ESTUDIO Y ANÁLISIS DE LA CERTIFICACIÓN Y DISEÑO DE UN SBAS (SATELLITE BASED AUGMENTATION SYSTEM) PARA AEROPUERTOS/HELIÓDROMOS TRABAJO FIN DE GRADO Ingeniería Aeroespacial Autor: Carmen Furquet Gascón Tutor: Israel Quintanilla García Julio 2016 Cotutor: Pedro Yuste Pérez 1

Introducción 2 Evolución de los sistemas GNSS en distintos campos de aplicación, permitiendo un posicionamiento más preciso y reducción de costes e impacto medioambiental. Principal evolución en el sector aéreo. Los sistemas GNSS complementan a las radioayudas convencionales, conduciendo a la futura sustitución de las mismas. Las constelaciones actuales precisan de sistemas de aumentación para poder ser utilizados como Sistemas de Navegación. LPV-200 de EGNOS

Introducción 3 Gran implantación en Estados Unidos, donde se encuentra el mayor número de aeropuertos con LPV- 200 (1700) y cobertura total en las operaciones.

Introducción 4 Menor implantación en Europa. Hasta 730 aeropuertos en ESPAÑA: Aeropuertos de Santander y Málaga.

Objetivos 5 Simulación y análisis de un procedimiento LPV-200 para la certificación de los requisitos establecidos para las operaciones RNP Approach en el helipuerto de Albacete.

Índice 1.SISTEMAS GNSS 2.SBAS 3.PBN 4.SESAR 5.LPV REQUERIMIENTOS 7.VALIDACIÓN DE PROCEDIMIENTOS 8.FORMATO, OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS 9.RESULTADOS 10.CONCLUSIONES 6

Índice 1.SISTEMAS GNSS 2.SBAS 3.PBN 4.SESAR 5.LPV REQUERIMIENTOS 7.VALIDACIÓN DE PROCEDIMIENTOS 8.FORMATO, OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS 9.RESULTADOS 10.CONCLUSIONES 7

Sistemas GNSS 8 Un sistema GNSS, o sistema global de navegación por satélite, es aquel que permite calcular la posición de un usuario con un receptor haciendo uso de una red de satélites de radiofrecuencia. Se compone de 3 segmentos: Segmento espacial  Satélites de la constelación Segmento de control  Estaciones en tierra que aseguran el correcto funcionamiento de los satélites. Segmento usuario  Cualquier receptor capaz de captar la señal GNSS

Sistemas GNSS 9 GPS GALILEO GLONASS BeiDou QZSS IRNSS o NAVIC

Sistemas GNSS 10 Sistemas de Aumentación GBASSBASABAS Diferencial de fase Diferencial de código Absoluto RAIMFDE

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SBAS 12 SBAS Actuales EGNOS MSASSNAS GAGAN WAAS SDCM

EGNOS 13 Consta de 3 segmentos: Segmento espacial  Satélites geoestacionarios transmitiendo correcciones al área europea. Se encuentran activos el PRN 120 y el PRN 136. Segmento tierra  Divido en 4 tipos de infraestructuras: RIMS, MCC, NLES y PACF/ASQF. Segmento usuario  Cualquier usuario equipado con un receptor capaz de captar la señal EGNOS o con acceso al servicio EDAS:

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PBN 15

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SESAR 17 Es un proyecto conjunto de la comunidad de transporte aéreo europea cuyo objetivo es la implantación de una red ATM de altas prestaciones en Europa para Se compone de 3 fases: Fase de definición (2006 – 2008)  Elaboración de un Plan Maestro Europeo de Gestión del Tráfico Aéreo a manos de EUROCONTROL. Fase de desarrollo (2009 – 2016)  Tareas de investigación, desarrollo y validación del Plan Maestro ATM. Fase de despliegue (2014 – 2020)  Despliegue de las actividades incluidas en el IDP (Interim Deployment Programme). Proyecto análogo en EEUU  Next Gen

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LPV Servicio de EGNOS que permite aproximaciones 3D instrumentales equivalentes a ILS CAT I, cuya altura de decisión es 200 ft. Ventajas: Reducción de riesgos asociados con el aterrizaje en condiciones de mal tiempo. Mejor accesibilidad a los aeropuertos. Reducción de retrasos, desvíos y cancelaciones. Mantenimiento de los niveles de seguridad. Mayor robustez frente a perturbaciones ionosféricas (aumento de cobertura). Futura mejora del sistema para conseguir la cobertura completa de EU-28. Mayor eficiencia de las operaciones, reduciendo el consumo de combustible, emisiones de CO2 y disminución del impacto medioambiental.

LPV Beneficios de la utilización de EGNOS LPV-200: Provee de guiado lateral y vertical sin contacto visual del suelo hasta una altura de 200 ft. Habilita RNP APCH con los mínimos de LPV hasta los 200 ft. y proporciona ayuda en los procedimientos de aproximación 3D de tipo A y B de CAT I. Habilita las aproximaciones de precisión donde aún no es posible realizarlas. Presenta mínimos en DH menores para APV-Baro. Presenta menor impacto operacional manteniendo los niveles de seguridad. Requisitos: 10 m en operación con condiciones de sistema nominal, establecidas a / por aproximación. 15 m para operación con condiciones de sistema degradado a /por aproximación.

LPV Problemas resueltos por LPV-200 Seguridad en los horarios en vuelos chárter o programados debido a la ausencia de ayudas tradicionales de aproximación en tierra en destinos remotos. Menor coste de nueva infraestructura. Ahorro de combustible en NPA. Menos “puntos débiles” que ILS. Reducción del mantenimiento del aeropuerto al eliminar las instalaciones ILS. Sustitución ILS CAT I. Menor dependencia de radioayudas terrestres. Seguridad mejorada debido al guiado vertical. Menos errores en la captura de la senda de planeo. Sin limitaciones por frío.

LPV Funcionamiento Funcionamiento conjunto con SBAS, un sistema de aumentación por satélite, incrementando precisión, integridad, continuidad y disponibilidad. Los satélites geoestacionarios proporcionan datos corregidos. Emplea el servicio SoL gratuito y abierto. Satélites operativos: PRN 136 y PRN 120

LPV Implementación Estados Unidos Implementación total ( ) WAAS Interoperabilidad con EGNOS Europa Implementación en desarrollo EGNOS Gran parte de aeropuertos con LPV-200 para 2016

LPV-200 Implementación en España Desarrollo lento. Proceso completado entre 2016 y ¨Un único aeropuerto habilitado  Santander Albacete  Sin fecha establecida Aerolíneas: Air Nostrum, Inaer, HOP!, Air Baltic, Qatar Airways, Ethiopian Airways, Airbus Transport International, Etihad Airways. Compañías operativas en helipuertos: Osakidetza, Helicsa e Inaer.

Índice 1.SISTEMAS GNSS 2.SBAS 3.PBN 4.SESAR 5.LPV REQUERIMIENTOS 7.VALIDACIÓN DE PROCEDIMIENTOS 8.FORMATO, OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS 9.RESULTADOS 10.CONCLUSIONES 25

Requerimientos 26 Precisión Integridad Continuidad Disponibili dad Diferencia entre la posición real y la estimada. Probabilidad de que el servicio de navegación tenga la precisión especificada y de que, en caso de error, éste disponga de avisos Probabilidad de que el sistema funcione a lo largo de la duración de una operación. Porcentaje de tiempo en el que los servicios del sistema son utilizables para la navegación.

Requerimientos 27 Integridad: Diagramas de Stanford Error cubierto por el nivel de protección Error que supera el nivel de protección  Zona de operaciones óptima (error por debajo del nivel de protección y que el nivel de alerta)

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Validación de procedimientos 29 Tres etapas: Campaña de toma de datos a largo plazo (6 meses: Nov 2015 – Abr 2016) Campaña sobre el terreno (5 días: 1-5 de Mayo) Ensayo de vuelo

Validación de procedimientos 30 Tres etapas: Campaña de toma de datos a largo plazo (6 meses: Nov 2015 – Abr 2016) Campaña sobre el terreno (5 días: 1-5 de Mayo) Ensayo de vuelo

Validación de procedimientos 31 Precisión: percentil 95 de los errores de navegación tanto horizontal como vertical. nov-15dic-15ene-16feb-16mar-16abr-16 HNSE (m) VNSE (m) Por debajo de los límites establecidos. CUMPLE

Validación de procedimientos 32 Integridad: análisis de los índices de seguridad horizontal y vertical, siempre inferior a uno. Por debajo de 1 CUMPLE nov-15dic-15ene-16feb-16mar-16abr-16 HSI (m) VSI (m)

Validación de procedimientos 33 Continuidad: cociente entre el número de eventos de continuidad en un tiempo de 15 s (fallos de continuidad y muestras totales). Por encima de 1-8· 10-6 NO CUMPLE nov-15dic-15ene-16feb-16mar-16abr-16 Continuidad (1/15 s)<0.0001

Validación de procedimientos 34 Disponibilidad: como porcentaje de tiempo en el que la señal en el espacio (SIS: Signal in Space) está disponible, o respecto del tiempo total Respecto al total: CUMPLE nov-15dic-15ene-16feb-16mar-16abr-16 PRN 120 y %99.94%99.88%99.75%99.95%99.90% PRN 120 o % PRN %99.96%99.94%99.81%99.99%99.93% PRN %99.98%99.96%99.94%99.96%99.97% nov-15dic-15ene-16feb-16mar-16abr-16 HPL < 40 m y VPL m>99.9% Respecto a la señal: CUMPLE

Índice 1.SISTEMAS GNSS 2.SBAS 3.PBN 4.SESAR 5.LPV REQUERIMIENTOS 7.VALIDACIÓN DE PROCEDIMIENTOS 8.FORMATO, OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS 9.RESULTADOS 10.CONCLUSIONES 35

Formato, obtención y manipulación de datos 36 RTCMNTRIP RTCANMEA RINEX Observación Mensaje de navegación EDAS de EGNOS

Índice 1.SISTEMAS GNSS 2.SBAS 3.PBN 4.SESAR 5.LPV REQUERIMIENTOS 7.VALIDACIÓN DE PROCEDIMIENTOS 8.FORMATO, OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS 9.RESULTADOS 10.CONCLUSIONES 37

Resultados 38 PRECISIÓN 1 de Mayo2 de Mayo3 de Mayo

Resultados 39 PRECISIÓN 4 de Mayo5 de Mayo En todos los casos: HNSE < 16 m VNSE < 4-6 m CUMPLE

Resultados 40 INTEGRIDAD 1 de Mayo: Horizontal Debe ser inferior a 1. Sin eventos de integridad

Resultados 41 INTEGRIDAD 1 de Mayo: Vertical

Resultados 42 INTEGRIDAD 2 de Mayo: Horizontal

Resultados 43 INTEGRIDAD 2 de Mayo: Vertical

Resultados 44 INTEGRIDAD 3 de Mayo: Horizontal

Resultados 45 INTEGRIDAD 3 de Mayo: Vertical

Resultados 46 INTEGRIDAD 4 de Mayo: Horizontal

Resultados 47 INTEGRIDAD 4 de Mayo: Vertical

Resultados 48 INTEGRIDAD 5 de Mayo: Horizontal

Resultados 49 INTEGRIDAD 5 de Mayo: Vertical En todos ellos: No hay HMI ni MI HSI y VSI < 1 CUMPLE

Resultados 50 CONTINUIDAD 1 de Mayo2 de Mayo

Resultados 51 CONTINUIDAD 3 de Mayo4 de Mayo

Resultados 52 CONTINUIDAD 5 de Mayo NO CUMPLE Se esperaba dicho resultado.

Resultados 53 DISPONIBILIDAD 1 de Mayo 2 de Mayo

Resultados 54 DISPONIBILIDAD 3 de Mayo 4 de Mayo

Resultados 55 DISPONIBILIDAD 5 de Mayo CUMPLE En todos ellos: Disponibilidad igual o mayor a 99% - 99,999%

Índice 1.SISTEMAS GNSS 2.SBAS 3.PBN 4.SESAR 5.LPV REQUERIMIENTOS 7.VALIDACIÓN DE PROCEDIMIENTOS 8.FORMATO, OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS 9.RESULTADOS 10.CONCLUSIONES 56

Conclusiones 57 Breve explicación de los sistemas GNSS presentes y de sus correspondientes SBAS. Gran presencia de sistemas GNSS en la actualidad. Relevancia creciente en el mundo de la Navegación Aérea. Evolución hacia sistemas de guiado basados en GNSS, que sustituirán a las radioayudas convencionales. Resultados satisfactorios respecto a LPV-200, es decir, se puede decir que se ha superado la etapa de certificación y análisis. Resultados mejorables con la evolución y uso de LPV-200. Camino hacia una Navegación Aérea más eficiente y segura, así como hacia la reducción de costes, emisiones, ruido y mantenimiento.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN 58