qual a aeronave
sobrevoa ou taxia (Chujo & Walter, 2005a). O sistema gera estas imagens utilizando
informações coletadas pelos sensores da aeronave (posicionamento INS/GNSS, sinais de
radar, infravermelho) e de um banco de dados de mapeamento 3D da superfície terrestre.
A partir da posição da aeronave, tem-se a imagem 3D da superfície terrestre
correspondente, permitindo assim a geração de imagens em tempo real e fidedignas do
ambiente externo. Este sistema garantirá também a segurança durante a fase de taxiamento. A
Fig. 5.7 ilustra uma situação de visualização do ambiente externo à aeronave.
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
92
Fig. 5.7 - Geração de imagens por SVS (Fonte: Stanford University).
O sistema contém mapas digitais dos maiores aeroportos, com acurácia de
aproximadamente 30 cm. Entretanto, a operação SVS exige que as aeronaves nas
proximidades possuam o sistema transmissor ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-
Broadcast) para serem localizados pelo sistema. A uma taxa de duas vezes por segundo, o
sistema atualiza as medidas GNSS com acurácia que pode chegar a 3 m (Scott, 2005).
Os principais benefícios com relação à segurança para a aviação comercial são
prevenção de colisões entre aeronaves, redução de CFIT (Controlled Flight Into Terrain),
redução de invasão na pista de pouso, aumento da consciência situacional e melhora na
resposta em situações anormais (invasão de espaço aéreo de uma outra aeronave), como
ilustra a Fig. 5.8. A utilização de sinais SBAS, GBAS e GRAS integrada ao sistema aviônico
SVS poderá fornecer medidas de maior acurácia, aumentando o desempenho do sistema de
tráfego aéreo.
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
93
Fig. 5.8 - Ambiente SVS (Fonte: Boucek, 2001).
5.8 UAV
Veículo Aéreo Não Tripulado (Unmanned Aerial Vehicle - UAV), denominado VANT
no Brasil, é definido pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos como veículo aéreo
que não carrega operador humano, utiliza força aerodinâmica para levantar vôo, pode voar
independentemente ou pode ser pilotado remotamente, pode ser substituído ou recuperado e
pode transportar carga útil, letal ou não16.
Apesar de só recentemente haver um número significativo, veículos UAVs tem quase
um século de história na aviação. UAVs foram testados durante a 1ª Guerra Mundial pelos
Estados Unidos, mas não foi utilizado em combate. Os alemães usaram um veículo chamado
V-1 “bomba voadora” durante a 2ª Guerra Mundial. Entretanto, somente na Guerra do Vietnã
que veículos UAVs como AQM-34 Firebee foram usados com a função de vigilância (Morris,
2003). O poderio militar do UAV foi testado em conflitos recentes como no Iraque (2003),
Afeganistão (2001) e Kosovo (1999). Aeronave UAV tem como principal vantagem o preço
reduzido e, por ser não tripulada, não coloca em risco a vida de um piloto.
O mercado mundial para UAV em 2000 representou US$2,4 bilhões. Até 2007,
estima-se que o investimento nesta tecnologia subirá para US$5,6 bilhões e excederá US$10
16 Joint Publication 1-02, “DoD Dictionary of Military and Associated Terms.”
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
94
bilhões até 2012 (Visiongain, 2006). Diversos países no mundo estão investindo recursos no
desenvolvimento e no domínio desta tecnologia. Além dos Estados Unidos e Israel, países da
Ásia (Japão), Europa (França, Alemanha, Itália), Austrália, entre outros, desenvolvem
pesquisas para diferentes aplicações.
5.8.1 UAV no Mundo
Estados Unidos: UAVs têm sido aplicados como recursos de inteligência, vigilância e
reconhecimento de ambientes nos Estados Unidos. Contudo, o DoD tem empregado esta
tecnologia em novas missões como direcionamento de aeronaves de combate para seus alvos,
monitoramento de tropas inimigas e condução de batalhas de alto risco. A Fig. 5.9 mostra a
evolução da tecnologia UAV nos Estados Unidos.
Fig. 5.9 - Evolução da tecnologia UAV nos Estados Unidos (Fonte:Hamilton, 2001).
Um novo programa UAV está sendo introduzido nesta década, o UCAV da Força
Aérea dos Estados Unidos, cujo lançamento está previsto para o período de 2008-2010.
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
95
Em 28 de setembro de 2005, a FAA obteve o primeiro certificado de
aeronavegabilidade para uma aeronave UAV comercial, o General Atomics Altair (Fig. 5.10).
Construída em parceira com a NASA (#ational Aeronautics and Space Administration), esta
aeronave UAV foi projetada para desempenhar missões de pesquisa científica e comercial. O
Altair pode voar acima de 52.000 pés e tem autonomia de vôo de mais de 30 horas (JPDO,
2005).
Fig. 5.10 - Altair em vôo: primeira aeronave UAV comercial com certificado de aeronavegabilidade.
Austrália: Encontra-se em desenvolvimento um programa denominado Tandem Wing
UAV pela Newmont Geophysics (Austrália). Um dos propósitos do projeto17 está na
determinação de atitude de aeronave através de uma combinação entre os sistemas GNSS e
INS (Moore et al., 2003).
Europa: Dentro de 10 anos, a Europa pode se transformar em uma das maiores
influências na tecnologia UAV, com um investimento inicial de aproximadamente €15
milhões em diversos projetos. As primeiras iniciativas têm como objetivo facilitar operações
de vôo para veículos UAV civis, beneficiando a sociedade através de monitoramento de
poluição e vazamento de óleo, vigilância no tráfico de armas e drogas, monitoramento de
incêndios, patrulhamento de segurança e fronteiras, missões científicas, aplicações na
agricultura e pesca, oceanografia e outras (European Roadmap, 2005).
Japão: a aeronave certificada opera em um sistema para irrigação de plantações.
17 Detalhes de projeto e construção podem ser encontrados em: <http://www.aerosciences.com.au/projects.htm>.
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
96
5.8.2 UAV no Brasil
O Brasil iniciou pesquisas na área da tecnologia UAV com o Projeto Acauã na década
de 1980. O principal objetivo do projeto era fortalecer a capacitação em VANT com possível
aplicação para reconhecimento tático (d’Oliveira, 2005). A Fig. 5.11 ilustra o protótipo do
Projeto Acauã.
Características Técnicas
Envergadura 5,1 m Comprimento 4,8 m Peso máx. 120 kgf Vel. cruzeiro 100 km/h
Fig. 5.11 - Protótipo e especificações técnicas do Projeto Acauã.
O primeiro vôo foi realizado no CTA, em dezembro de 1985. Os ensaios em vôo
estenderam-se no período de 1986 a 1988. Infelizmente, o projeto foi paralisado pouco tempo
depois por restrições de recursos orçamentários.
Em junho de 2005, foi realizado o 1° Seminário Internacional de VANT (Veículo
Aéreo Não Tripulado). Esta iniciativa favoreceu a formação da primeira parceria para
concretizar uma linha de pesquisa que envolveu os seguintes participantes: FINEP
(Financiadora de Estudos e Projetos), FCMF (Fundação Casimiro Montenegro Filho), CTA
(Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial), CTEX (Centro Tecnológico do Exército),
IPqM (Instituto de Pesquisas da Marinha) e a empresa Avibrás.
O principal objetivo é obter domínio de tecnologias sensíveis utilizadas em VANT
através do desenvolvimento do Sistema de Navegação e Controle (SNC), permitindo sua
utilização, com pequenos ajustes, em diferentes tipos de plataformas. Além disso, pode ter
emprego em missões de reconhecimento tanto militares quanto civis. O Projeto VANT teve
início em janeiro de 2005, com previsão de término para dezembro de 2007.
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
97
5.8.3 Aplicações UAV
Em diversas partes do mundo, avaliações estratégicas de aplicação civil de aeronaves
UAV apontam que no período de 2010 a 2015, a tecnologia UAV estará presente na aviação
civil. O maior desafio para esta conquista é garantir os requisitos de vôos UAVs civis com
aumento de segurança, confiabilidade, redução de custo e certificação.
Existem outras aplicações da tecnologia UAV para uso civil, como eventos
catastróficos, pesquisa ambiental remota, vigilância oceânica e medida de condições
meteorológicas. A Fig. 5.12 ilustra algumas situações de uso da tecnologia UAV civil.
Fig. 5.12 - Aplicações UAV em ambiente civil (European Roadmap, 2005).
A Fig. 5.13 mostra um cenário de aplicação em comunicação para uso civil.
Fig. 5.13 - Cenário de aplicação: comunicações UAV de uso civil (European Roadmap, 2005).
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
98
Posicionamento de acurácia com UAV poderá ser obtido através da integração de
navegação 4-D e de tecnologias de acréscimos (ABAS, GBAS, SBAS e GRAS).
5.9 VLJ
A tecnologia VLJ (Very Light Jet) tem origem no conceito SATS (Small Aircraft
Transportation System) desenvolvido pela NASA, em conjunto com a FAA, com o objetivo
de desenvolver tecnologias que viabilizem a criação de um sistema de transporte aéreo mais
ágil, com redução de atrasos através da utilização de aeroportos pouco usados, emprego de
tecnologias para redução de custo de operação e, principalmente, aquisição de aeronaves.
O desenvolvimento de aeronaves VLJ integrado aos sistemas de acréscimo como
SBAS e GBAS gera a oportunidade de utilização de pequenos aeroportos desprovidos de torre
ou radar (Duffy, 2005; Mohleji & Ostwald, 2003; e Holmes, 1999). Além disso, a facilidade
de utilizar pistas curtas proporcionará viagens ponto a ponto em menor tempo.
5.9.1 Mercado do VLJ
A Tabela 5.2 destaca diversas estimativas para o mercado de VLJ, algumas mais
conservadoras, outras mais otimistas, de acordo com a expectativa de cada área deste mercado
para os próximos anos.
Tabela 5.2 - Estimativas para o mercado de VLJ para os próximos anos.
Fonte +úmero de VLJ Prazo Referências
Embraer 3.000 2016 (Grady, 2005)
Forecast International Inc. 3.476 2014 (Jaworowski, 2005)
FAA 4.500 2016 (Levin, 2005)
NASA 8.000 2010 (Levin, 2005)
Rolls Royce 8.000 2023 (Warchol, 2005)
Cessna 14.000 15 a 20 anos (Trautvetter, 2005)
Adam Aircraft 20.000 15 a 20 anos (Trautvetter, 2005)
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
99
Redes de táxi aéreo com VLJ já é uma realidade. Aeronaves confortáveis,
compartilhada com 6 a 9 pessoas, a grande vantagem está no tempo de vôo sem escalas e
dentro do programado, sem os atrasos que geralmente ocorrem em vôos programados.
Atualmente, pequenos aeroportos já são utilizados por jatos executivos para serviços
de charter (fretamento) e vôos particulares. A companhia aérea Northeast lançou um serviço
por demanda com uma frota de 75 VLJs, com a expectativa de atender uma fatia promissora
de mercado (Warchol, 2005).
5.9.2 VLJ no Brasil
No Brasil, o desenvolvimento da tecnologia VLJ teve início em 2005 pela empresa
Embraer. O princípio de se desenvolver esta tecnologia foi estruturada em três quesitos:
conforto, alto desempenho e baixo custo operacional. Estes parâmetros são elementos
primordiais no projeto VLJ para desenvolvimento e construção simultânea de dois modelos da
empresa: Phenom 100 (versão VLJ – Very Light Jet) e Phenom 300 (versão LJ – Light Jet).
Com um cockpit amigável, um único piloto poderá fazer todas as operações de vôo,
com processo de transição relativamente fácil para pilotos menos experientes. A Fig. 5.14
ilustra as características de desempenho de cada aeronave VLJ. A Embraer estima que o
Phenom 100 estará disponível no mercado a partir do segundo semestre de 2008, com valor
aproximado de US$ 2,75 milhões, enquanto o Phenom 300 estará no mercado a partir do
segundo semestre de 2009 com preço estimado em US$ 6,65 milhões.
Aeronave Phenom 100 Phenom 300
N° de assentos 8 9
Alcance 1.160 NM 1.800 NM
Teto 41.000 pés 45.000 pés
Disponível 2008 2009
Preço (US$) 2,75 milhões 6,65 milhões Fig. 5.14 - Características técnicas das aeronaves VLJ (<www.embraer.com.br>).
Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias
100
5.10 Análise SWOT do Cenário de Transporte Aéreo
Uma análise dos principais critérios de desempenho das futuras tecnologias associadas
aos conceitos operacionais é apresentada na Tabela 5.3.
Tabela 5.3 - Análise SWOT: Futuras tecnologias associadas aos conceitos operacionais.
Vantagens (S) Desvantagens (W)
SVS: prevenção de colisões entre aeronave, redução de
CFIT, redução de invasão na pista, aumento da consciência
situacional do piloto e redução de atrasos com a
probabilidade de operar em condições de baixa visibilidade,
reduzindo também os custos para as companhias aéreas.
VLJ: melhor aproveitamento de aeroportos menos
movimentados e com pistas curtas, maior comodidade ao
passageiro (serviço de táxi aéreo) e menor tempo de vôo.
UAV: baixo custo e não coloca em risco a vida de um
piloto.
RNAV: rotas flexíveis.
RNAV/RNP/RVSM: economia de combustível e aumento
da capacidade do espaço aéreo.
Em um primeiro momento, o SVS
apresenta custo elevado por depender de
aquisição de novos sistemas aviônicos.
Serviço VLJ será mais caro que serviço de
linhas aéreas.
RNAV/RNP/RVSM: aumenta a pressão
sobre controladores de tráfego com o
aumento do número de rotas e diminuição
de espaçamento entre aeronaves caso não
haja aumento no número de controladores.
Oportunidades (O) Riscos (T)
SVS: novos sistemas aviônicos podem gerar mapas
automaticamente, situação das condições meteorológicas e
dicas de melhor rota.
Navegação RNAV com melhor desempenho fornecido por
tecnologias GNSS e sistemas de acréscimo.
Aplicações civis da tecnologia UAV.
A FAA simulou em 2005 que os vôos
poderiam sofrer atrasos crescentes em
aproximadamente 300% nas condições
atuais até 2010 caso o número de VLJ
aumente de acordo o previsto e não haja
avanços no sistema atual.
Um plano de cooperação que integre todos os participantes poderá harmonizar o
aproveitamento do espaço aéreo. Padrões internacionais de separação de segurança entre
aeronaves devem ser mantidos ou aperfeiçoados para atender esta demanda crescente de
usuários em diversos tipos de aeronaves (UAV, VLJ) e de recursos de navegação (SVS) que
poderão no futuro auxiliar as operações de vôo.
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional 101
Capítulo 6
Proposta de um Sistema de +avegação +acional
6.1 Introdução
Tendo-se concluído o benchmarking das tecnologias envolvidas com CNS, incluindo
sistemas de acréscimo e futuras tecnologias, este capítulo analisa uma configuração GBAS e
GRAS associada à tecnologia ADS-B como potenciais aplicações no cenário brasileiro dentro
do programa nacional de implantação do sistema CNS/ATM. Por fim, este trabalho faz uma
análise de vantagens, desvantagens, oportunidades e riscos (análise SWOT) do sistema de
navegação aérea proposto. Devido à extensão do problema, alguns requisitos preliminares
foram definidos para delimitar o problema.
6.2 Requisitos Preliminares
Para suprir as necessidades identificadas no cenário da navegação aérea brasileira, o
sistema de navegação proposto no trabalho deve ser capaz de cumprir os seguintes requisitos:
apresentar desempenho superior em relação aos sistemas convencionais;
atender a todas as fases de vôo;
não permitir atrasos excessivos dos vôos: capacidade de operar em condições
meteorológicas adversas e aumentar desempenho de controladores de tráfego e de
pilotos; e
ter um custo menor do que aqueles associados aos equipamentos convencionais e à
implantação SBAS.
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
102
Dentro destas condições, a aplicação das tecnologias integradas
(GBAS&GRAS+ADS-B) visa atender primordialmente: implantação em aeroportos de maior
movimento e implantação em aeroportos desprovidos de auxílios de navegação convencionais
de acordo com um planejamento prévio de demanda.
6.3 Análise GBAS&GRAS
Com base nas análises apresentadas no Capítulo 4 sobre os sistemas de acréscimo
existentes e os requisitos preliminares definidos anteriormente, os conceitos GBAS e GRAS
foram escolhidos para compor a proposta do trabalho. Como se observa na Tabela 6.1, os
conceitos SBAS e GRAS são concorrentes para cobertura nas fases de vôo especificadas. A
Seção 6.3.2 traz as razões para a escolha do GRAS na proposta. Assim, a integração dos
sistemas GBAS (em laranja) e GRAS (em azul) poderá garantir suporte operacional em todas
as fases de vôo.
Tabela 6.1 - Aplicação dos sistemas de acréscimo de acordo com a fase de vôo.
Sistemas de Acréscimo
Em
Rot
a O
ceân
ica
Em
Rot
a D
omés
tica
Ter
min
al
+P
A
AP
V-I
AP
V-I
I
PA
Cat
I
PA
Cat
II
PA
Cat
III
Ope
raçõ
es
de S
olo
ABAS SBAS GBAS GRAS
Para análise da aplicação do conceito GBAS&GRAS, será feita uma avaliação da
escolhas dos sistemas, suas configurações e custos associados.
6.3.1 Configuração GBAS
A necessidade de cobrir somente uma região limitada ao redor de cada aeroporto
permite que o GBAS faça correções de maior acurácia e com menor sensibilidade a anomalias
ionosféricas. Além disso, quanto mais próxima uma aeronave estiver de uma estação de
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
103
referência, melhor o desempenho de navegação.
As informações de correções permitem que usuários dentro de um raio de 20-30 NM
(35-55 km) da estação de referência obtenham acurácia de posição da ordem de 0,5 m (com
95% de disponibilidade). Os dados e seus formatos são especificados no documento
RTCA/DO-246A (2000).
A configuração proposta é semelhante ao GBAS convencional descrito no Capítulo 4.
Porém, a grande diferença está na utilização de pseudo-satélites (PSs) em sua configuração
básica (Fig. 6.1). Pseudo-satélites (Zandonadi, 2005) são transmissores situados em solo, ou
próximos, projetados para enviar sinais GNSS compatíveis com o propósito de melhorar
acurácia, integridade, confiabilidade e disponibilidade do sistema. O PS tem a função de:
enviar sinais de correção de posição ao usuário; e
melhorar o fator de geometria DOP (Diluição de Precisão – Dilution of Precision):
parâmetro que mede a qualidade da medida realizada e depende da geometria
satélite/receptor.
Fig. 6.1 - Configuração GBAS: cobertura local para operações de precisão.
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
104
O fato dos pseudo-satélites estarem próximos à superfície terrestre permite uma
melhoria considerável da geometria entre as fontes de sinais e o receptor, reduzindo o DOP,
com melhorias de acurácia e integridade. Esta melhoria pode ser otimizada estudando-se
criteriosamente a localização mais adequada para os pseudo-satélites.
Experimentos realizados por Parkinson e Fitzgibbon (1986) foram feitos para
determinar a melhor localização de PSs segundo critérios de menor DOP e de falhas em
satélites da constelação GPS. Os resultados indicaram que um sistema formado por dois PSs
apresenta bom desempenho.
Melhoria do fator DOP com pseudo-satélites
A melhoria no fator DOP é medida através dos parâmetros de diluição de precisão e
dependem unicamente da geometria formada entre as diversas fontes de sinais GNSS em vista
e o receptor do usuário, variando conforme sua localização e com o decorrer do tempo.
Existem vários tipos de DOP que podem ser definidos de acordo com as coordenadas
escolhidas: GDOP - degradação da precisão da posição tridimensional e tempo (geometria),
PDOP - degradação da precisão da posição tridimensional (posição), TDOP – degradação da
precisão temporal, VDOP - degradação da precisão vertical, e HDOP - degradação da
precisão horizontal.
Estes parâmetros apresentam valores entre 1 e 100, sendo que medidas inferiores a 6
representam melhor geometria entre os satélites (Parkinson & Spilker Jr, 1996a), resultando
em maior acurácia de posição do usuário.
Quanto maior o número de satélites disponíveis, maior a capacidade de o usuário
escolher os satélites que fornecem a solução ótima de navegação com melhor geometria
(menor DOP). Além disso, a posição relativa destes satélites influencia diretamente a precisão
da posição do usuário. A Fig. 6.2 ilustra este conceito na qual duas configurações geométricas
são ilustradas.
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
105
Fig. 6.2 - Ilustração de geometrias relativas entre satélites e usuário: (a) DOP baixo; e (b) DOP elevado.
A Fig. 6.3 ilustra o número de satélites visíveis e correspondentes valores de DOPs.
Fig. 6.3 - Número de satélites em vista e correspondentes valores de DOPs observados no ITA em 11 set. 2001.
Por outro lado, a inclusão de pseudo-satélites no sistema pode modificar
consideravelmente a geometria resultante. A Fig. 6.4 ilustra o comportamento dos diversos
DOPs para a localização do ITA após a inclusão de dois pseudo-satélites, distanciados a 300
metros do usuário, em posições diametralmente opostas. Estas análises e simulações tiveram
seu alicerce em trabalhos iniciados no ITA por Méndez (2002) em 2001.
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
106
Fig. 6.4 - Número de satélites em vista e correspondentes valores de DOPs com a inclusão de dois pseudo-
satélites colocados diametralmente opostos ao usuário, distanciados a 300 m do usuário.
Comparando-se os gráficos, observa-se na Fig. 6.3 que os valores dos DOPs variam
consideravelmente ao longo do tempo: o GDOP atingiu o valor 5 e o VDOP chegou a 3,5. Na
Fig. 6.4, em contrapartida, o maior valor de GDOP foi 1,70 e o maior valor de VDOP foi
1,33, apresentando variação menos expressiva ao longo do tempo.
Portanto, a inclusão de pseudo-satélites resulta em expressiva redução dos DOPs. A
melhoria destes parâmetros é muito benéfica em aplicações como aproximação de precisão e
pouso de aeronaves nas quais os pseudo-satélites podem atuar como fontes adicionais para
medidas de distância, podendo também transmitir correções diferenciais.
Desafio de Implementação do Pseudo-satélite
O nível da potência transmitida por um pseudo-satélite é um dos mais importantes
parâmetros a ser considerado no projeto de um PS. Um desafio a ser superado no projeto é a
existência do problema conhecido como “near/far”. Quando o receptor se encontra longe do
pseudo-satélite, a potência transmitida deve ser suficiente para assegurar recepção regular do
sinal e quando se encontra próximo ao PS, nenhuma saturação ou ofuscamento dos sinais dos
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
107
satélites GPS deve ocorrer.
Várias têm sido as técnicas propostas e empregadas para enfrentar o problema. O que
se sabe através da literatura é que, com o emprego de algumas técnicas, isoladas ou
conjuntamente, o problema do near/far pode ser minimizado de tal forma que viabiliza o
emprego de pseudo-satélites em praticamente todas as aplicações conhecidas. O trabalho de
Zandonadi (2005) mostra o protótipo de um pseudo-satélite e descreve detalhadamente seu
funcionamento, formas de melhorar o parâmetro DOP e técnicas de mitigação do near/far.
6.3.2 Configuração GRAS
Na seção 6.3.1, mostrou-se que a proposta de configuração GBAS poderá dar suporte
às operações de solo, pouso e decolagem. Para apoio às operações em rota até a fase de
aproximação e pouso CAT I, duas configurações seriam possíveis: SBAS ou GRAS.
A configuração SBAS utiliza satélites geoestacionários para o envio de mensagens de
correção de posição ao usuário, com cobertura em ampla área. Porém, seus custos são
proibitivos para o Brasil, pois altos investimentos com serviços de satélites geoestacionários
seriam necessários. Além disto, existe o risco de comprometer a recepção e a acurácia dos
sinais de correção ao usuário devido aos efeitos ionosféricos sobre a região brasileira como,
por exemplo, a Anomalia Equatorial Ionosférica (Oliveira et al., 2003a).
Por outro lado, a configuração GRAS da Austrália utiliza um enlace de dados terrestre
denominado D8PSK/TDMA (Differential Eight Phase Shift Keying/Time Division Multiplex
Access) já aceito pela ICAO (Ely et al., 2002). A rede de estações de referência é baseada em
cobertura de ampla área para atender as operações em rota com custos bem menores
comparados com os satélites geoestacionários. Análises teóricas indicam que o alcance do
sinal pode chegar a 200 NM (370 km). Este alcance deve ser analisado através de ensaios em
vôo para confirmar a eficácia deste enlace de dados.
Diante deste cenário, a solução proposta neste trabalho contempla o uso da arquitetura
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
108
GRAS, tendo-se como fator decisivo a existência de uma grande quantidade de estações de
VHF espalhadas pelo país com potencial para cumprir os requisitos de desempenho para esta
configuração. Modificações nestas estações podem ocorrer para se adequarem às necessidades
para se obter menores custos de implantação do sistema.
Estudos sobre estas estações de VHF (quantidade, localização, característica
operacional) para enlace de comunicação devem ser feitos junto ao DECEA para melhor
avaliação das reais possibilidades de aproveitamento e utilização nesta configuração de
sistema de navegação aérea. A Fig. 6.5 mostra o funcionamento da arquitetura proposta e a
configuração de acordo com as posições das Estações de Referência do BTB (Brazilian Test
Bed) existentes no território brasileiro. Testes anteriores foram realizados para avaliar o
desempenho do conceito SBAS no Brasil entre 2002 e 2004 (ICAO, 2006).
Estação de Referência: coleta os dados GNSS e envia para a estação Mestra; Estação Mestra: processa os dados; determina as correções GNSS e a integridade do sistema; gera mensagens no formato SBAS; envia para a estação VHF; e Estação VHF: converte para o formato GRAS e envia ao usuário.
Fig. 6.5 - Configuração no modo GRAS a partir da infra-estrutura instalada para testes SBAS no Brasil: cobertura regional para navegação aérea.
6.3.3 Mapa de Cobertura do GBAS&GRAS
Na configuração GBAS&GRAS, é possível visualizar através de um mapa, a cobertura
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
109
provável das estações de VHF GRAS. Supondo-se que o raio de cobertura de cada estação
pode chegar a 200 NM (370 km), como no caso australiano, a configuração seria como ilustra
a Fig. 6.6. A cobertura GRAS ao longo do território também vai depender da localização das
estações de VHF existentes. Já o alcance do sinal GBAS vai depender das configurações em
cada aeroporto, mas de modo geral, estará em torno de 20-30 NM (35-55 km). Para
representar a área de cobertura da configuração GBAS&GRAS, foram levados em
consideração os aeroportos de maior movimento no país com base no Movimento
Operacional da Rede Infraero (<www. infraero.gov.br>).
Para o espaço aéreo não coberto pelas estações GRAS e GBAS, existem duas
alternativas. A primeira é composta de um conjunto de pseudo-satélites (PSs) com posições
bem definidas que podem garantir confiabilidade e segurança nas operações de vôo. Neste
caso, um levantamento mais detalhado a respeito do número de PSs e de localização definirá a
viabilidade de utilização deste sistema de apoio à navegação em rota. Uma outra alternativa é
utilizar ABAS/RAIM, principalmente para o espaço aéreo oceânico. Entretanto, deve-se fazer
um estudo mais criterioso para identificar qual a melhor opção para as condições brasileiras
de um sistema de apoio à navegação em rota.
Fig. 6.6 - Proposta de cobertura das estações GBAS e GRAS.
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
110
6.3.4 Avaliação de Custos de Implementação
A seguir, uma avaliação de custos de implantação da proposta GBAS&GRAS é
apresentada para viabilização de um sistema de acréscimo no cenário brasileiro.
a) Custo GBAS: A análise de custos foi realizada com base na avaliação da
EUROCONTROL (2003). Este documento contém uma análise de custos estimados com a
implantação de uma estação terrestre GBAS CAT I. A Tabela 6.2 contém uma estimativa
geral de custo estimado de uma estação terrestre GBAS CAT I para uma configuração mínima
de equipamentos. Estes custos são somente indicativos (não dependem de fabricantes).
Tabela 6.2 - Indicativo de custos com estação terrestre GBAS CAT I para configuração mínima (Fonte: EUROCO+TROL, 2003).
Sistema CAT I Configuração 3 receptores GPS
2 cadeias de processamento 1 VDB transmissor/monitor
Equipamento e instalação (€) 313.000
Projeto e inspeção de vôo (€) 30.000
Total (€) 343.000
A Tabela 6.3 estima os custos que podem ser esperados em uma instalação mínima
GBAS comparado com ILS. Observa-se que os custos associados ao ILS são maiores que o
custo do GBAS (cerca de 55% com base na Tabela 6.3), admitindo-se que o valor atribuído a
uma estação terrestre ILS é capaz de cobrir todas as pistas de um aeroporto. Sabe-se que isto
não ocorre. Portanto, a diferença nos custos será ainda maior.
Tabela 6.3 - Indicativo de custo total com instalação ILS x GBAS (Fonte: EUROCO+TROL, 2003).
Componente ILS (€) GBAS (€) Estação terrestre 471.000 313.000 Instalação 236.000 30.000 Iluminação 471.000 471.000 Inspeção de vôo 134.000 25.000 Procedimentos 20.000 20.000 Total 1.332.000 859.000
Uma das grandes vantagens do GBAS é a possibilidade do sistema fornecer suporte a
múltiplas pistas, além da possibilidade de atender a outros aeroportos nas proximidades (por
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
111
exemplo, Guarulhos, Congonhas e Campo de Marte, SP), diminuindo consideravelmente os
custos de aquisição e instalação de um sistema de aproximação e pouso.
O custo de uma estação GBAS indicado na Tabela 6.3 não considera o custo de
aquisição de pseudo-satélites por não haver ainda uma especificação de valores para esta
tecnologia (uma estimativa preliminar indica um valor inferior a US$ 50.000). Porém, espera-
se que o pseudo-satélite apresente baixo custo de implantação e manutenção comparado com
outros sistemas que fornecem o mesmo desempenho de navegação, com pouca alteração no
valor final de uma estação terrestre GBAS.
b) Custo GRAS: Considerando-se o interesse em aplicar a tecnologia para o território
australiano, uma análise de custo/benefício foi realizada com base na tecnologia GNSS
disponível. Infelizmente nenhum dado foi disponibilizado para estudo. Porém, a expectativa é
que os investimentos nesta configuração serão menores do que na estrutura SBAS,
principalmente porque este projeto não envolve serviços por satélites geoestacionários que
encarecem o projeto significativamente. Para se ter uma idéia, o custo estimado com o projeto
SGB (Satélite Geoestacionário Brasileiro) é da ordem de US$1,5 bilhão. Portanto, a
configuração australiana pode ser uma solução viável para o cenário brasileiro.
6.4 ADS-B
ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) é definido pela ICAO (2003b)
como uma técnica de vigilância na qual uma aeronave fornece automaticamente, através de
um enlace de dados de transmissão digital, dados provenientes dos sistemas de navegação de
bordo que inclui posição 4-D, identificação, velocidade, altitude, tipo de manobra (virando,
subindo ou descendo) e intenção de vôo. O primeiro experimento ADS-C (Automatic
Dependent Surveillance-Contract) no Brasil foi realizado no ano de 1993 por Fitzgibbon e
Walter (1994) com o uso de satélites Inmarsat em sua configuração.
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
112
ADS-B é um acrônimo que tem o seguinte significado:
Automatic - está sempre ligado e não requer intervenção de operador.
Dependent - depende de sinais GNSS de acurácia para fornecer dados de posição.
Surveillance - fornece dados de vigilância para controladores em solo e outras
aeronaves.
Broadcast - transmite sinal em intervalos regulares para qualquer aeronave ou estação
devidamente equipada com ADS-B.
6.4.1 Funcionamento ADS-B
O ADS-B utiliza a tecnologia GNSS ou outro sistema de navegação e um enlace de
comunicação como componentes básicos, apresentando desempenho superior ao de outros
sistemas, como, por exemplo, os radares de vigilância (SSR e PSR). Além disto, a acurácia do
ADS-B não sofre degradação significativa com o aumento da distância, condições
atmosféricas e intervalos de atualização.
As informações do ADS-B são transmitidas simultaneamente para outras aeronaves
(ar-ar) e para controladores de tráfego (ar-solo) com capacidade ADS-B. Transmissões ADS-
B são recebidas por estações de controle de tráfego aéreo para vigilância, monitoramento de
tráfego aéreo e aumento da consciência situacional do piloto. Segundo Scardina (2002), o
alcance do sinal ar-solo pode chegar a 200 NM (aproximadamente 370 km), enquanto o sinal
ar-ar pode ter alcance de 40 NM (74 km).
Para manter a comunicação entre piloto e controlador de tráfego aéreo, a aeronave
deve ser equipada com (Fig. 6.7):
“ADS-B Out”: Permite identificação e transmissão de parâmetros de navegação para
uma estação ou rede de estações em solo; e
“ADS-B In”: O piloto visualiza a informação de tráfego fornecida por centros ATC
através de uma tela conhecida como CDTI (Cockpit Display of Traffic Information).
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
113
Fig. 6.7 - Configuração ADS-B para transmissão e recepção de parâmetros de navegação (Fonte:
<www.aopa.org/.../newsitems/2006/060510ads-b.html>. Acesso: 10/10/2006).
Já os controladores de tráfego podem visualizar sinais do ADS-B nas telas de controle
de tráfego juntamente com outros sinais de radar18. A Fig. 6.8 ilustra o conceito do ADS-B em
um espaço aéreo compartilhado entre diversas aeronaves (A, B, C, D, E e F).
Passo (1): Envio das informações do usuário a torre local (GBT) e a outra aeronave. Passo (2): GBT local envia dados ao centro ATC e outras torres GBTs (Visão local). Passo (3): Envio de informações atualizadas de tráfego ao usuário. Passo (4): Visualização total do tráfego aéreo.
Fig. 6.8 - Configuração ADS-B: Aeronaves vizinhas e centros de controle de tráfego equipadas com ADS-B são capazes de receber sinais de uma aeronave que “avisa” sua presença.
O custo do ADS-B é menor do que do radar convencional e ainda permite maior
qualidade de vigilância tanto em solo quanto no espaço aéreo. O ADS-B poderá ser efetivo
18 Disponível em: <http://www.garmin.com/aviation/adsb.html>. Acesso: 10/11/2006.
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
114
em áreas remotas e montanhosas com cobertura de um radar somente ou em locais onde a
cobertura de radar é limitada como em TMA-Área de Controle Terminal (Halls, 2006).
O ADS-B também melhora a vigilância nos aeroportos e, portanto, pode ser usado para
monitorar tráfego durante taxiamento, pouso e decolagem de aeronaves.
Tipos de Enlace de Comunicação
Existem atualmente três tipos de enlace de comunicação: SSR Modo S ES, VDL Modo
4 e UAT.
Secondary Surveillance Radar (SSR) Modo S Extended Squitter (ES)
É uma extensão do tradicional radar secundário modo S e é conhecido também como
1090ES (Extended Squitter). A aeronave transmite regularmente informações na freqüência
de 1.090 MHz, como por exemplo: situação da aeronave (em solo ou em vôo), velocidade e
posição (duas vezes por segundo), mensagem de identificação (a cada 5 s). O 1090ES foi
padronizado pela ICAO e pela EUROCAE/RTCA (European Organisation for Civil Aviation
Equipment/Radio Technical Commission for Aeronautics). O alcance deste enlace pode
chegar a 100 NM ou 185 km (Fonte: <www.fomento.es>. Acesso: 14/12/2006).
As estações ATC e aeronaves equipadas com TCAS são capazes de receber os sinais
enviados pelo 1090 ES, porém necessitam de ajustes para aceitar e processar informações
adicionais. Como sistema já implementado como meio de segurança anticolisão, este enlace
pode ser vantajoso em termos de custos, evitando aquisição e manutenção de novos
equipamentos de bordo para vigilância do espaço aéreo.
VDL Modo 4
O VDL (VHF Data Link) Modo 4 é um sistema desenvolvido pela Suécia a partir do
princípio STDMA (Self-Organising Time Division Multiple Access) ou Acesso Múltiplo por
Divisão de Tempo Auto-Organizado, o que significa que o sistema independe de estação
mestra em solo. Esta técnica divide a freqüência de comunicação em múltiplos slots para o
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
115
usuário do sistema. Opera na faixa de 108 a 117,975 MHz (ICAO, 2003c). Este enlace é mais
eficiente para transmissões de mensagens curtas para um grande número de usuários. A
grande vantagem deste enlace é seu alcance que pode atingir 200 NM (370 km). A
padronização do VDL Modo 4 está em fase de finalização pela ICAO e EUROCAE/RTCA.
UAT
O Transceptor de Acesso Universal (Universal Access Transceiver - UAT) é um
enlace de comunicação desenvolvido pela Corporação MITRE, Estados Unidos. Transmissão
de informações ADS-B de bordo e dos centros de controle de tráfego (condições climáticas,
densidade de tráfego) são feitas na freqüência de 978 MHz. Usuários UAT terão acesso a
informações aeronáuticas (FSI-B19 e TIS-B20) dos centros ATC.
Uma análise comparativa dos enlaces de dados para ADS-B foi apresentada pela ICAO
na 11ª Conferência de Navegação Aérea em Montreal, Canadá (ICAO, 2003b). O enlace SSR
Modo S ES é o único com aprovação de espectro de freqüência para operação global.
Aprovação de regulamentação do enlace UAT para operação em 978 MHz nos Estados
Unidos está em fase de conclusão. Quatro canais do VDL Modo 4 são analisados no
planejamento de atividades da Comunidade Européia.
6.4.2 Proposta de Implantação ADS no Cenário Brasileiro
A proposta de implantação do ADS para garantir a comunicação entre pilotos e
controladores de tráfego aéreo no cenário brasileiro tem como objetivo garantir os níveis de
segurança nas operações de vôo como meio de se evitar acidentes e incidentes aéreos,
principalmente em regiões desprovidas de radares de vigilância.
Tomando-se como estudo de caso a região da Floresta Amazônica brasileira onde
19 FIS-B (Flight Information Services-Broadcast): serviços de informação de vôo e condições meteorológicas ao piloto. 20 TIS-B (Traffic Information Services-Broadcast): envio de informação de tráfego do centro ATC não equipado com ADS-B ao piloto.
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
116
ocorreu a colisão aérea entre duas aeronaves, é possível visualizar o conceito de cobertura de
um GBT (Ground Based Transceiver) na Fig. 6.9 (a) representada pelos transceptores de
vigilância I e II em solo com área de cobertura indicada pelos círculos azuis e aeronaves que
compartilham um determinado espaço aéreo operando acima de FL 30021. A Fig. 6.9 (b)
mostra a área em estudo ampliada.
(a) (b)
Fig. 6.9 - (a) Conceito de cobertura dos GBTs I e II; e (b) Área ampliada da região de troca de informações (AD representa os dados da aeronave A como: posição 4-D, identificação, velocidade e altitude).
Comparando-se as funcionalidade dos equipamentos PSR/SSR e ADS-B, uma
quantidade maior de informações podem ser disponibilizadas ao controlador de tráfego aéreo
através do ADS-B (Tabela 6.4).
Tabela 6.4 - Informações disponíveis pelo SSR x ADS-B.
Radares de Vigilância ADS-B
identificação e altitude. posição 4-D, identificação, velocidade, altitude, tipo de manobra (subindo, descendo, virando) e intenção de vôo.
Visivelmente, a tecnologia ADS-B fornecerá maior suporte às operações de vôo, tanto
para aeronaves que compartilham espaços aéreos próximos como para centros ATC com
capacidade ADS-B. Todos os usuários envolvidos serão vistos um pelo outro, com maior
poder de tomada de decisão quando necessário. A Fig. 6.10 ilustra a arquitetura de
visualização de duas aeronaves presentes em um espaço aéreo.
21 De acordo com os primeiros experimentos ADS-B da Austrália (Air Traffic Management, 2006).
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
117
Passo (1) - Usuário recebe dados de posição dos satélites GNSS. Usuário envia informações ADS-B à torre local (GBT) e à outra aeronave. Passo (2) - GBT local envia dados ao centro ATC e outras torres GBTs. Estação de referência envia dados à estação mestra para gerar mensagens de
correção de posição do usuário. Passo (3) - GBT envia de informações atualizadas de tráfego ao usuário. Enlace de VHF envia mensagens de correção de posição do usuário. Passo (4) - Visualização final de todo o tráfego aéreo.
Fig. 6.10 - Arquitetura do sistema: aeronaves em um determinado espaço aéreo e centros de controle de tráfego são capazes “visualizar” o mesmo tráfego aéreo.
6.4.3 Vantagens do ADS-B
As principais vantagens do ADS-B são:
capacidade de prover ao mesmo tempo informações aos pilotos e aos controladores
para que ambos tenham acesso às mesmas informações;
pilotos e controladores adequadamente equipados com ADS-B poderão localizar a
posição de conflito de tráfego e analisar qual a melhor decisão a ser tomada;
por operar em baixas altitudes, pode ser usado em solo para monitorar tráfego de
superfície e pouso, auxiliar operações GBAS e emitir alertas quando ocorrer invasão
de pista (runway incursion);
confiabilidade, acurácia e informação em tempo real do tráfego aéreo;
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
118
poderá ser efetivo em áreas remotas e montanhosas com cobertura de um radar
somente ou em locais onde a cobertura de radar é limitada como em TMA; e
pode ser adaptado para uso na aviação geral, atendendo principalmente jatos
executivos e serviços de táxi aéreo.
6.5 Resultados da proposta para o Brasil
Como resultado da análise, a Fig. 6.11 destaca potencial interoperabilidade
GBAS&GRAS com PSs, juntamente o ADS-B para apoio em todas as fases de vôo.
ADS-B: capacidade para prestar apoio em todas as fases de vôo.
Fig. 6.11 - Cobertura integrada dos sistemas de acréscimo aliada ao ADS-B em todas as fases de vôo (Figura adaptada de: DECEA, 2004).
Assim, duas frentes, tecnológica e de capacitação (Fig. 6.12), são identificadas na
composição do sistema CNS/ATM para atender às necessidades de tráfego aéreo brasileiro.
Fig. 6.12 - Formação paralela de duas frentes que atendam às necessidades do transporte aéreo nacional.
Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional
119
Recursos tecnológicos podem ser obtidos através de parcerias (governo-empresas-
institutos de pesquisa) em um plano que estabeleça as prioridades de pesquisa que viabilizem
a proposta GBAS&GRAS e ADS-B. Paralelamente, esforços para a formação de recursos
humanos devem ser feitos para validar pesquisas e permitir o avanço tecnológico do país.
Com isso, a integração dos sistemas propostos neste trabalho (configuração
GBAS&GRAS com PSs associada à tecnologia ADS-B) pode viabilizar uma estrutura que
atenda às necessidades de gerenciamento do tráfego aéreo (ATM) brasileiro.
A Tabela 6.5 destaca os pontos principais do sistema proposto com base na proposta de
um sistema de navegação para o cenário brasileiro.
Tabela 6.5 - Análise SWOT: Pontos relevantes da configuração proposta.
Vantagens (S) Desvantagens (W)
GBAS&GRAS: viabilidade econômica; a curto prazo,
utilização em aeroportos de maior movimento; não depende
de satélites geoestacionários, resultando em medidas de maior
acurácia por não sofrer os efeitos da ionosfera; e aproximação
em curva com a pista.
GBAS&GRAS com PSs e ADS-B: atendem a todas as fases
de vôo; cumpre os requisitos de navegação; maior número de
aproximações para uma mesma pista com otimização no
intervalo de tempo entre pousos.
PS: garante redundância no sistema (envio de mensagem de
correção e sinais adicionais de navegação quando há perdas
de sinais GNSS); a localização dos pseudo-satélites permite
uma melhoria da geometria entre as fontes de sinais e o
receptor, melhor acurácia e integridade; e baixo custo.
ADS-B: não há uma avaliação de custos
associados.
PS: o problema near/far pode resultar em
saturação ou ofuscamento dos sinais dos
satélites GPS.
Oportunidades (O) Riscos (T)
GBAS&GRAS: potencial para fornecer acurácia e
integridade regional utilizando infra-estrutura existente.
GBAS: Com a certificação GBAS para operações CAT II e III
e de solo, restrições como condições meteorológicas
desfavoráveis e congestionamentos em aeroportos poderão ser
superadas.
Interferências intencionais de radiofreqüência
(rádio pirata): instaladas nas proximidades de
aeroportos, com potência elevada e operação
nos extremos da faixa (perto de 108 ou de 118
MHz).
Capítulo 7: Conclusões e Futuros Trabalhos 120
Capítulo 7
Conclusões e Futuros Trabalhos
7.1 Quanto aos objetivos propostos
Foram cumpridos os objetivos delineados no Capítulo 1, com detalhamento ao longo
dos capítulos seguintes, associados a uma análise SWOT (vantagens, desvantagens,
oportunidades e riscos) das tecnologias. A abordagem holística do sistema de navegação aérea
e a efetivação de um benchmarking favoreceram a apresentação de uma estrutura com base no
sistema CNS/ATM idealizado pela ICAO. Dentro dessas premissas, avaliaram-se os auxílios
de navegação convencionais, tecnologias via satélite GNSS (GPS, GLONASS e Galileo),
sistemas de acréscimo (ABAS, GBAS, GRAS e SBAS), conceitos operacionais (RNP, RNAV
e RVSM) e futuras tecnologias. Isto tudo para fornecer condições para propor uma
configuração de sistema de navegação que possa favorecer as operações da navegação aérea
no Brasil.
7.2 Quanto aos auxílios de navegação convencional
Constatou-se através de dados técnicos que o custo de instalação e manutenção de
infra-estrutura de auxílios convencionais é um fator bastante limitante no emprego destas
tecnologias. Ciente destes fatores, o Comando da Aeronáutica planeja o início da desativação
de radioauxílios convencionais para 2008 podendo se estender até 2011. Entretanto, poderá
haver modificação nestas datas.
7.3 Quanto à modernização das tecnologias G+SS
No estudo das tecnologias GNSS, verificou-se a importância do programa de
Capítulo 7: Conclusões e Futuros Trabalhos
121
modernização do GPS. O novo sinal L5 fornecerá maior acurácia no sinal de navegação e
minimização de interferências através do serviço ARNS (Aeronautical Radio #avigation
Service). Adicionalmente, a modernização do sinal L1c fornecerá maior capacidade de
interoperabilidade com sinais GLONASS e Galileo. Semelhantemente, no programa de
modernização do GLONASS, sinais de maior acurácia para usuários civis estarão disponíveis
nas freqüências L1, L2 e L3, além da capacidade de receber e transmitir sinais para serviço de
busca e resgate. Um ponto promissor é a diversidade de sinais do sistema Galileo. Este
sistema fornecerá cinco tipos de serviços e oferecerá assim suporte a diversas aplicações, com
diferentes níveis de acurácia de acordo com a necessidade do usuário.
7.4 Quanto à aplicação das tecnologias de navegação G+SS
A análise das ferramentas tecnológicas existentes demonstrou a oportunidade de
aplicação da tecnologia de navegação via satélite não só para a aviação, mas também em
diversos setores que beneficiam a sociedade, como por exemplo: serviços comerciais
(localização); de busca e resgate; de aplicação governamental (segurança); e outros serviços
que necessitam de informações mais precisas e de um maior grau de integridade.
7.5 Quanto aos participantes do sistema de navegação aérea
Verificou-se que a atuação dos participantes (stakeholders) em uma posição de
cooperação é fundamental no desenvolvimento de um sistema de navegação aérea viável
técnica e economicamente, garantindo a segurança e aumentando eficiência e capacidade no
sistema de transporte aéreo. Constatou-se que é preciso haver integração entre os diversos
participantes (órgão regulamentador, fiscalizador, infra-estrutura aeroportuária, fabricantes de
aeronaves e equipamentos de navegação, institutos de pesquisa e outros) para captação tanto
de recursos financeiros, como também de recursos humanos (formação de controladores de
tráfego aéreo, pilotos e técnicos), e também para definição de um plano de longo prazo (15 a
Capítulo 7: Conclusões e Futuros Trabalhos
122
20 anos) que estabeleça as prioridades de pesquisa e metas de desenvolvimento da indústria e
infra-estrutura do país. Neste ponto, entendeu-se que a criação de comitês integradores
(indústria-governo-institutos de pesquisa) tem mostrado bons resultados nos Estados Unidos,
a exemplo do JPDO (Joint Planning & Development Office), que tem membros da Boeing,
FAA, NASA, Universidade de Stanford, MIT, United Airlines, Rockwell Collins, Toyota
Motors USA e Embraer, entre muitos outros.
7.6 Quanto à viabilidade da configuração proposta
Seguindo a proposta de uma abordagem holística, ou seja, considerando a atuação e o
impacto de cada uma das partes envolvidas (empresas aéreas, órgãos de controle do espaço
aéreo, fabricantes de aeronaves e outras) e o estudo de benchmarking das diversas tecnologias
no resultado final do sistema, entendeu-se que estas análises foram indispensáveis para
identificar a melhor proposta. Constatou-se que a integração dos conceitos GBAS&GRAS e
da tecnologia ADS-B é uma solução viável:
Economicamente: é possível obter um custo de implantação menor com a
configuração GBAS&GRAS do que com a SBAS. A arquitetura GBAS substitui o satélite
geoestacionário com a implantação de pseudo-satélites, enquanto a configuração GRAS se
utiliza das estações de VHF para enviar as mensagens de correção ao usuário, independentes,
portanto, de satélites geoestacionários (maior valor agregado).
Tecnicamente: a configuração integrada GBAS&GRAS pode cumprir todas as fases
de vôo de acordo com os requisitos de desempenho especificados para cada operação. Efeito
minimizado da ionosfera (Anomalia Equatorial Ionosférica, por exemplo) que prejudica a
recepção de sinais de correção e, conseqüentemente, as operações de vôo. Nesta configuração
o grande diferencial será a utilização de pseudo-satélites com a função de enviar correções ao
usuário e também melhorar o fator de geometria DOP, aumentando a confiabilidade do
Capítulo 7: Conclusões e Futuros Trabalhos
123
sistema.
Desta forma, a integração dos conceitos GBAS e GRAS e da tecnologia ADS-B
permite obter um sistema de melhor desempenho se comparado com cada um isoladamente.
7.7 Futuros Trabalhos
Para dar continuidade a este estudo, é fundamental uma atitude de cooperação dos
participantes no desenvolvimento prático da proposta lançada como um sistema de navegação
aérea viável técnica e economicamente. A integração entre os participantes (institutos de
pesquisa-governo-empresas) é indispensável para a elaboração de um plano que estabeleça as
prioridades de pesquisa que viabilizem a proposta GBAS&GRAS e ADS-B.
Importante seria, além do estudo já efetuado, obter recursos financeiros para a
realização de testes em campo para validar o conceito apresentado com parcerias entre Órgãos
Governamentais, Indústrias e Institutos de Pesquisa.
Análise custo-benefício mais detalhada do projeto proposto com participação efetiva
de órgãos governamentais para auxiliar na obtenção de valores de equipamentos e custos de
implantação.
Especificação técnica de equipamentos (estações GBAS com pseudo-satélites e GRAS,
estações de VHF) para avaliação de desempenho.
Uma análise de aplicação de longo prazo (15 a 20 anos) pode ser útil para identificar
potenciais tecnologias como, por exemplo, SVS (Synthetic Vision System), que poderão
satisfazer necessidades como operação em condições meteorológicas mais restritivas que
prejudicam diretamente o funcionamento dos aeroportos.
Referências 124
Referências
Aeronews. AOPA Welcomes Improved WAAS Minimums: Urges FAA to Speed Approach Approvals and Members to Equip to Take Advantage, March 07, 2006. Disponível em: <http://www.aero-news.net/index.cfm?ContentBlockID=1a35fa4b-2f91-48dc-86ae-f4dd04e92a79>. Acesso: 15/03/2006. Air Traffic Management . Turning theory into reality: ADS-B in Australia. Revista Air Traffic Management. Edição 1, 2006, p. 31-36. Alcatel. +avigation Systems. Disponível em: <http://www.alcatel.com/space/programmes/nav/navsystems.htm#egnos>. Acesso: 13/01/06. Avionics Magazine. Ground-Based Augmentation, Military and Civil Programs: LAAS System, Feb., 2006. Disponível em: <http://www.avionicsmagazine.com/cgi/av/show_mag.cgi?pub=av&mon=0206&file=groundbasedaugmentation.htm>. Acesso: 15/04/2006. Balvedi, Gláucia C. Efeitos dos Dutos Troposféricos na Propagação e Recepção do Sinal GPS. 2006. Tese (Mestrado em Ciências) - Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos-SP. Beal, B.Complex LAAS Procedures. SatNav News, Vol. 19, Apr., 2003, p. 8-9. Beamish, Micheal. Global +avigation Satellite System & GBAS. IV Conferencia Espacial de las Américas – Seminario Taller Regional GNSS, Bogotá, Colômbia, 26 a 29 de setembro, 2005. Boucek Jr; and George P. Candidate Concept Description for SVS/EVS Retrofit In Airplanes with CRT Type Primary Flight Instrumentation: Technical Report NASA Contract NAS1-99074, Sep., 2001. CANSO - Civil Air Navigation Services Organization. Demystifying C+S/ATM. CANSO CNS/ATM Working Group, Jun., 1999. Castro, Adriane S. G. de. Utilização do Sinal Civil GPS L5 e da Filtragem Espacial Adaptativa para Mitigação dos Sinais de Multicaminho. 2006. Tese (Mestrado em Ciências) - Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos-SP. Chujo, Amália M. e F. Walter. Operações de Vôo Seguras e Eficientes Usando o Conceito GBAS/SBAS. In: 12º Encontro de Iniciação Científica e Pós-Graduação do ITA - XII ENCITA, São José dos Campos, SP, 16 a 19 de outubro, 2006a. Chujo, Amália M.; and F. Walter. Safety and Efficient Operations Using Ground-Based Augmentation System (GBAS). In: Second International Airports Conference: Planning, Infrastructure & Environment – 2° IAC, São Paulo,SP, Brazil, August 2- 4, 2006b. Chujo, Amália M. e F. Walter. Atividades do Laboratório G+SS do ITA Relacionadas
Referências
125
com C+S/ATM. In: 4° Simpósio de Transporte Aéreo - IV SITRAER, São José dos Campos, SP, 17 e 18 de novembro, 2005a. Chujo, Amália M. e F. Walter. Potenciais Aplicações Estratégicas do Sistema C+S/ATM. In: 11º Encontro de Iniciação Científica e Pós-Graduação do ITA - XI ENCITA, São José dos Campos, SP, 03 a 05 de outubro, 2005b. COBB, H. Stewart. GPS pseudolites: theory, design, and applications. 1997. Dissertation (Degree of Doctor of Philosophy) – Stanford University, Palo Alto. COMAER - Comando da Aeronáutica, Departamento de Controle do Espaço Aéreo. PCA-63-1: Plano Nacional de Implantação dos Sistemas CNS/ATM, 2002. Comissão Européia. Communication from the Commission to the European Parliament and the Council on Integration of the EG+OS Programme in the Galileo Programme, Brussels, March 19, 2003. Comissão Européia. Disponível em: <http://europa.eu.int/comm/dgs/energy_transport/galileo/index_en.htm>. Acesso: 10/02/06. Contreras, H. GPS+GLO+ASS Technology at Chuquicamata Mine. In: Institute of Navigation GPS, 2002, Nashville. Proceedings… Nashville: ION GPS, 1998. Cross, Paul. Recent and Future Developments in Global +avigation Satellite Systems and Their Impact on +ational Geoinformation Infrastructures. Geoinformation and Surveying Conference 2003, Kuching, Sarawak, 2003. CSIC - Coordinational Scientific Information Center. Russian Federation Ministry of Defense, 2006. Disponível em: <www.glonass-center.ru>. Acesso: 08/02/06. CSIC - Coordinational Scientific Information Center of the Russian Space Forces. GLO+ASS Interface Control Document - ICD, v.4, 1998. Davis, M. A.WAAS is commissioned. SatNav News, Vol. 21, November 2003, p. 1-2. Deccan Herald. +ew Satellite +avigation System from ISRO. Bangalore. Jan., 2006. Acesso: 22/02/06. Disponível em: <http://www.deccanherald.com/deccanherald/jan92006/update91429200619.asp>. DECEA - Departamento de Controle do Espaço Aéreo. DECEA/FAA User Meeting. Jul, 2004. DECEA - Departamento de Controle do Espaço Aéreo. Separação Vertical Mínima Reduzida. AIC N05/03. 2003. DEPV - Diretoria de Eletrônica e Proteção ao Vôo. Implementação da R+P 10 no corredor entre a Europa e a América do Sul. AIC N 09/00, 2000. Dieudonne, Loynes J. et al. Global Communications, +avigation, Surveillance System (GC+SS) Satellite Based Architecture for Air Traffic Management, 2003.
Referências
126
d’Oliveira, Flávio A. CTA e o Projeto VA+T. 1° Seminário Internacional de VANT, São José dos Campos, SP, Brasil, jun, 2005. DOT - Department of Transportation. +ext Generation Air Transportation System (+GATS) Integrated Plan, December 12, 2004. DOT - Department of Transportation. Federal Radionavigation Plan. Dec., 1999. Duffy, Jonathan. Your minicab has landed, BBC News Magazine, June 22, 2005. Easton, R. L. The +avigation Technology Program. Institute of Navigation, v.1, Washington DC, 1980, p. 15-20. Ely, William B. S. et al. Flight Testing of the D8PSK/TDMA Datalink Technology for the Ground-based Regional Augmentation System. In: Institute of Navigation GPS, 2002, Portland. Proceedings… Portland: ION GPS, 2002. EUROCONTROL. GBAS Roadmap: Global Navigation Satellite System (GNSS) Panel Meeting 4. Montreal, 2003. EUROCONTROL. Report of the RTCA Board of Directors’ Select Committee on Free Flight. Washington, USA, 1995. European Commission. Galileo mission high level definition. Version 3. September 23, 2002. Acesso: 13 06 2005. Disponível em: <http://www.europa.eu.int/comm/dgs/energy_transport/galileo/doc/galileo_hld_v3_23_09_02.pdf>. European Roadmap. 25 +ations for an Aerospace Breakthrough: European Civil Unmanned Air Vehicle Roadmap, Volume 1, 2005. FAA. Aeronautical Information Manual: Official Guide to Basic Flight Information and ATC Procedures, February 16, 2006. FAA. First WAAS LPV-Capable Receiver Hits Market. Oct., 2004. Disponível em: <http://gps.faa.gov/Library/Data/waas/Oct2004.doc>. Acesso: 12/01/06. FAA. Federal Aviation Administration. GPS Transition Plan, Nov., 1998. Fernandes, David. Radionavegação. ITA, 2006. Field, A. International Air Traffic Control. New York: Pergamon Press, 1985. Fitzgibbon, K.T.; and F. Walter. The Brazilian ADS and DGPS trial. In: Institute of Navigation, 1994, San Diego. Proceedings… San Diego: ION NTM, USA, 1994. Gonçalves, Adriane S. e F. Walter. Análise da reflexão especular do sinal do multicaminho. In: 11º Encontro de Iniciação Científica e Pós-Graduação do ITA - XI ENCITA, São José dos Campos, SP, 03 a 05 de out, 2005.
Referências
127
Grady, Mary. AVWEB Embraer's VLJ Contender, May 9, 2005. Halls, Michael. Europe’s next big thing. Revista Air Traffic Management. Edição 1, 2006, p. 27-30.
Hamilton, Michael A. Army TUAV: Tactical Unmanned Aerial Vehicle, Oct., 2001. Disponível em: <http://www.sd-auvsi.org/pdfs/uavdod_103101.pdf>. Acesso: 21/10/2006. Hein, G. W. et al. Status of Galileo frequency and signal design. In: Institute of Navigation GPS, 2002, Portland. Proceedings… Portland: ION GPS, 2002. p. 266-277. Hoffmann-Wellenhof; B. H. Lichtenegger; and J. Collins. Global +avigation Satellite System: Theory and Practice, 3rd ed., New York: Springer-Verlag, 1994. Holden, Tom et al. Development and testing of a mobile pseudolite concept for precise positioning. In: The Institute of Navigation GPS, 1995, Palm Springs. Proceedings ... Palm Springs: ION GPS, 1995. p. 817-826. Holmes, Bruce J. +ational General Aviation Roadmap: Small Aircraft Transportation System. NASA-FAA General Aviation R&D, Nov., 1999. IATA - International Aviation Association Transportation. +avigations Aids Transition Roadmap. Version 2.3, November 19, 2005. ICAO. Fifth Coordination Meeting of RLA/00/009 Project – G+SS Augmentation Trials. Lima, Peru, 25 Sep., 2006. ICAO. Global +avigation Satellite System (G+SS) Manual. Montreal, 2005. (Doc 9849 AN/457). ICAO. Action Plan for R+P Implementation in the CAR/SAM Region. AP/ATM/8 - WP/19. Lima, 2004a. ICAO. ATC Guidance Manual for RVSM Training in the CAR/SAM Region - AP/ATM/7 -WP/17. Appendix A Draft Version 0.3, 2004b. ICAO. +ational Programme of Brazil for the implementation of R+AV Routes. AP/ATM/6 - WP/22. Sep., 2003a. ICAO. Comparative Analysis of ADS-B Data Links. Eleventh Air Navigation Conference. Montreal, 22 September to 3 October, 2003b. ICAO. Propuesta de Enmienda de los SARPS del VDL Modo 4 con Respecto a la Capacidad de Inmunidad FM. AMCP/8-WP/24. Montreal, 04-13 de Febrero, 2003c. ICAO. Global Air +avigation Plan for C+S/ATM Systems, Doc 9750 AN/963, 2002. ICAO. Fifth Meeting of C+S/MET Sub-Group of APA+PIRG. Bangkok, Thailand July 16-20, 2001.
Referências
128
ICAO. +ational Plan For C+S/ATM Systems Guidance Material, 2000. ICAO. World-wide C+S/ATM Systems Implementation Conference. Brasil, 1998. ICAO. Guidelines for the Introduction and Operational Use of the Global +avigation Satellite System (G+SS). Circular 267-AN/159, 1996. Jan, Shau-Shium. Aircraft Landing Using a Modernized Global Positioning System and the Wide Area Augmentation System, May, 2003. Jan, Shau-Shium. Matlab Simulation Toolset for SBAS Availability Analysis, 2001. Jaworowski, Raymond. Bizjet Recovery Underway, Forecast International Inc., Paris, França, jun, 2005. Jenkins, Ryan. EG+OS Programme Status. IV CEA, Sep., 2005. Jones, Tammy. Federal Aviation Administration. FAA Announces Major Milestone for Wide Area Augmentation System (WAAS), Washington, DC, March 24, 2006. Disponível em: <http://www.faa.gov/news/news_story.cfm?contentKey=4006>. Acesso: 29/05/06. JPDO. FAA and UAVs Take Big Step: Civil Use Next Chapter in Aviation History; 2005. Disponível em: <http://www.jpdo.aero/site_content/news.html#story1>. Acesso: 29/03/06. Kaplan, Elliott D. Understanding GPS: principles and applications. Norwood: Artech House, 1996. KASC - Kobe Aeronautical Satellite Center. Test Signal Transmission by MTSAT Satellite-based Augmentation System (MSAS), October 4, 2005. Disponível em: <http://www.kasc.go.jp/MSAS/index_e.html>. Acesso: 24/02/06. Kayton, Miron; and W.R. Fried. Avionics +avigation Systems. 2nd ed. New York: John Wiley & Sons, Inc, 1997. Kondo, Tempei et al. MSAS Status and preliminary Performance Evaluation, Japan, 2001. Lasiter, E. M.; and B. W. Parkinson. The Operational Status of +AVSTAR GPS. Journal of Navigation, v.30, 1977. Lay, R.; N. G. Mathur; and R. Shetty. LAAS CAT II/III Update. SatNav News, Vol. 2.1, November 2003, p. 4-5, and Vol. 19, April 2003, p. 7-8. Lebedev, M. et al. GLO+ASS and Instrument for Precise UTC Transfer. Warsaw Poland: EFTF, 1998. Leite, Nelson P. O: Determinação da Atitude por Interferometria GPS. 2006. Tese (Doutorado em Ciências) - Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos-SP.
Referências
129
Levin, Alan. High-tech gizmos propel aviation into the future, BBC NEWS. Publicação: 22/06/2005. Acesso: 31/03/06. Disponível em:<http://news.bbc.co.uk/go/pr/fr/-/2/hi/uk_news/magazine/4117312.stm>. Mathur, Navin. GAGA+: The FAA and India Take Initial Steps, SatNavNews. Jun., 2006. McPherson, K.; and B. Elrod. Ground Based Regional Augmentation System (GRAS) Development in Australia. In: GNSS 2000, Edinburg, Escócia. May, 2000. Méndez, D. R C. Simulação e estratégia do receptor por software para GPS. 2002. Tese (Mestrado em Ciências) - Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos-SP. Misra, Pratap; and Per Enge. Global positioning system: signals, measurements, and performance. Lincoln: Ganga-Jamuna Press, 2001. Mohleji, Satish C.; and Paul A. Ostwald. Future Vision of Globally Harmonized +ational Airspace System with Concepts of Operations Beyond Year 2020. The MITRE Corporation, McLean, Virginia, USA, 2003. Montes Jr., Ney L. Desenvolvimento de um Pseudo-satélite para o Sistema GLO+ASS. 2006. Tese (Mestrado em Ciências) - Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos-SP. Moore, Michael et al. Issues concerning the implementation of a low cost attitude solution for an unmanned airborne vehicle (UAV). In: SatNav 2003 - The 6th International Symposium on Satellite Navigation Technology Including Mobile Positioning & Location Services Melbourne, Australia, Jul., 2003. Morris, Jefferson. +orthrop Grumman Modifies BQM-34 Firebee to Drop Payloads. Aerospace Daily, January 22, 2003. Nolan, M. S. Fundamentals of Air Traffic Control. Belmont, CA: Wadsworth, 1990. Ochieng, W.Y.; D. Walsh; and S. Griffin. GPS Integrity and Potential Impact on Aviation Safety. The Journal of Navigation, 2003, vol 56, p.51. Oliveira, A. B. V.; T. N. Morais; and F. Walter. A Tool to Study the Ionosphere Global Behavior. In: International Beacon Satellite Symposium 2004, Trieste, Italy, Oct., 2004. Oliveira, A. B. V.; T. N. Morais; and F. Walter. Effects of Equatorial Anomaly in the GPS Signals. ION-GPS, 16th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation, Portland, Oregon, USA, Set., 2003a. Anais CD. Oliveira, A. B. V. Uso do GPS para o estudo da Anomalia Equatorial. 2003b. Tese (Mestrado em Ciências) - Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos-SP. Parker, G.S. AIAA’s 1st Technical Conference and Workshop on Unmanned Aerospace Vehicles, Systems, Technologies and Operations, and the 1st AIAA UAV Conference and Workshop. Acesso: 20/05/2005. Disponível em: <http://www.aiaa.org/documents/industry/presentations/uav02parker.ppt#5>.
Referências
130
Parkinson, Bradford W.; and., James J. Spilker Jr. (Eds) Global positioning system: theory and applications. Washington, DC: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1996a . v. 1. (Progress in Astronautics and Aeronautics, 163). Parkinson, Bradford W.; and., James J. Spilker Jr (Eds) Global positioning system: theory and applications. Washington, DC: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1996b . v. 2. (Progress in Astronautics and Aeronautics, 164). Parkinson, Bradford W.; and K. T. Fitzgibbon. Optimal Locations of Pseudolites for Differential GPS. In: Institute of Navigation, 42nd Annual Meeting, 1986, Seattle. Proceedings… Seattle, 1986, p. 70-80, 82. Pervan, Boris, S. et al. Development, Implementation, and Testing of a Prototype LAAS Architecture. In: GNSS-1997, Munich, Alemanha, Apr., 1997. Pope, Stephen. Honeywell LAAS passes trials with flying colors. Mar., 2002. Disponível em: <http://www.ainonline.com/issues/03_02/03_02_honeywelllaaspg66.html>.Acesso: 25/02/06. Prasad, Ramjee; and Marina Ruggieri. Applied Satellite +avigation Using GPS, Galileo, and Augmentation Systems. Artech House, 2005. Pullen, Sam; Todd Walter; and Per Enge. System overview, recent developments, and future outlook for WAAS and LAAS. In: GPS Symposium, 2002, Tokyo. Proceedings... Tokyo: Tokyo University of Mercantile Marine, 2002. p. 1-12. Reavis, Bill. Honeywell Granted Contract by Airservices Australia to Develop Ground-Based Regional Augmentation System For GPS Air +avigation. Phoenix, Aug., 2005. Disponível em: <http://www.honeywell.com>. Acesso: 28/02/06. Revnivykh, S. GLO+ASS: Status and Perspectives, Civil GPS Service Interface Committee. Praga: International Information Subcommittee, Mar., 2005. Revnivykh, S. G. Developments of the GLO+ASS system and GLO+ASS Service. In: UN/US GNSS International Meeting, Vienna, Dec., 2004. Proceedings… Vienna, Dec., 2004. Rosa, Laureano L. C. Modelo Estatístico para Minimizar Erros do Sistema GPS: Uma Ferramenta para Dar Suporte ao GBAS. 2006. Tese (Doutorado em Ciências) - Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos-SP. Rosa, Laureano L. C.; F. Walter; and M. S. S.Barros. GPS: Statistical models to reproduce the Pseudoranges in different scenarios and their reliability evaluation advance space reseach.. In: 33nd COSPAR Scientific Assembly, 2000, Warsaw. 33nd COSPAR, 2000. p. 125-125. RTCA. Minimum Aviation System Performance Standards for the Local Area Augmentation System (LAAS). Document RTCA/DO 245A. December 9, 2004. RTCA. G+SS Based Precision Approach Local Area Augmentation System (LAAS): Signal-in-Space Interface Control Document (ICD). Document RTCA/DO 246A. January 11, 2000.
Referências
131
Rupprecht. Wolfgang. Post SA Removal GPS Accuracy. 2002. Saitoh, Shinji et al. Experimental GBAS Performance at the Approach Phase. In: Institute of Navigation, Jan., 2003, Anaheim. Proceedings… Anaheim: ION-NTM-2003. Saitoh, Shinji et al. Flight Experimental of GBAS in Japan. In: Institute of Navigation, ION-GPS-2001, Salt Lake City, USA, Sep., 2001. Satnews Daily. Lockheed Martin Deploys GPS Space-Based Satellite For FAA. Rockville, MD, September 12, 2005. Disponível em: <http://www.satnews.com/stories2005/1314.htm>. Acesso: 10/11/2005. Scardina, John. Fedral Aviation Administration. Overview of the FAA ADS-B Link Decision. June 7, 2002. Scott, P. Flying High with Virtual Airways. Newscientist Magazine. Disponível em: <http://www.newscientist.com>. Acesso: 07/2005. Shimamura, A. MSAS Project Status. Toulouse, France, Oct., 2003. Proceedings… Toulouse: GNNS 1998. Sigler, E. WAAS International Expansion. SatNav News, Vol. 20, Jun., 2003, p.2. Siqueira, Cristiani de Araújo. +avegação aérea segundo o conceito C+S/ATM: custos e benefícios, ago, 2005. Tese (Mestrado em Ciências) - Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos. Smirnov, Y. et al. GLO+ASS Frequency and Time Signals Monitoring +etwork, Warsaw, Poland: EFTF, 1998. Soares, Paulo M. Curso de Vôo por Instrumentos nos Simuladores, 2004. Soddu, Claudio; and Oleg Razumovsk. Inmarsat's +ew +avigation Payload. GPS World, November 1, 2001. Solari, G.; J. Ventura-Traveset; and C. Montefusco. TheTransition from ESTB to EG+OS: Managing User Expectation. In: GNSS 2003, Grat, Austria, May, 2003. Somasekhar, M. Indigenous satellite navigation system on the anvil. Hyderabad. May 10 2005. Disponível em:<http://www.blonnet.com/2005/05/11/stories/2005051101250700.htm>. Acesso: 24/02/06. Stanford University. Matlab Algorithm Availability Simulation Toolset: User’s guide, version 0.1, Sept., 2001. Strang, Gilbert; and K. Bore. Linear Algebra, Geodesy, and GPS. Wellesley-Cambridge Press. MA, 1997. p. 462-463.
Referências
132
Tiemeyer, B. Performance Evaluation of Satellite +avigation and Safety Case Development. Dissertação (Doutorado) da Universidade Bundeswehr de Munique-Alemanha, 2002, p. 20. Torán-Martí, Felix; and Javier Ventura-Traveset. SIS+ET User Interface Document, Feb., 2002. Torán-Martí, Felix; Javier Ventura-Traveset; and Juan Carlos de Mateo. Internet-Based Satellite +avigation Receivers using EG+OS: the ESA SISNET Project, Dez., 2001. Trautvetter, Chad. Cesna e Adam: The year of the very light jet, Executive Jets. Disponível em: <http://www.embraerexecutivejets.com/english/content/home>. Acesso: 29/03/06. Tsujii T.; J. Barnes; J. Wang; C. Rizos; and M. Harigae. A preliminary test of the pseudolite-based inverted GPS positioning in kinematic mode. 2nd Symp. on Geodesy for Geotechnical & Structural Applications, Berlin, Germany, May 21-24, 2002, p. 442-451. Ueno, M. et al. Assessment of Atmospheric Delay Correction Models for the Japanese MSAS. ION GPS 2001, Salt Lake City, UT, Sep., 2001. Visiongain. The UAV Market Report 2006, May 23, 2006. Wang, J. Pseudolite applications in positioning and navigation: progress and problems. Journal of Global Positioning Systems, v. 1, n. 1, p. 48-56, 2002. Warchol, Glen. Air taxis and microjets may be the routine flight of the future. Salt Lake Tribune, 2005. Wei, Jincben et al. Synchronization for “Beidou” Satellite Terrestrial: Improvement Radio Navigation System. In: International Conference on Intelligent Mechatronics and Automation Chengdu, China, Aug., 2004. Proceedings… 2004. Zandonadi Jr, Durval. Superação do Problema +ear/Far em Pseudo-Satélites GPS mediante Técnica de Realimentação do Receptor do Usuário. 2005. Tese (Doutorado em Ciências) - Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos-SP.
Apêndice A: Sistemas de #avegação Convencional 133
Apêndice A
Sistemas de +avegação Convencional
A.1 Introdução
No processo evolutivo dos sistemas de navegação aérea, novos instrumentos tornaram
mais seguras e menos complicadas a tarefa de orientar-se no espaço. O sistema de
radionavegação permite ao piloto guiar-se a partir de equipamentos instalados ao longo de
rotas e nas proximidades de aeroportos.
Nesta seção serão descritos os principais equipamentos convencionais existentes no
Brasil para auxílio às operações de vôo: em rota (ADF/NDB, VOR, DME) e em aproximação
e pouso (ILS).
A.2 Sistema de +avegação em Rota
A radionavegação em rota consiste em determinar a posição geográfica e a orientação
de uma aeronave por meio da interpretação de informações emitidas por estações terrestres de
posição conhecida.
A.2.1 ADF
O ADF (Automatic Direction Finder ou Localizador Automático de Direção) é um
sistema aviônico utilizado para determinar a direção de uma estação, podendo ser um
radiofarol não direcional (NDB) ou qualquer estação de radiodifusão em AM (Amplitude
Modulation). O sistema ADF funciona em LF (Low Frequency) e MF (Medium Frequency),
na faixa de 200 kHz a 1.799 kHz. É o sistema mais simples de navegação e foi o primeiro
radioauxílio a ser usado para vôo por instrumentos (IFR).
Apêndice A: Sistemas de #avegação Convencional
134
A recepção do sinal ADF não está limitada à distância da linha de visada e segue a
curvatura da Terra. O sinal pode atingir distâncias de até 200 NM (370 km).
A.2.2 +DB
NDB (#on-Directional Beacon ou Radiofarol não direcional) é uma estação de rádio
de baixa ou média freqüência que transmite sinais não direcionais a partir dos quais o piloto
de uma aeronave adequadamente equipada pode determinar a direção do sinal transmitido
pela estação (Fig. A.1). A faixa de operação do NDB está entre 190 e 1.750 kHz e transmite
uma portadora contínua modulada tanto em 400 Hz quanto em 1.020 Hz. O sinal de 400 Hz
representa o ponto e o sinal de 1.020 Hz representa o traço do código Morse. Um radiofarol
transmite uma identificação contínua de código com três letras durante transmissões de voz.
Fig. A.1 - Estação NDB localizado no aeroporto internacional de Beijing, China.
Os radiofaróis estão sujeitos a distúrbios (relâmpagos, precipitação estática e outros)
que podem resultar em erro na informação de direção. Durante a noite, os radiofaróis são
vulneráveis à interferência de estações distantes. Todos os distúrbios nas proximidades que
afetam a marcação do ADF também afetam a identificação do equipamento. Voz e música
podem ser ouvidas quando uma marcação falsa está sendo mostrada. Para garantir a
integridade do sistema, caso os receptores ADF não tenham um sinal de aviso, o piloto deve
monitorar continuamente a identificação do NDB (FAA, 2006).
Apêndice A: Sistemas de #avegação Convencional
135
A.2.3 VOR
O VOR (Very High Frequency Omnidirectional Range ou VHF de Alcance Multi-
Direcional) é um sistema de navegação aérea que transmite sinais de direção para aeronaves
em rota entre duas estações VOR transmissoras. No Brasil, existem aproximadamente 80
estações VOR espalhadas pelo país. Em muitos casos, uma estação de VOR é colocada
juntamente com um DME (Distance Measurement Equipment) para disponibilizar medida de
distância (Fig. A.2).
O sistema VOR funciona na faixa de freqüência de VHF que varia de 108 a 117,95
MHz, com espaçamento entre canais de 50 kHz. Deste modo, podem existir 200 diferentes
canais de VOR.
Fig. A.2 - Estação VOR (Alemanha).
Operação
O princípio de operação do sistema VOR está baseado na comparação de fase, pelo
receptor de bordo, entre dois sinais transmitidos pela estação terrestre: um sinal de referência
(fase constante) e um sinal variável (fase dependente da posição do receptor ou da aeronave).
O sistema aviônico recebe os dois sinais, calcula a diferença e interpreta o resultado como
uma radial da estação para o piloto na aeronave (Fernandes, 2006).
Os dois sinais de um transmissor VOR geram 360 linhas denominadas radiais e o
aviônico VOR determina em qual das radiais a aeronave se encontra. A Fig. A.3 mostra uma
aeronave na radial 60°. A precisão na determinação da radial varia de 1 a 3 graus dependendo
Apêndice A: Sistemas de #avegação Convencional
136
da precisão das estações em solo e do aparelho receptor. A Fig. A.4 ilustra um indicador VOR
de bordo.
Fig. A.3 - Geração de linhas radiais pelo VOR. Fig. A.4 - Indicador VOR.
Os principais elementos no indicador VOR são (Soares, 1999):
OBI (Omni Bearing Indicator) - indica um curso de aproximação ou afastamento de
um VOR.
Indicador TO/FROM - indica se o rumo lido no OBI corresponde a um curso, rota que
conduz à estação VOR (TO), ou a uma radial que se afasta do VOR (FROM).
CDI (Course Deviation Indicator) - a barra vertical do CDI indica o deslocamento de
uma aeronave em relação à radial ou ao curso previamente selecionado. Cada ponto no eixo
horizontal representa 2,5 graus fora da rota.
Vantagens e desvantagens do VOR
O sistema de navegação VOR apresenta algumas vantagens, entre elas:
acurácia em torno de ±1,4°; e
o sinal do VOR é praticamente imune à precipitação estática e a interferências
causadas por tempestades e outros fenômenos meteorológicos por funcionar em altas
freqüências.
Por outro lado, o sistema VOR apresenta as seguintes desvantagens:
Apêndice A: Sistemas de #avegação Convencional
137
por ser transmitido em linha de visada, qualquer obstáculo (montanha, prédios e outras
características do terreno, inclusive a curvatura da Terra) bloqueia o sinal VOR. Ao
contrário dos sinais NDB, os sinais do VOR não conseguem acompanhar a curvatura
da Terra. O seu alcance fica limitado por obstáculos conforme a altitude da aeronave,
chegando no máximo a atingir 130 NM (240 km); e
como em altas altitudes o sinal VOR alcança grandes distâncias, uma aeronave pode
receber indicações de medidas não confiáveis se ocorrer a recepção de sinais de duas
estações operando em uma mesma freqüência. Geralmente, estações de mesma
freqüência são colocadas bem distante uma da outra para evitar este problema. Com
uma disponibilidade de 80 estações de VOR, este problema não ocorre em território
brasileiro.
A.2.4 DME
O DME (Distance Measurement Equipment ou Equipamento Medidor de Distância)
tem a função de fornecer a distância da aeronave a uma estação ou transponder do DME.
Operação
O sistema aviônico é formado por um transmissor chamado interrogador, por um
receptor e por um sistema que calcula a distância. A faixa de freqüência de operação do DME
é de 960 a 1.215 MHz.
O sistema de bordo transmite um sinal chamado interrogação para a estação em solo
(Fig. A.5). Após um atraso de 50 µs, a estação envia um sinal de resposta para a aeronave. Ao
receber a resposta, o sistema de bordo mede o tempo entre a transmissão e a recepção (∆t),
possibilitando o cálculo da distância (Dist DME) a partir da eq. A.1 (Fernandes, 1987):
cstDistDME 5,0)50( µ−∆= A.1
Apêndice A: Sistemas de #avegação Convencional
138
onde c é a velocidade da luz.
O atraso de 50 µs na estação é um valor padrão. A estação DME ou transponder DME
mede continuamente a distância entre a aeronave e a estação em milhas náuticas (NM). A
maior distância medida pelo DME é aproximadamente a sua projeção no plano horizontal
quando a aeronave se encontra muito afastada da estação (Distância Horizontal - DH). Pela
Fig. A.5, tem-se que (eq. A.2):
θcos*DistDMEDH = A.2
Por outro lado, a distância mínima medida pelo transponder DME ocorre quando uma
aeronave sobrevoa a estação e corresponde à altitude de vôo da aeronave (Distância Vertical -
DV).
Fig. A.5 - Distância medida pelo sistema DME.
A.3 Sistema de +avegação em Aproximação e Pouso
O mais perfeito e preciso sistema de navegação em rota não teria finalidade se no
aeródromo de destino não houvesse um seguro processo estabilizado de aproximação e pouso.
A etapa de aproximação final para o pouso é uma parte crítica de um vôo. Uma aeronave deve
estar rigorosamente dentro do perfil de descida, na velocidade certa e totalmente configurada
Apêndice A: Sistemas de #avegação Convencional
139
para pouso com auxílio de cartas de aproximação que contêm procedimentos padrão para
aproximação em cada aeroporto.
Os procedimentos são elaborados com a finalidade de garantir a segurança durante
todas as operações de vôo. No Brasil, além de outras funções, a DEPV (Diretoria de
Eletrônica e Proteção ao Vôo) é responsável pela elaboração destes procedimentos.
A.3.1 Categorias de Aproximação e Pouso
A ICAO estabelece três categorias de pouso por instrumentos. A Tab. A.1 mostra
resumidamente algumas características destas categorias.
Tabela A.1 - Categorias de aproximação e pouso por instrumento.
CAT III CAT
I
CAT
II A B C
Altura de Decisão (m) 60 30 0 0 0
Distância Visual da Pista (m) 800 400 200 50 0
A Altura de Decisão define o local onde o piloto deve tomar a decisão de pousar caso
visualize a pista ou arremeter. Esta decisão também está condicionada ao parâmetro de
distância visual da pista de acordo com a categoria de pouso.
O procedimento de pouso por instrumento segundo as categorias I, II e III exige infra-
estrutura aeroportuária adequada (medida de distância visual da pista, sinalização e aeroporto
habilitado), tripulação devidamente qualificada e aeronave homologada para operação.
Poucos aeroportos no mundo operam em CAT III, entre eles: aeroporto de Heathrow
(Londres, Inglaterra), Chicago (Illinois), Atlanta (Georgia), Nova York, Washington e São
Francisco (Califórnia), nos Estados Unidos. Destes aeroportos, apenas o de Heathrow opera
em CAT III-C.
O principal sistema de auxílio à aproximação e pouso é o ILS (Instrument Landing
System) apoiado por outros equipamentos, tais como radar altímetro e sistemas de
Apêndice A: Sistemas de #avegação Convencional
140
identificação como transponder e TCAS (Traffic and Collision Avoidance System). No Brasil,
existem pelo menos 27 auxílios ILS, como mostra a A.6.
Fig. A.6 – Equipamentos ILS instalados no Brasil (Cortesia: DECEA).
A.3.2 Componentes do ILS
O ILS é composto por um conjunto de auxílios instalados em solo que emitem sinais
para serem captados e processados por equipamentos de bordo usados para guiar uma
aeronave a uma pista de pouso (Kayton & Fried, 1997). O sistema de aproximação e pouso
ILS divide-se nos seguintes componentes:
Localizer: fornece guiagem lateral para o eixo de uma determinada pista. O receptor de
localizer é o mesmo do VOR. Opera na faixa de freqüência de VHF que varia de 108,10 a
111,95 MHz, totalizando 40 canais.
O sinal transmitido pelo localizer consiste de duas partes distintas (amarela e azul da
Fig. A.7 alinhadas com o centro da pista. O lado direito é modulado em 150 Hz, indicada pela
área azul da figura. O lado esquerdo é modulado em 90 Hz. A sobreposição entre estas duas
áreas fornece o sinal do caminho ideal para guiagem de uma aeronave. O alcance do sinal do
localizer é de 18 NM (33.000 m).
Apêndice A: Sistemas de #avegação Convencional
141
Fig. A.7 - Características padrão do ILS.
A Fig. A.8 mostra o posicionamento de uma rede de localizer e luzes de aproximação
na base da Força Aérea de Missouri, Estados Unidos.
Fig. A.8 - Rede de localizer.
A Fig. A.9 ilustra as três diferentes medidas que podem ser feitas por um localizer para
guiagem de uma aeronave em aproximação e pouso.
Fig. A.9 - Indicações do localizer para uma aeronave em aproximação.
Apêndice A: Sistemas de #avegação Convencional
142
Glideslope: indica a trajetória de planeio segundo um ângulo correto de descida para
posicionamento em relação à trajetória de aproximação (guiagem longitudinal). O glideslope
(Fig. A.10) opera na faixa de freqüência de UHF que varia de 328,6 a 335,4 MHz. Os 40
canais do localizer fazem par com as freqüências do glideslope. Desta forma, quando o piloto
sintoniza uma freqüência para recepção do localizer, automaticamente sintoniza o receptor de
glideslope no canal correspondente em UHF. O seu princípio de funcionamento é o mesmo do
localizer (identificação da predominância de modulação de 90 e 150 Hz).
O ângulo de projeção do glideslope normalmente é ajustado para 3° acima da
horizontal para que intercepte o marcador médio (MM) em aproximadamente 200 pés (60 m)
e o marcador externo (ME) em 1.400 pés (430 m) acima da elevação da pista de pouso. O
glideslope tem alcance de até 10 NM ou 19.000 m (FAA, 2006).
Fig. A.10 - Glideslope localizado no aeroporto internacional de Hanover, Alemanha.
Existem três indicações distintas que podem ser feitas pelo glideslope, como mostra a
Fig. A.11. Além do glideslope, alguns aeroportos possuem um indicador da trajetória de
planeio e, atualmente, existem dois tipos: VASIS (Visual Approach Slope Indicator System) e
PAPIS (Precision Approach Path Indicator). Estes indicadores são formados por conjuntos de
caixas emissoras de luzes que permitem a visualização da rampa de descida e do ponto de
toque na pista para uma aeronave em aproximação e pouso. No Brasil, existem em torno de
121 VASIS/PAPIS em funcionamento.
Apêndice A: Sistemas de #avegação Convencional
143
Fig. A.11 - Indicações do Glideslope.
Marcadores de Posição (Marker Beacon): transmitem uma portadora de 75 MHz
modulada em amplitude. A transmissão é feita na vertical de modo a interceptar a trajetória de
pouso de uma aeronave utilizando glideslope e localizer (Fig. A.7). Este sistema indica ao
piloto, por meio de sinais luminosos e tons de áudio, a passagem de um avião por
determinadas posições críticas de aproximação em relação à cabeceira da pista. Estas posições
são representadas por três marcadores:
Marcador Externo (ME): está localizado geralmente entre 4 e 7 NM (7.400 e 13.000
m) da cabeceira da pista. Ao ser sobrevoado, acende uma luz azul no display do cockpit e um
sinal auditivo de 400 Hz que, em código Morse, gera dois traços por segundo.
Marcador Médio (MM): indica o ponto de aproximação para arremetida em um
procedimento CAT I (altura de decisão de 60 m). Está localizado a aproximadamente 3.500
pés (1.000 m) da cabeceira da pista. Acende uma luz âmbar no display e um sinal auditivo de
1.300 Hz gera, em código Morse, um traço e um ponto a cada 3 segundos.
Marcador interno (MI): indica a cabeceira da pista. É usado para procedimentos CAT
II e III. Ao sobrevoá-lo, acende uma luz branca no display e um sinal auditivo de 3.000 Hz
gera, em código Morse, 6 pontos por segundo.
Apêndice B: Segmentos das Tecnologias G#SS 144
Apêndice B
Segmentos das Tecnologias G+SS
B.1 Introdução
As tecnologias GNSS são compostas por segmentos, estruturas responsáveis por
funções específicas que vão desde o envio do sinal de posicionamento GNSS até a
disponibilização deste ao usuário. Este apêndice descreve os três segmentos das tecnologias
GPS, GLONASS e Galileo.
B.2 GPS: Segmentos
A tecnologia GPS é um sistema bastante complexo constituído de três segmentos:
Segmento Espacial, Segmento de Controle e Segmento de Usuário, como mostra a Fig. B.1.
Fig. B.1 - Segmentos que constituem o GPS: Espacial, de Controle e de Usuário.
Apêndice B: Segmentos das Tecnologias G#SS
145
Segmento Espacial: é composto atualmente por 29 satélites22. Cada satélite é
identificado pelo número do PRN (Pseudo Random #oise - código pseudo-aleatório)23: 1 a
11, 13 a 18, 20, 21 e 23 a 31, sendo quatro reservas. O sistema pode comportar até 31 satélites
na constelação. O satélite GPS transmite continuamente um sinal que contém informações que
permitem determinar a posição do satélite, sua distância a um usuário e o erro do relógio do
satélite. Os satélites estão dispostos em órbitas quase circulares a aproximadamente 20.200
km e um período de meio dia sideral (≈ 11 h 58 min 2 s). Estão arranjados em seis órbitas
inclinadas de aproximadamente 55° em relação ao plano equatorial. Possibilita cobertura
global e navegação tridimensional em relação a um sistema de coordenadas denominado
“Earth Centered Earth Fixed” (ECEF), sistema ortogonal com origem no centro da Terra.
Segmento de Controle: monitorar e manter a saúde operacional dos satélites,
monitorar as órbitas dos satélites, manter o tempo GPS, atualizar as mensagens de navegação
dos satélites, comandar manobras dos satélites para mantê-los em órbita e realocar satélites.
Estas são algumas das funções do segmento de controle.
Este segmento é formado por uma Estação de Controle Mestre (Master Control Station
- MCS) localizada na Base da Força Aérea de Schriever (Colorado Springs - Colorado,
Estados Unidos), cinco Estações Monitoras (Monitor Station - MS): Ascension Island
(Oceano Atlântico), Diego Garcia (Oceano Índico), Kwajalein (Pacífico Oeste), Colorado
Springs e Havaí (Oceano Pacífico). As estações monitoras são analisadas remotamente pela
Estação Mestre que fornece as funções de comando e controle.
Segmento de Usuário: O Segmento de Usuário é constituído por receptores de uso
civil e militar que recebem os sinais da constelação GPS para calcular posição em três
dimensões, velocidade do usuário e tempo GPS (PVT).
Atualmente, cerca de 20 milhões de pessoas, entre civis e militares, utilizam o GPS em 22 Para obter a atualização do número total de satélites em órbita, consulte: <http://www.navcen.uscg.gov/ftp/GPS/status.txt>. 23 PRN é um código pseudo-aleatório que também é usado para identificar o satélite.
Apêndice B: Segmentos das Tecnologias G#SS
146
aplicações como transporte terrestre (monitoramento de veículos e cargas, rotas otimizadas,
sistemas de emergência), transporte marítimo (aproximação de embarcações em
ancoradouros, rotas marítimas), navegação aérea, minas e telecomunicações. No Japão, cerca
de 3,8 milhões de telefones celulares já são equipados com receptor GPS desde 2003 (Prasad
& Ruggieri, 2005).
Serviços de Posicionamento
Dois tipos de serviços de posicionamento estão disponíveis aos usuários GPS: SPS e
PPS.
SPS (Standard Positioning Service): a acurácia de posicionamento do Serviço de
Posicionamento Padrão é fornecida apenas pela medida do código C/A (Coarse Acquisition
ou Clear Acquisition) transmitido na freqüência L1 (1.575,42 MHz). Com a remoção do sinal
SA (Selective Availability), a acurácia é de 10 m na horizontal e 15 m (95% de
disponibilidade) na vertical (Rupprecht, 2002).
PPS (Precise Positioning Service): Serviço de Posicionamento Preciso
exclusivamente de uso militar sob responsabilidade do Departamento de Defesa dos Estados
Unidos. Apresenta uma acurácia da ordem de 10 vezes maior em relação ao SPS e fornece
medidas baseadas no código P (Precision) transmitido em L1 e L2 (1.227,60 MHz).
B.3 GLO+ASS: Segmentos
Segmento Espacial: o segmento espacial do GLONASS será composto por 24
satélites distribuídos igualmente em três planos orbitais. Os satélites operam em órbitas
circulares a 19.100 km com inclinação de 64,8o (CSIC, 2006 e ICAO, 2005). Cada satélite
completa sua órbita em aproximadamente 11 horas e 15 minutos. A configuração geométrica
entre os satélites permite cobertura global e contínua na superfície da Terra. O lançamento do
Apêndice B: Segmentos das Tecnologias G#SS
147
último satélite GLONASS ocorreu em 26 de dezembro de 2004 e entrou em operação em 6 de
outubro de 2005 (CSIC, 2006).
Segmento de Controle: o segmento de controle do GLONASS (Fig. B.2) executa
funções de monitoramento de satélites e de controle, correção de parâmetros orbitais e envio
de dados de navegação. É formado por um Sistema de Controle Central (System Control
Center - SCC), Estações de Telemetria, Rastreamento e Controle (Telemetry, Tracking and
Control - TT&C), além de estações de enlace de subida espalhadas pelo país.
Fig. B.2 - Segmento de Controle do GLONASS (Revnivykh, 2005).
B.4 Galileo: Segmentos
Segmento Espacial: o sistema Galileo será composto por uma constelação de 30
satélites, sendo 27 ativos e 3 reservas, em três planos orbitais igualmente distribuídos e
espaçados. Os satélites estarão dispostos em órbitas circulares a uma altitude de 23.616 km,
inclinação orbital de 56o e um período de 14 horas e 22 minutos (Comissão Européia, 2006).
Segmento de Controle: o segmento terrestre será composto por: Centro de Controle
Galileo (Galileo Control Center - GCC), Estações de Sensores Galileo (Galileo Sensors
Stations - GSS), Estações de Enlace de Subida (Ground Up-Link Station - GUS) e uma Rede
Apêndice B: Segmentos das Tecnologias G#SS
148
de Área Global (Global Area #etwork - GAN) para conectar todos os elementos do segmento
(Fig. B.3).
Fig. B.3 - Segmentos do sistema Galileo.
Apêndice C: Informações Adicionais dos Sistemas de Acréscimo G#SS 149
Apêndice C
Informações Adicionais dos Sistemas de Acréscimo G+SS
C.1 Introdução
Este apêndice traz informações adicionais dos sistemas de acréscimo ABAS e SBAS
da tecnologia GNSS.
C.2 ABAS: Técnicas de Monitoramento de Integridade
O objetivo do conceito ABAS é melhorar e/ou integrar informações obtidas do
segmento espacial do GNSS com informações de bordo. Estas informações são necessárias
para garantir que o desempenho do sistema será capaz de atender aos requisitos de
desempenho do Anexo 10 da ICAO (Tabela 5.1). O conceito ABAS requer o uso de uma das
seguintes técnicas para cumprir os requisitos operacionais da aviação:
Receptor de Monitoramento de Integridade (Receiver Autonomous Integrity
Monitoring - RAIM) que faz uso exclusivamente de informação GNSS; ou
Aviônico de Monitoramento de Integridade (Aircraft Autonomous Integrity Monitoring
- AAIM) que utiliza informação adicional de sensores embarcados como altímetro
barométrico e sistema inercial.
C.2.1 RAIM
Padrões de certificação de aviônicos exigem a função RAIM para detectar falha (Fault
Detection – FD) nos sinais dos satélites e alertar o piloto. A disponibilidade RAIM é
determinada pelo número de satélites visíveis, pelo ângulo de máscara do receptor, pela fase
Apêndice C: Informações Adicionais dos Sistemas de Acréscimo G#SS
150
de vôo e pelo algoritmo usado. Para isto, mais de cinco satélites devem estar visíveis.
Com a Detecção e Exclusão de Falha (Fault Detection and Exclusion - FDE), os
satélites que apresentam falhas são excluídos do cálculo. A FDE requer seis ou mais satélites
em vista.
C.2.2 AAIM
Utiliza informações de sensores adicionais de bordo para fornecer dados de integridade
GPS e redundância de posições estimadas de múltiplos sensores para fornecer desempenho de
integridade que seja no mínimo equivalente à função RAIM. Um exemplo é o uso de um
sistema inercial como um verificador de integridade dos dados GNSS quando a técnica RAIM
estiver indisponível mas a informação de posicionamento continua válida.
C.3 Conceito SBAS
Nesta seção serão apresentadas informações adicionais das configurações WAAS,
EGNOS e MSAS e outras configurações SBAS em desenvolvimento.
C.3.1 WAAS
Para determinados usuários, atender aos parâmetros de navegação (requisitos RNP) é
essencial, principalmente para o caso de aproximação de precisão e pouso de aeronaves. As
características técnicas dos parâmetros RNP para o WAAS são definidas pelo US DOD/DOT
(1999) na Tabela C.1.
Tabela C.1 - Parâmetros R+P para WAAS.
Parâmetros R+P em rota +PA PA CAT I Acurácia (95%) 100 m 7,6 m Disponibilidade 0,99999 0,999
PHMI 10-7 / hora 4 x 10-8 / aproxim. Integridade Tempo de Alarme 8 s 5,2 s
Satélites Geoestacionários
Dois satélites da Inmarsat estão sendo utilizados no serviço WAAS de acordo com a
Apêndice C: Informações Adicionais dos Sistemas de Acréscimo G#SS
151
Fig. C.1(a): POR-E (Pacific Ocean Region-East) e AOR-W (Atlantic Ocean Region-West).
Estes satélites foram realocados para fornecer maior cobertura sobre os Estados Unidos, como
mostra a Fig. C.1(b).
(a) (b) Fig. C.1 - Cobertura dos satélites geoestacionários: (a) Localização dos satélites Inmarsat antes de fevereiro
de 2006; e (b) Localização dos satélites após março de 200624.
O início da capacidade operacional dos serviços WAAS L1/L5 foi marcado pelo
lançamento, em 8 de setembro de 2005, do satélite geoestacionário Telesat Anik F1R da
República do Cazaquistão. No dia 13 do mesmo mês, o segundo satélite, PanAmSat Galaxy
15, foi lançado de Kourou, Guiana Francesa25 (Fig. C.2).
Fig. C.2 - Nova cobertura dos satélites GEO WAAS fornecidos pela Telesat e pela PanAmSat26.
De acordo com estimativas, a Telesat e a PanAmSat começarão transmitindo um sinal
operacional WAAS entre final de 2006 e início de 2007, respectivamente, para garantir
continuidade da transmissão WAAS. Estes novos satélites geoestacionários fornecerão maior
cobertura do que o par de satélites da Inmarsat. A futura cobertura a ser oferecida pelos
24 Disponível em: <http://gps.faa.gov/programs/index.htm>. Acesso: 19/02/2006. 25 Disponível em: <http://gps.faa.gov/programs/waasnews.htm>. Acesso: 12/01/2006. 26 Disponível em: <http://gps.faa.gov/Library/Data/waas/Dec2004_2.doc>. Acesso: 10/01/2006
Apêndice C: Informações Adicionais dos Sistemas de Acréscimo G#SS
152
satélites se estenderá por todo o país. Assim, se uma falha ocorrer em um dos satélites, o outro
será capaz de prover cobertura em país todo.
C.3.2 EG+OS
Satélites Geoestacionários
O segmento espacial consiste de três satélites geoestacionários que fornecem cobertura
sobre a Europa, o Mediterrâneo e a África, como mostra a Fig. C.3 (Solari, 2003). A próxima
geração de satélites Inmarsat-4 terá um payload de navegação que fornecerá simultaneamente
serviços de transmissão ao usuário nas freqüências L1 e L5 do GPS.
Fig. C.3 - Área de cobertura dos satélites geoestacionários.
C.3.3 MSAS
Satélites Geoestacionários
Dentro do programa MSAS, o JCAB decidiu desenvolver o satélite MTSat (Multi-
functional Transport Satellite). O MTSat é multifuncional por assumir funções como AMSS
(Aeronautical Mobile Satellite Service), meteorológica e GNSS.
A missão aeronáutica do MTSat contribuirá com cada elemento do sistema CNS. O
satélite MTSat fornecerá comunicação direta entre piloto e controlador por voz e dados
Apêndice C: Informações Adicionais dos Sistemas de Acréscimo G#SS
153
(enlace digital de comunicação controlador-piloto: CPDLC), informações de acréscimo GPS e
capacidade de vigilância ADS. O sistema MTSat não somente será capaz de suprir
comunicações ATS oceânicas dentro de FIRs no Japão mas também para a comunidade da
aviação civil na região Ásia / Pacífico (Kondo et al., 2001).
Com o objetivo de prover serviço de navegação por satélite com alta integridade e
confiabilidade, o MSAS será configurado para ter dois satélites geoestacionários para oferecer
redundância suficiente e manter o desempenho operacional dos serviços ATC mesmo na
ocorrência de falhas em um dos satélites. As informações de acréscimo geradas pelo MSAS
incluem correções de erro nos satélites GPS, correções no atraso ionosférico e informação de
integridade dos satélites GPS (KASC, 2005).
Após o sucesso no lançamento do satélite MTSat-1R em 26 de fevereiro de 2005,
testes com sinais MSAS já foram realizados para ajustar o desempenho do sistema e verificar
se a informação de acréscimo atende aos requisitos de navegação RNP. A Fig. C.4 (a)
apresenta o novo satélite MTSat-1R em substituição ao satélite perdido na primeira tentativa
de lançamento em 1999 e a Fig. C.4 (b) mostra a área de cobertura do satélite MTSat-1R.
(a) (b)
Fig. C.4 - (a) Imagem do satélite MTSAT-1R27; e(b) Área de serviço dos satélites MTSAT (ICAO, 2001).
Missões aeronáuticas de cada satélite MTSat são designadas para tempo de serviço de
10 anos e satélites MTSat adicionais serão lançados em intervalos regulares para substituir os
já existentes (ICAO, 2001).
27
Disponível em: <http://www.mlit.go.jp/koku/04_hoan/e/serv/satellite/00.html>. Acesso: 22/02/06.
Apêndice C: Informações Adicionais dos Sistemas de Acréscimo G#SS
154
C.3.4 C-WAAS
C-WAAS (Canadian Wide Area Augmentation System) é uma extensão do sistema
WAAS norte-americano. É baseado em uma rede de estações de referência posicionadas no
território canadense que se conectam com a estação mestre da FAA nos Estados Unidos. A
Fig. C.5 traz a localização da primeira estação de referência instalada no Canadá em junho de
2005.
Fig. C.5 - Primeira estação de referência WAAS instalada em Gander, New Foundland, Canadá28.
Outras instalações internacionais serão implementadas em Goose Bay, no Canadá e
também na Cidade do México, Merida e Puerto Vallarta, no México, aumentando a área de
operação do WAAS. Neste plano de cooperação, a integração das estações de referência dos
Estados Unidos e de seus países vizinhos, Canadá e México, proporcionará a realização de
testes e análises de segurança do sistema WAAS. Estas estações de referência serão instaladas
no México e no Canadá em 2006, com previsão para entrarem em operação em 2007.
C.3.5 S+AS
O sistema de posicionamento de acréscimo SNAS (Satellite #avigation Augmentation
System) ou Beidou em chinês está sendo desenvolvido para disponibilizar cobertura regional
abrangendo a China e alguns países vizinhos. Terá como missão realizar posicionamento e
navegação de resposta rápida e enviar mensagem de comunicação em dupla direção (Wei et
al., 2004). Poderá ser utilizado em aplicações terrestres, marítimas e na aviação civil.
28
Disponível em: <http://gps.faa.gov/Library/Data/waas/June_2005_Gander.doc>. Acesso: 19/02/2006.
Apêndice C: Informações Adicionais dos Sistemas de Acréscimo G#SS
155
Evolução do S+AS
Em 1980, após considerar vantagens e desvantagens do sistema GPS, um grupo de
especialistas da China propôs o programa SNAS, um sistema de posicionamento rápido por
satélites que, apesar de apresentar baixa acurácia, era uma solução de baixo custo.
Assim, dois satélites foram lançados. O primeiro, denominado Beidou #avigation Test
Satellite-1 (BNTS-1), posicionado em 140°E foi lançado em 31 de outubro de 2000. O
segundo, BNST-2, posicionado em 110°E, foi lançado em 21 de dezembro de 2000. Um
terceiro satélite foi lançado como reserva em 25 de maio de 2003 (Prasad & Ruggieri, 2005).
Os satélites seguem uma órbita circular com inclinação de 60° em relação ao plano do
Equador a uma altitude 36.000 km (Fig. C.6).
Fig. C.6 - Área de cobertura do satélite do sistema Beidou (Xu, Deng e Huang, 2004).
C.3.6 GAGA+
A Índia iniciou o processo de implantação do sistema CNS/ATM com o
desenvolvimento do sistema SBAS denominado GAGAN (GPS Aided GEO Augmented
#avigation). A Organização de Pesquisa Espacial da Índia (Indian Space Research
Organization – ISRO) e a Autoridade Aeroportuária da Índia (Airports Authority of India -
AAI) uniram forças para estabelecer os segmentos espacial e de controle para atender às
operações CAT I, de forma semelhante ao sistema norte-americano WAAS.
A Índia planeja utilizar o sistema SBAS inicialmente em 40 aeroportos que necessitam
de capacidade de pouso CAT I no futuro próximo (Mathur, 2006). O novo sistema GAGAN
Apêndice C: Informações Adicionais dos Sistemas de Acréscimo G#SS
156
estará operacional a partir de 2007 (Deccan Herald, 2006).
Configuração do sistema de acréscimo GAGAN
O sistema de acréscimo indiano é formado por:
8 Estações de Referência (Indian Reference Station - INRES);
1 Centro de Controle de Missão Indiano (Indian Mission Control Center - INMCC);
1 Estação de Enlace de Subida (Indian #avigation Land Uplink Station - INLUS); e
1 Payload geosíncrono a bordo do satélite GSAT-4.
A Fig. C.7 ilustra a configuração preliminar do GAGAN.
Fig. C.7 - Arquitetura preliminar do GAGAN (Deccan Herald, 2006).
Operação do GAGA+
O principal objetivo é preencher a área não coberta entre os sistemas EGNOS europeu
e MSAS japonês. A Índia está localizada no eixo de rotas que conectam a Europa e o sudeste
da Ásia, apresentando grande vantagem em termos de importância estratégica e de mercado.
Um componente essencial do projeto GAGAN é o estudo do comportamento
ionosférico sobre a região da Índia. De modo semelhante ao Brasil, especial atenção tem sido
dada ao comportamento incerto da camada da ionosfera nesta região. O maior acontecimento
do programa será marcado pelo lançamento do primeiro payload de navegação no satélite
GSAT-4, que deverá ser lançado em julho de 2007 (Somasekhar, 2005).
Apêndice D: Fundamentos da #avegação via Satélite 157
Apêndice D
Fundamentos da +avegação via Satélite
D.1 Cálculo da posição do Usuário
O princípio básico de funcionamento do GNSS consiste em determinar as coordenadas
de posição do usuário a partir do conhecimento das coordenadas de posição de três pontos
(denominados “fixos”) e da distância entre o usuário e cada um dos fixos. Os fixos são os
satélites. Cada satélite envia um sinal digital informando sua posição. Portanto, é preciso
decodificar a mensagem dos satélites para obter as coordenadas de posição de cada “fixo”
(satélite). O usuário mede a distância a cada fixo através do tempo de propagação do sinal
transmitido pelo satélite (o satélite envia na mensagem digital o instante de transmissão da
mensagem e o usuário possui um relógio sincronizado com o relógio do satélite). Este tempo
de propagação do sinal é conhecido como tempo de chegada (Time of Arrival-TOA) e é
definido como na eq. (D.1):
TOA = Instante de tempo de chegada – Instante de tempo de transmissão (D.1)
Para medir o tempo de propagação do sinal transmitido, deve-se saber exatamente
quando o sinal partiu do satélite. Para isso os relógios do receptor e do satélite devem estar
sincronizados de modo que estejam gerando o código exatamente ao mesmo tempo. Assim o
receptor consegue saber quanto tempo o sinal levou para chegar até o receptor.
O método empregado na determinação de posição de usuário em sistemas GNSS é o de
trilateração, no qual os tempos de chegada dos sinais transmitidos pelos satélites são
mensurados. O conceito de trilateração é usado em sistemas de navegação por satélites para
fixar a posição do usuário em três dimensões (Prasad & Ruggieri, 2005, p. 26).
Apêndice D: Fundamentos da #avegação via Satélite
158
Assumindo-se que 3 satélites estão em vista, obtém-se 3 equações e 3 incógnitas e as
coordenadas (xU, yU e zU) do usuário podem ser determinadas. Contudo, são necessárias
medidas de no mínimo quatro satélites para que se possa obter a posição do usuário (latitude,
longitude, altitude e correção do relógio do receptor, ∆tU).
De modo geral, sabendo-se a exata posição de um satélite (fixo) em relação a um
usuário U, pode-se dizer que o usuário U encontra-se em alguma posição na superfície de uma
esfera (Fig. D.1). Utilizando-se um segundo satélite, pode-se afirmar que U está em algum
ponto na circunferência que se forma pela intersecção entre estas duas esferas (Fig. D.1).
Utilizando-se um terceiro satélite, pode-se afirmar que U está em um dos dois pontos que se
formam pela intersecção das três esferas. Considerando que uma das posições determinadas é
um valor improvável, pode-se encontrar o valor da posição de U. O erro de relógio do
receptor (∆tU) pode ser encontrado utilizando-se a medida de um quarto satélite.
Fig. D.1 - Posição do usuário caso tridimensional (Oliveira, 2003b)
O cálculo da distância entre cada satélite e o usuário é dado pela eq. (D.2):
Utc ∆+−+−+−= .)z(z)y(y)x(xd 2Ui
2Ui
2UiUi, , para i = 1,2, ... , k. (D.2)
Apêndice D: Fundamentos da #avegação via Satélite
159
A Fig. D.2 ilustra o cálculo da posição do usuário com a utilização de quatro satélites
em vista.
Fig. D.2 - Idéia básica do cálculo da posição do usuário.
D.2 Fontes de Erro do G+SS
O sinal do GPS se propaga em um canal (atmosfera) não homogêneo, dispersivo e
variável com o tempo, fazendo com que a velocidade de propagação, além de ser diferente da
velocidade de propagação no espaço livre, seja também variável com o tempo.
O tempo de chegada (TOA) ou tempo de propagação do sinal transmitido é traduzido
em distância através do cálculo de pseudodistâncias. A pseudodistância é a distância
geométrica do receptor ao satélite incluindo erros dos relógios do satélite, do receptor e outros
atrasos como por exemplo, os provocados pela atmosfera e multicaminho.
Para se analisar o efeito de erros na exatidão de posicionamento, presume-se que os
erros das diversas fontes possam ser transferidos para as pseudodistâncias de cada satélite,
resultando em um erro equivalente em seus valores.
A acurácia do valor de pseudodistância é expresso pelo UERE (User-Equivalent Range
Error). Para um dado satélite, o UERE é considerado como sendo a soma (estatística) de cada
fonte de erro associada ao satélite, supostas independentes, com o UERE composto
apresentando distribuição gaussiana com média zero e variância dada pela soma das
Apêndice D: Fundamentos da #avegação via Satélite
160
variâncias individuais de cada componente. Supõe-se normalmente que o UERE seja
independente e identicamente distribuído entre os satélites (Zandonadi, 2005).
Em termos do equivalente temporal, a pseudodistância corresponde à diferença entre a
leitura de tempo do relógio do receptor quando o sinal foi recebido e a leitura do relógio do
satélite quando o sinal foi enviado. Estas relações são vistas na Fig. D.3.
Fig. D.3 - Relações de equivalências temporais de medidas de distâncias.
Onde:
∆ t = equivalente temporal da distância geométrica (verdadeira);
Ts = tempo do sistema quando o sinal deixou o satélite;
Tu = tempo (teórico) do sistema quando o sinal deveria ter chegado no receptor sem
erros;
T ’u = tempo do sistema quando o sinal de fato chegou no receptor com atraso δ tD;
tu = desvio do relógio do receptor;
Ts + δ t = leitura do relógio do satélite quando o sinal deixou o satélite;
T ’u + tu = leitura do relógio do receptor quando o sinal chegou ao receptor;
δ t = desvio sistemático (offset) do relógio do satélite; e
δ tD = desvio de tempo total inserido por diversas fontes de erro (atmosfera,
multicaminho, ruídos do receptor, truncamentos, hardware, desvios intencionais).
A pseudodistância ρ medida entre os satélites em vista e o receptor é dada por:
tc ∆⋅=ρ (D.3)
Onde c é o valor da velocidade da luz no espaço livre igual a 299794258 m/s e ∆t é o
Apêndice D: Fundamentos da #avegação via Satélite
161
intervalo de tempo que o sinal levou para chegar ao usuário levando em consideração os erros
do sistema. Esta distância é diferente da distância geométrica r (distância real) que não leva
em consideração os erros do sistema. Segue que:
)()()()(
)()'()]()'[(
DusuusDu
ususuu
tttcTTcttcTtTc
ttcTTctTtTc
δδδδ
δδρ
+−+−=−+−+=
−+−=+−+= (D.4)
Porém, de acordo com a Fig. D.3, a distância geométrica (r) pode ser dada por:
)( su TTcr −= (D.5)
Desta forma tem-se que:
( ) ( ) ( )DuDusu tttcrtttcTTc δδδδρ +−⋅+=+−⋅+−⋅= (D.6)
E ainda, o desvio de tempo total inserido por diversas fontes de erro δ tD equivale a:
ε+δ+δ+δ+δ+δ+δ=δ tropionruidompSAefemD ttttttt (B.7)
Onde:
efemtδ = atraso equivalente devido ao erro das efemérides transmitidas;
SAtδ = atraso produzido pela degradação intencional do serviço SPS, conhecida como
Disponibilidade Seletiva ou SA (Selective Availability);
mptδ = atraso introduzido devido ao efeito de multicaminho (Multipath);
ruidotδ = atraso devido ao ruído e erros de processamento do receptor;
iontδ = atraso do sinal ao passar pela ionosfera;
troptδ = atraso do sinal ao passar pela troposfera; e
ε = erros não considerados.
Assim, substituindo-se a eq. (D.7) na eq. (D.6) obtém-se:
( ) ( ) εδδδδδδδρ +++++++−⋅+= tropionruidompSAefemu ttttttcttcr (D.8)
Os erros que afetam os cálculos de distâncias podem ser agrupados nas seis seguintes
classes (Parkinson & Spilker Jr, 1996a):
Apêndice D: Fundamentos da #avegação via Satélite
162
Erro de Efemérides: Ocorre quando a mensagem enviada pelo GPS não transmite a
posição correta do satélite. As informações de posição do satélite são transmitidas através das
efemérides calculadas e parâmetros orbitais transmitidos para o cálculo da órbita dos satélites,
atualizados de duas em duas horas.
Erro do Relógio do Satélite: A maior fonte de erro do relógio do satélite era
proveniente do sinal SA (Selective Availability – Disponibilidade Seletiva) introduzido pelo
DoD com o objetivo de impedir que o GPS fosse utilizado por forças hostis. O sinal SA insere
um erro intencional nas mensagens de efemérides e na correção do relógio do satélite,
resultando em um erro adicional na determinação de pseudodistância. Porém, o DoD começou
a desativar este sinal no dia 1 de maio de 2000 e deverá ser totalmente desativado até 2006.
Atualmente, é possível obter melhor precisão nas medidas. Os satélites do sistema GPS
possuem 3 relógios atômicos para garantir a confiabilidade do sistema e são de grande
acurácia (Rubídio, 10-11 s a 10-12 s e Césio, 10-12 s a 10-13 s). Por exemplo, uma medida de
erro em torno de 10-8s equivale a aproximadamente 3,50 m (Parkinson & Spilker, 1996a).
Erro da Ionosfera: A região próxima ao equador geomagnético, localizada entre -20º
e +20º de latitude geomagnética, é caracterizada por uma anomalia no comportamento
ionosférico denominada Anomalia Equatorial Ionosférica (AEI), como ilustra a Fig. D.4 (a).
A AEI, caracterizada por picos de VTEC (Vertical Total Electron Content - Conteúdo
Eletrônico Total Vertical), é resultado da difusão dos elétrons ao longo de uma linha
magnética. Este fenômeno está relacionado com a atividade solar e um dos índices analisados
é o Kp (Índice planetário que representa a atividade geomagnética). A Fig. D.4 (b) mostra o
mesmo conteúdo eletrônico em formato 3D e os picos na figura indicam a presença da
anomalia equatorial (Oliveira et al., 2004). O trabalho de Oliveira (2003b) aborda a AEI.
Apêndice D: Fundamentos da #avegação via Satélite
163
(a) (b) Fig. D.4 - Mapa Global VTEC durante um período de tempestade solar: (a) Formato 2D; e (b) Formato 3D.
Erro da Troposfera: A velocidade de propagação do sinal GPS na camada da
troposfera é inferior a velocidade da onda eletromagnética no espaço livre. Variações em
temperatura, pressão e umidade podem contribuir para variações nesta velocidade. Estas
variações foram estudadas por Balvedi (2006) para avaliar a influência dos dutos
troposféricos, um comportamento anômalo que pode prejudicar operações de aproximação e
pouso em aeroportos localizados próximos ao litoral.
Erro de Multicaminho: Além do sinal de visada direta, um receptor GPS pode
receber sinais provenientes de reflexão e difração, sendo esses sinais denominados de
Multicaminho. Este sinal, além de apresentar um atraso adicional em relação ao de visada
direta, pode também sofrer um Doppler adicional se o objeto no qual foi refletido estiver em
movimento (Gonçalves & Walter, 2005). O trabalho de Castro (2006) mostra a utilização do
algoritmo adaptativo LMS (Least Mean Square) para minimização do erro de multicaminho.
Erro no Receptor: Diversos tipos de erro podem estar associados ao receptor, em
especial, pode-se citar o método usado para conversão analógico-digital, influenciado
principalmente pelos processos de quantização e amostragem adotados, desvios entre canais,
efeito de ruído térmico, além das condições de operação do usuário, como por exemplo, em
operações em alta dinâmica de vôo de uma aeronave.
Apêndice D: Fundamentos da #avegação via Satélite
164
Diluição de Precisão (DOP)
Além destes erros, existe também o erro associado à geometria satélites/receptor
conhecido como Diluição de Precisão (Dilution of Precision - DOP).
O fator DOP é dado por:
2
2
UERE
i
iDOPσ
σ≅ (D.9)
Onde i representa as direções dos eixos do sistema de coordenadas (x, y ou z); 2iσ é a
variância dos erros nas direções dos eixos e 2UEREσ é a variância do UERE (User Equivalent
Error - Erro equivalente na distância do usuário) associado aos satélites (Rosa et al., 2000 e
Rosa, 2006).
Definições e relações de DOPs são mostradas no trabalho de Zandonadi (2005) e
podem ser encontradas também em Kaplan (1996, p. 261), Parkinson & Spilker Jr. (1996a, p.
474) e em Strang & Borre (1997, p. 462-463).
O erro estimado para o desempenho de posicionamento horizontal do GPS é mostrado
na Tabela D.1. Observa-se que após a remoção da degradação SA, o atraso ionosférico tem
maior contribuição entre as fontes de erro.
Tabela D.1 - Modelo de erros padrão em GPS – Código C/A (Fonte: Prasad & Ruggieri, 2005, p. 55).
Erro com um sinal (m) Fonte de erro
com SA sem SA
Erro com dois sinais (m)
SA 24 0 0 Troposfera 0,2 0,2 0,2 Ionosfera 7,0 7,0 0,1 Relógio e dados de efemérides
2,3 2,3 2,3
Ruído do receptor 0,6 0,6 0,6 Multicaminho 1,5 1,5 1,5 UERE Total 25,0 7,5 2,8 HDOP (típico) 1,5 1,5 1,5 Acurácia horizontal 75,0 22,5 8,5
O uso de receptores de dupla freqüência proporcionará medidas de posicionamento
com maior acurácia comparadas com a utilização de receptores de uma freqüência.
Glossário 165
Glossário
As definições de termos técnicos e acrônimos fornecidas neste glossário devem ser
vistas como um auxílio ao entendimento geral deste trabalho pelo leitor e não expressa a
opinião de nenhum órgão como ANAC, DECEA ou ICAO.
AAIM Aircraft Autonomous Integrity Monitoring. Técnica que utiliza informação
adicional de sensores embarcados como altímetro barométrico e sistema inercial. ABAS Aircraft-Based Augmentation System. Sistemas e equipamentos a bordo de uma
aeronave capazes de fornecer acréscimos de navegação através de técnicas de monitoramento de integridade.
Acurácia
Acurácia de posição é a diferença entre a posição estimada e a posição verdadeira de uma aeronave.
ADF Automatic Direction Finder ou Localizador Automático de Direção. Sistema
aviônico utilizado para determinar a direção de uma estação, podendo ser um radiofarol não direcional (NDB) ou qualquer estação de radiodifusão em AM.
ADS-B Automatic Dependent Surveillance-Broadcast. Técnica de vigilância na qual uma
aeronave fornece automaticamente dados como posição 4-D, identificação, velocidade, altitude, tipo de manobra e intenção de vôo.
AEI Anomalia Equatorial Ionosférica. A região próxima ao equador geomagnético é
caracterizada por uma anomalia no comportamento ionosférico. Está relacionado com a atividade solar e provoca erros na medida GNSS.
ATM Gerenciamento de Tráfego Aéreo. Inclui serviços de tráfego aéreo, gerenciamento
de fluxo de tráfego e de espaço aéreo com o objetivo de capacitar pilotos a cumprirem o tempo de decolagem e pouso planejados em perfis de vôo adequados.
Benchmarking Processo contínuo de comparação de produtos, serviços e práticas empresariais entre
os mais fortes concorrentes. Neste trabalho, a realização de um benchmarking visa identificar principais tecnologias e procedimenos que farão parte do setor aeronáutico nos próximos anos dentro do cenário brasileiro.
CAT I Categoria I. Operação com altura de decisão de 60 m e visibilidade de 800 m. É o
tipo mais comum. CAT II Categoria II. Operação com altura de decisão de 30 m e visibilidade de 400 m. No
Brasil, apenas os aeroportos de Guarulhos e do Galeão operam em CAT II. CAT III Categoria III. Operação com altura de decisão zero e visibilidade que se divide em:
CAT III A: visibilidade mínima de 200 m. CAT III B: visibilidade mínima de 50 m. CAT III C: visibilidade zero.
C+S Comunicação, +avegação e Vigilância. Sistema que inclui as funções de
comunicação, navegação e vigilância necessárias no processo de se conduzir uma aeronave de forma segura e eficiente ao seu destino.
C+S/ATM Comunicação, +avegação, Vigilância/Gerenciamento de Tráfego Aéreo.
Glossário
166
Conceito criado pela ICAO em 1991 com o objetivo de estimular o desenvolvimento de tecnologias via satélite para uso em CNS e atender às necessidades de ATM, como eficiência, capacidade e segurança do sistema de transporte aéreo.
Continuidade Probabilidade de um sistema operar sem interrupção durante todo o curso da
operação planejada. DG+SS Differential Global +avigation Satellite System. Acréscimo do GNSS para
determinar erros de posição de uma ou mais estações com localizações conhecidas e, posteriormente, transmiti-los aos usuários para aumentar a acurácia de posição.
Disponibilidade
Porcentagem de tempo que os serviços de um sistema de navegação podem ser usados em uma área de cobertura específica.
DME Distance Measurement Equipment ou Equipamento Medidor de Distância.
Formado por equipamentos em solo e embarcado que fornecem informação de distância para operações em rota e área terminal.
DOP Dilution Of Precision ou Diluição de Precisão. Erro associado à geometria
satélites/receptor. FA+S Future Air +avigation System. Comitê nomeado pela ICAO para identificar
potenciais tecnologias para compor a navegação aérea futura. FIS-B Flight Information Services-Broadcast. Serviços de informação de vôo e
condições meteorológicas ao piloto. Free Flight Capacidade de operação de vôo segura e eficiente sob uso de IFR, nas quais
operadores têm liberdade de escolher rota e velocidade em tempo real. GBAS Ground-Based Augmentation System. Sistema instalado nas proximidades de
aeroportos para complementar o serviço de posicionamento do GNSS e fornecer melhores níveis de serviço nas fases de vôo de aproximação de precisão, operações de solo e decolagem dentro de uma área de cobertura.
Galileo Sistema de navegação global baseado na transmissão de sinais via satélite, em
desenvolvimento pela Comunidade Européia, tem previsão para entrar em operação a partir de 2010.
GLO+ASS Global +avigation Satellite System. Sistema de navegação global baseado na
transmissão de sinais via satélite, operado e mantido pela Federação Russa desde 1996.
G+SS Global +avigation Satellite System. Sistema de cobertura global para determinação
de posição e tempo que inclui uma ou mais constelações de satélites, aviônicos, sistemas de monitoramento de integridade e sistemas de acréscimo necessários para dar suporte na aviação. É composto pelo GPS, GLONASS e pelo futuro Galileo.
GPS Global Positioning System. Sistema de navegação global baseado na transmissão de
sinais via satélite, operado e mantido pelos Estados Unidos desde 1994. GRAS Ground-based Regional Augmentation System. Sistema de acréscimo GNSS de
ampla cobertura que utiliza estações de VHF em solo em sua configuração básica para apoio às operações em rota até NPA. Os primeiros ensaios deste sistema estão sendo realizados pela Austrália.
ILS Instrument Landing System. Sistema composto por transmissores em solo e
receptores a bordo de aeronaves que, em conjunto, fornecem guiagem para aproximação de precisão e pouso.
Integridade
Capacidade de um sistema fornecer avisos ao usuário quando o sistema não deve ser usado para uma operação de vôo.
Glossário
167
+DB +on-Directional Beacon. Estação de rádio que transmite sinais não direcionais a
partir dos quais o piloto de uma aeronave adequadamente equipada pode determinar a direção do sinal transmitido pela estação.
+PA +on-Precision Approach. Procedimento padrão de aproximação por instrumento
com guiagem lateral somente. Equipamentos como VOR, LORAN-C e NDB oferecem esta função.
PA Precision Approach. Procedimento padrão de aproximação por instrumento com
guiagem lateral e vertical. É fornecida pelo ILS. PPS Precise Positioning Service. Sinais de navegação GNSS reservados para uso militar.
PR+ Pseudo Random +oise ou Código pseudo-aleatório. Seqüência previsível de 1s e de -1s que pode ser reproduzida em um intervalo de tempo. O código PRN também é usado para identificar o satélite.
PS Pseudo-satélite. Transmissor situado em solo, ou próximo, projetado para enviar
sinais GNSS compatíveis com o propósito de melhorar acurácia, integridade, confiabilidade e disponibilidade do sistema.
Pseudo-
distância
Distância geométrica do receptor ao satélite incluindo erros dos relógios do satélite, do receptor e outros atrasos como, por exemplo, os provocados pela atmosfera e por multicaminho.
PSR Primary Surveillance Radar ou Radar de Vigilância Primário. Sistema terrestre
que utiliza sinais de rádio para determinar a posição de uma aeronave. RAIM Receiver Autonomous Integrity Monitoring. Técnica através da qual um receptor
GNSS determina a integridade dos sinais de navegação GNSS independente de sistemas externos.
R+AV aRea +AVigation ou +avegação de Área. Método de navegação que permite uma
aeronave operar em qualquer trajetória desejada, dentro da cobertura de auxílios de referência ou dos limites da capacidade dos sistemas autônomos de navegação.
R+P Required +avigation Performance. O conceito RNP especifica desvios laterais
com acurácia de desempenho de navegação necessária para operar dentro de um espaço aéreo definido em um nível apropriado de vôo.
RVSM Reduced Vertical Separation Minimum ou Separação Vertical Mínima
Reduzida. Redução da separação vertical mínima de 2.000 pés para 1.000 pés entre FL 290 e FL 410. No Brasil, a RVSM foi implementada em janeiro de 2005.
SATS Small Aircraft Transportation System. Conceito desenvolvido pela NASA em
conjunto com a FAA com o objetivo de desenvolver tecnologias que viabilizem a criação de um sistema de transporte aéreo mais ágil e com redução de custos.
SBAS Space-Based Augmentation System. Sistema de acréscimo GNSS de ampla
cobertura que utiliza satélites geoestacinários em sua configuração básica para apoio às operações em rota até NPA. Diversos sistemas estão em desenvolvimento, entre eles: WAAS (Estados Unidos), EGNOS (Comunidade Européia), MSAS (Japão), SNAS (China), C-WAAS (Canadá) e GAGAN (Índia).
Sistemas de
Acréscimo
Também conhecido como Sistemas de Aumentação, visam melhorar os requisitos de desempenho de navegação das tecnologias GNSS, uma vez que estas não podem ser usadas como meio primário de navegação aérea. Os sistemas atualmente existentes são: ABAS, GBAS, GRAS e SBAS.
SPS Standard Positioning Service. Sinais de navegação GNSS de uso civil.
Glossário
168
SSR Modo S Secondary Surveillance Radar Mode S ou Radar de Vigilância Secundário Modo S. Enquanto uma estação SSR tradicional interroga todas as aeronaves em sua região de alcance, uma estação SSR Modo S (Selective) estabelece interrogação seletiva e endereçada com uma aeronave dentro de sua cobertura, fornecendo melhor desempenho ao sistema de vigilância do espaço aéreo.
SVS Synthetic Vision System. Tecnologia de navegação que gera imagens 3D foto-
realísticas do ambiente externo sobre o qual a aeronave sobrevoa ou taxia através de informações coletadas pelos sensores da aeronave e de um banco de dados de mapeamento 3D da superfície terrestre.
SWOT Strengths, Weaknesses, Opportunities e Threats. Ferramenta de gestão muito
utilizada por empresas privadas e instituições como parte do planejamento estratégico de negócios para avaliar os pontos fortes, os pontos fracos, as oportunidades e os riscos de uma organização no mercado onde atua. Neste trabalho, a aplicação da análise SWOT será do ponto de vista de: vantagens, desvantagens, oportunidades e riscos que uma tecnologia ou sistema podem proporcionar no setor da aviação.
TCAS Traffic and Collision Avoidance System. Equipamento aviônico computadorizado
projetado para reduzir riscos de colisão aérea entre aeronaves. Monitora o espaço aéreo ao redor da aeronave, independente de ATC, e avisa o piloto da presença de outra aeronave que pode representar riscos de colisão.
TIS-B Traffic Information Services-Broadcast. Envio de informação de tráfego do centro
ATC não equipado com ADS-B ao piloto. UAV Unmanned Aerial Vehicle ou Veículo Aéreo +ão Tripulado. Denominado VANT
no Brasil, é definido como veículo aéreo que não carrega operador humano, pode voar independentemente ou ser pilotado remotamente. Diversos países estão investindo recursos para dominar esta tecnologia voltada a aplicações civis.
VLJ Very Light Jet. Aeronaves de pequeno porte e custo reduzido com objetivo de
utilizar tecnologias que viabilizem a criação de um sistema de transporte aéreo mais ágil e que permita maior liberdade de operação aos usuários como, por exemplo, viabilizando conceitos como Free Flight.
VOR Very High Frequency Omnidirectional Range. Sistema de navegação aérea que
transmite sinais de direção para aeronaves em rota entre duas estações VOR transmissoras.
FOLHA DE REGISTRO DO DOCUMENTO
1. CLASSIFICAÇÃO/TIPO
TM
2. DATA
06 de março de 2007
3. DOCUMENTO N°
CTA/ITA-IEE/TM-001/2007
4. N° DE PÁGINAS
168 5. TÍTULO E SUBTÍTULO:
Tecnologias de navegação aérea por GNSS e DGNSS para operação CNS/ATM: aplicações para o Brasil
6. AUTOR(ES):
Amália Massumi Chujo 7. INSTITUIÇÃO(ÕES)/ÓRGÃO(S) INTERNO(S)/DIVISÃO(ÕES): Instituto Tecnológico de Aeronáutica. Divisão de Engenharia Eletrônica e Computação – ITA/IEE
8. PALAVRAS-CHAVE SUGERIDAS PELO AUTOR:
1. CNS/ATM; 2. GNSS; 3. Sistemas de acréscimo; 4. ADS-B; 5. Futuras tecnologias 9.PALAVRAS-CHAVE RESULTANTES DE INDEXAÇÃO:
Controle de tráfego aéreo; Sistemas de navegação por satélites; Auxílios à navegação; Inovações tecnológicas; Telecomunicações; Engenharia eletrônica 10. APRESENTAÇÃO: X +acional Internacional
ITA, São José dos Campos, 2007, 168 páginas.
11. RESUMO:
A navegação aérea por meio de equipamentos convencionais como NDB, VOR, DME e ILS está saturada
na estrutura atual. Estes equipamentos apresentam desempenho de navegação limitado e custos de
aquisição e operação expressivos. Por outro lado, as tecnologias GNSS têm se destacado como um
caminho promissor para a implantação do sistema CNS/ATM e para novas aplicações na aviação.
Dentro de uma abordagem holística (integrada) foi estudado o desenvolvimento de um sistema de
navegação aérea por GNSS (GPS, GLONASS e Galileo) e de sistemas de acréscimo (ABAS, GBAS,
SBAS e GRAS). Avaliaram-se como os diversos participantes do setor aéreo (stakeholders) interagem
neste ambiente dinâmico para: 1) solucionar os desafios enfrentados pelo sistema de transporte aéreo
(garantir segurança e aumentar capacidade) e 2) conseguir oferecer um sistema de navegação confiável
com boa relação custo-benefício.
Diversos países têm investido em pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias em GNSS (Galileo,
modernização do GPS, GAGAN, MSAS) e em tecnologias inovadoras dependentes do GNSS (ADS-B,
SVS, UAV). Um benchmarking destas tecnologias foi feito para identificar quais destas poderiam ser
desenvolvidas e implantadas no Brasil em parcerias entre instituições de pesquisa, empresas e órgãos
governamentais.
Por fim, é apresentada uma proposta para o sistema de navegação aérea nacional com base nos conceitos
GBAS e GRAS aliados à tecnologia ADS-B. Foi incluída também uma análise do sistema proposto em
termos de vantagens, desvantagens, oportunidades e riscos (análise SWOT).
12. GRAU DE SIGILO:
(X ) OSTE+SIVO ( ) RESERVADO ( ) CO+FIDE+CIAL ( ) SECRETO