ENR 4.3 GERVIHNATTALEIÐSÖGUKERFI (GNSS)

 

ENR 4.3.1 GNSS kerfi í notkun fyrir flugleiðsögu í BIRD FIR

Nafn gervihnattaleiðsögukerfis/
Name of GNSS element

Tíðni/
Frequency

Útbreiðslusvæði/
Coordinates
Nominal SVC area
Coverage area

Athugasemdir/
Remarks

1
2
3
4
GLOBAL POSITIONING SYSTEM (GPS)
1575.42 KHZ
640728.80N   0215615.60W
BIRD FIR
Operated by USA

ENR 4.3.2 WGS-84

ENR 4.3.2.1 Inngangur

Árið 1989 ákvað ICAO að nota skyldi eitt alheimshnitakerfi fyrir alla flugleiðsögu. Það hnitakerfi er kallað „World Geodetic System 1984“ (WGS-84). Notkun WGS-84 var æskileg vegna tilkomu GPS-grunnaðfluga árið 1998 og nauðsynlegur undanfari nákvæmnisaðflugs- og farflugsleiðsögu byggðri á gervihnattaleiðsögu.
ICAO setti sem skilyrði að öll hnit fyrir flugleiðsögu yrðu færð yfir í WGS-84 og gefin út fyrir 1. janúar 1998. Síðan þá hafa öll hnit notuð í flugi verið sett fram á LAT/LON formi í WGS-84.
Framkvæmd WGS-84 áætlunarinnar fyrir Evrópu var stýrt af EUROCONTROL. Stofnunin veitti leiðsögn en ábyrgð framkvæmdarinnar lá hjá hverju ríki fyrir sig.
Flugmálastjórn og Landmælingar Íslands sáu um mælingar á hnitum í WGS-84 fyrir flug á Íslandi á sínum tíma en nú fer Isavia með þessa ábyrgð. Öll aðflugstæki, flugvellir og vörður hérlendis hafa verið mældar inn í WGS-84 hnitkerfið, í flestum tilvikum með GPS tækni.

ENR 4.3.2.2 Hvað er WGS-84?

WGS-84 (World Geodetic System 84) er alheimshnitakerfi sem var upprunalega hannað fyrir GPS notkun.
Upphafspunktur WGS-84 hnitakerfisins er í massamiðju jarðar. Z-ás hnitakerfisins hefur sömu stefnu og snúningsás jarðar. En X og Y-ásar eru hornréttir á hann og skilgreina miðbaug með Y-ás hornréttan á X-ás til að uppfylla „hægri handar reglu“. XZ planið skilgreinir síðan 0° lengdarbauginn sem fer í gegnum bæinn Greenwich í Englandi. Sporvala var skilgreind til að auðvelda reikninga eftir yfirborði jarðar. Miðja sporvölunnar er í massamiðju jarðar og líkir hún eins vel og hægt er eftir yfirborði jarðar. Lengd, breidd og hæð eru síðan reiknuð út frá henni. Með því að nota WGS-84 hnitakefið fást hnit í sama hnitakerfi alls staðar á jörðinni. Þetta er mikilvægt í alþjóðlegri flugstarfsemi þar sem staðsetning kemur við sögu.
Skýringarmynd 1
 
Myndskýring: Sporvala með hnitakerfi í (X, Y, Z). 
Algeng framsetning á þessum hnitum er að gefa staðsetningu út frá yfirborði sporvölunar með lengd, breidd og hæð (j, l, h).
Þegar talað er um hæð (e.elevation) punkts eða hlutar miðað við WGS-84 hnitkerfið er því lýst hæð yfir stærðfræðilegri sporvölu sem fylgir skilgreiningu hnitakerfisins. Þessi sporvala er besta stærðfræðilega námundun að yfirborði jarðar sem hægt er að lýsa í einföldu sporvöluformi. Þetta leiðir af sér að sums staðar á jörðinni er hæð við sjávarmál ýmist undir yfirborði sporvölunnar (við miðbaug) eða yfir yfirborði sporvölunnar (á norður og suðurhveli).
Til að lýsa nánar hæð punkts eða hlutar yfir meðalsjávaryfirborði er útbúin svokölluð geóíða eða jafnmáttarflötur, sem er stærðfræðilegur flötur sem tekur mið af breytingum í aðdráttarafli jarðar á hverju landssvæði. Earth Gravity Model 1996, eða EGM96 sem var mælt upp með gervihnöttum árið 1996 er alheimsmódel sem notað er í fluginu til að lýsa hæð yfir meðalsjávarmáli (MYS=metrar yfir sjó eða MSL=mean sea level).
Hæð punkts eða hlutar er því hægt að gefa upp á nokkra mismunandi vegu.
Dæmi um það er að finna á næstu mynd.
Skýringarmynd 2
 


 
Skýringar:
  1. Hæð flugvélar yfir jörðu.
  2. Hæð flugvélar yfir meðal sjávaryfirborði/geoíðu (MSL).
  3. Hæð flugvélar yfir sporvölu (ellipsoid).
  4. Hæð jarðar yfir geoíðu.
  5. Hæð geoíðu yfir/undir sporvölu.
Ath.: Meðalsjávaryfirborð er einnig kallað geoíða en það er útvíkkun þess undir landi.
Algengt er í flugtengdri starfsemi að báðar þessar hæðir séu gefnar upp fyrir punkta í WGS-84 hnitum, yfir ellipsu og MSL (þá átt við WGS-84 ellipsu og EGM96 geóíðu), og auk þess sé tilgreindur mismunur milli geoíðu og sporvölu fyrir hvern punkt. Á Íslandi er þessi mismunur að jafnaði rúmlega 60 m.

ENR 4.3.2.3 Nákvæmni

Þau hnit sem gefin voru út fyrir 1998 voru mis nákvæm. Sum voru tekin af kortum, önnur mæld út frá gamla landskerfinu (HJÖ-55) og enn önnur út frá staðbundnum hnitakerfum sveitafélaga. Auk þess er svo um 40 m skekkja á milli Hjörsey-55 (gamla landskerfið og kort) og WGS-84. Við mælingar inn í WGS-84 var m.a. Ísnet-93 landshnitakerfið notað til að tengja inn eldri mælingar við WGS-84 kerfið ásamt því að nýmælingar voru framkvæmdar í báðum þessum kerfum. Í flugleiðsögu er miðað við EGM 96 geóíðu fyrir mælda hæð yfir meðalsjávarmáli eins og áður er lýst.
Gerð er krafa um að nákvæmni mælinga í WGS-84 fyrir flugleiðsögu sé að lágmarki skv. eftirfarandi töflu:
  Notkun staðsetninga
Use in phase of flight
Hlutir sem þarfnast nákvæmra útgefina gagna (1)
Facilities requiring aeronautical data quality (1)
Nákvæmni
Accuracy
1 Leiðarflug
Enroute
NDB 100 m
2 Að- og fráflug grunnaðflug
Terminal area and departure, non augmented GNSS
DME/N, TACAN, VOR, VORTAC, VOR/DME, LOCATOR,
ILS Localizer þar sem það er notað fyrir hliðrað aðflug. (1) DME/N, TACAN, VOR, VORTAC, VOR/DME,LOCATOR,
ILS Localizer where used for offset flight
30 m
3 Leiðareftirlit Lokaaðflug
Enroute surveillance
Radar 10 m
4 (Nákvæmnis, allar tegundir)
Precision approach
DME/P
ILS Localizer, Glide Slope
3 m
5 Lendingar og flugtök
Landing and takeoff
Miðlína og þröskuldar flugbrautar
Runway centre line and thresholds
1 m
6 Hnitavarpanir innbyrðis
Coordinate system transformations
Landmælinganet flugvallar
Airport reference system
10 cm
Athugasemdir / Comments:
1) Sjá nánar gögn Alþjóða flugmálastofnunarinnar ICAO Doc 9674: WGS-84 manual
    See also International Civil Aviation Organization ICAO Doc 9674: WGS-84 manual


 
Isavia hefur kosið að mæla öll flugleiðsöguvirki með mestri mögulegri nákvæmni á hverjum tíma og eins og aðstæður leyfa hverju sinni og því er nákvæmni staðsetninga ofangreinds búnaðar nokkuð meiri hérlendis en taflan að ofan tilgreinir.

ENR 4.3.3 RAIM spáskeytadreifing Isavia

ENR 4.3.3.1 Inngangur

RNAV(GNSS) grunnaðflug hafa verið gefin út fyrir marga flugvelli á Íslandi og fleiri eru væntanleg. Isavia veitir flugmönnum spáupplýsingar um heilleika GPS kerfisins (Receiver Autonomous Integrity Monitoring, RAIM) skv. viðmiðunarreglum ICAO.
Miðað er við að flugmaður skuli fyrir brottför hafa aðgang að RAIM spáupplýsingum á því svæði sem stefnt er að lendingu á með GNSS grunnaðflugsleiðsögu. Þess vegna veitir Isavia RAIM spáskeytaþjónustu í samvinnu við Deutsche Flugsicherung (DFS) sem sinnir flugumferðar- og leiðsöguþjónustu í Þýskalandi. Upplýsingar um núverandi RAIM spár eru aðgengilegar á heimasíðu Isavia: http://www.isavia.is/c einnig er þeim dreift á AFTN kerfinu til þeirra aðila sem eru tengdir inn á það kerfi.

ENR 4.3.3.2 GPS og RAIM kynning

GPS er kerfi gervihnatta á sporbaugum umhverfis jörðina, að lágmarki samsett úr 24 gervihnöttum (í maí 2013 voru um 32 hnettir með varahnöttum á lofti), á 6 sporöskjulaga brautum. Þessar brautir teygja sig upp á 55° norðlægrar og suðlægrar breiddar. Til þess að notendur geti staðsett sig með aðstoð þessa kerfis, þarf merki frá að lágmarki 4 GPS hnöttum en RAIM krefst notkunar á að lágmarki 5 hnöttum til þess að geta reiknað út heilleika (6 hnetti ef um svokallað Fault Detection and Exclusion, FDE, er að ræða).
Ef GPS móttakarinn er tengdur hæðarmæli (baro-aided) fækkar gervihnöttum vegna RAIM útreikninga um einn. Þessir 5 hnettir verða einnig að vera þannig staðsettir á himinhvolfinu að notandi geti staðsett sig með lágmarks nákvæmni og eru m.a. notaðar stærðir svo sem Dilution of Precision (DOP) í það skekkjumat sem fram fer í viðurkenndum GPS aðflugstækjum flugvéla. Fari svo að þessari nákvæmni sé ábótavant, munu viðurkennd GPS aðflugstæki tilkynna flugmanni að RAIM sé ekki í lagi og að flugmaður geti ekki flogið aðflug að flugvelli skv. GPS. Gerist þetta skal flugmaður tilkynna það til næstu flugumferðarþjónustudeildar og hætta við RNAV(GNSS) aðflug og velja milli þess að hefja biðflug, snúa til varaflugvallar og/eða leita annarra leiða til lendingar (hefðbundin aðflugstæki).

ENR 4.3.3.3 RAIM spár

Spárnar sem Isavia býður flugmönnum og flugrekendum upp á eru fyrir 18 flugvelli á Íslandi:
BIAR BIBD BIDV BIEG BIGJ BIGR BIHK BIHN BIHU
BIIS BIKF BIKR BINF BIRK BIRL BITN BIVM BIVO


 
14 flugvelli á Grænlandi:
BGAA BGCO BGGH BGJN BGKK BGMQ BGMV BGNO BGQQ
BGSF BGSS BGTL BGUK BGUQ        


 
ásamt flugvöllunum í Færeyjum (EKVG) og á Jan Mayen (ENJA). Ef spá berst um að nákvæmni sé ábótavant, innan Reykjavik FIR og/eða Reykjavik CTA, verður gefið út NOTAM.

ENR 4.3.3.4 Uppbygging RAIM spáskeyta

RAIM spá er gefin út a.m.k. einu sinni á sólarhring en ef breytingar verða á spátímanum, er reiknuð út ný spá sem yfirtekur áður reiknaða spá og fellur sú gamla þá úr gildi. Þrátt fyrir þetta er gildistími hverrar spár allt að 72 klst. frá því að hún er gefin út. Þetta þýðir að verði engar breytingar á því umhverfi sem spáin byggir á, má búast við því að treysta megi á spána í að hámarki þrjá sólarhringa.
Alltaf er mælt með því að flugmenn séu með nýjustu RAIM spár við hendina.
Form spáskeyta er sýnt með tveimur eftirfarandi dæmum
Dæmi 1:
 

2013-05-21 8:00:00.
GPS RAIM PREDICTION FOR BIBD UNTIL 23 May 08:10 : NO GPS RAIM OUTAGES.


 

 
Í þessu skeyti er ekki spáð neinum vandræðum með RAIM á spátímanum fyrir Bíldudalsflugvöll (BIBD):
Dæmi 2:
Í eftirfarandi skeyti er spáð fyrir GPS truflunum á næstu 48 klukkustundum eftir gildistöku þessarar spár. Við nánari skoðun má sjá að spáð tímabilið er þann 23. maí frá klukkan 09:11 til klukkan 10:14.
 

GPS RAIM PREDICTION FOR BIKF.
UNTIL 23 May 08:10: 05230911 TIL 05231014 GPS RAIM UNAVBL FOR NPA.


   
Komi upp aðstæður sem seinna dæmið sýnir, veit flugmaður sem ætlar að fljúga RNAV(GNSS) grunnaðflug að Keflavíkurflugvelli, áður en hann leggur af stað, að búast megi við því að viðurkennd GPS aðflugsleiðsögutæki flugvélarinnar munu ekki leyfa approach mode á þessum tímabilum og á þessum stað. Verður hann því að gera viðeigandi ráðstafanir svo sem að breyta brottfarartíma eða að hafa annan leiðsögubúnað til þess að styðjast við í aðfluginu.

ENR 4.3.3.5 Tengiliðir fyrir RAIM spáskeytaþjónustu Isavia

Spáþjónusta RAIM: Fjarritun flugstjórn RVK
  Opið allan sólarhringinn
alla daga
Sími: 424 4240
Tæknileg ráðgjöf og
upplýsingar varðandi
RAIM spáþjónustu Isavia:
 
Arnór Bergur Kristinsson,
Verkfræðingur / verkefnastjóri
(GNSS og flugprófanir),
R&D), Isavia Isavia, Reykjavík. ANS, Reykjavík.
Sími:     424 5171
Netfang: arnork@isavia.is