Как чувствует себя авиалайнер когда глушат GPS
Последнее время поступают сообщения об отказе спутниковой навигации на авиалайнерах при движении по маршрутам в Прибалтике. Аналогичные сообщения поступали из восточного средиземноморья последние годы, что побудило немецкий DLR (German Aerospace Center) отправить свой A320 на Кипр для сбора информации. Миссия состоялась в начале 2020 года, а по её результатам была выпущена научная статья.
Для летного эксперимента использовался Airbus A320, оборудованный штатной авионикой. В числе прочих, в штатные средства навигации входили два многофункциональных приемника Collins Aerospace GLU-920
Multi Mode Navigation Receiver Collins Aerospace GLU-920
Приемник GLU-920 обрабатывает радиосигналы различных навигационных систем: VOR, DME, ILS по Cat IIIB и GPS частотного диапазона L1. Это далеко не свежий приемник и он активно заменяется на GLU-925, но всё ещё широко распространен.
В использованном A320 эта пара приемников работает от пары штатных антенн Rockwell Collins GNA-910, пропускающих сигналы GPS L1 1575.42 МГц.
Штатные антенны расположены над кабиной пилотов. Но т.к. они ограничены одним частотным диапазоном, для проведения эксперимента их дополнили третьей антенной ANTCOM 3GNSSA-XT-1. Антенна от ANTCOM относится к тому же классу антенн с неуправляемой диаграммой направленности (FRPA), но позволяет обрабатывать сигналы всех частотных диапазонов GPS, ГЛОНАСС, Galileo и Beidou — от 1164 до 1610 МГц.
Использованный в ходе эксперимента Airbus A320 и антенны на нем
Многочастотная навигационная антенна была подключена к SDR Spirent GSS6450 с функцией записи I/Q-компонент: 8 бит при частоте дискретизации 30.7 МГц. Записывались выборки вокруг несущих L1 1575.42 МГц и L5 1176.45 МГц.
Дополнительно к антенне от ANTCOM был подключен приемник GLU-925, являющийся развитием штатного GLU-920. С одной стороны, он предоставлял больше информации исследователям. Например, об отношении сигнал/шум и используемых спутниках. С другой, позволил оценить как поведет себя приемник следующего поколения в неблагоприятных условиях.
Экспериментальный маршрут начинался и заканчивался в аэропорту Ларнаки, Кипр. Большая часть маршрута пролегала в 100–200 км от побережья Ливана и Сирии, длительность полета составила 3 часа.
Маршрут полета и количество используемых спутников GPS (цветом)
В аэропорту вылета и посадки GPS навигация была доступна, использовалось от 10 до 12 видимых спутников, согласно данным GLU-925. Но после взлета при наборе высоты отношение сигнал/шум, регистрируемое в каналах слежения, резко упало. Слежение прекратилось и отсутствовало большую часть маршрута. Проблемы наблюдались в частотном диапазоне L1, в то время как L5 оставался чист.
Отношение сигнал/шум в различных каналах GPS L1 C/A по данным GLU-925
Но со стороны кокпита ситуация не выглядит настолько драматичной. Самолет снабжен инерциальной навигационной системой. При отказе GPS она продолжает работать, но постепенно накапливает ошибку. Навигационная система переходит в Aided Mode, о чем сообщает на второстепенном многофункциональном экране на странице, посвященной GPS:
MCDU — multi-function control and display unit, страница статуса GPS
Только через час после прекращения приема спутниковых навигационных сигналов ошибка (а точнее её оценка) достигает уровня сотен метров. ANP (actual navigation performance) перестает удовлетворять RNP (required navigation performance), и пилот получает сообщение GPS Primary Lost на основной экран.
Отсутствие точной оценки положения лайнера приводит к недоступности некоторых функций. Например, передатчики ADS-B не закладывают координаты в своё сообщение, не работают системы помощи при посадке на основе GBAS. Возрастают риски, снижается удобство, но отказ GPS не является принципиальным ограничением для выполнения полетов.
