FUNDAMENTOS DE AVIÔNICA APLICADOS AO PBN

Segurança e Operações de VooIATA Brasil

22 de Outubro de 2013

Sobre a IATA

A IATA – International Air Transport Association é a associação da indústria do comércio global.

Fundada em 1945 possui 240 membros e compreende 84% do tráfego regular internacional.

Nossa missão é representar, liderar e servir a indústria.

A IATA entrega Padrões e Soluções para garantir um transporte aéreo seguro e bem-sucedido.

Navegação Convencional. RNAV Sensores RNP ANP Limitações Displays FMS

Roteiro

Navegação Convencional

Até os anos 60 as estruturas de rotas aéreas eram definidas sobre o bloqueio de posições geográficas definidas por:

Bloqueio de NAVAIDs (NDB, VORs e DMEs) ou;

Fixos determinados por distancias eou marcações magnéticas.

Aeronaves OBRIGADAS a bloquear os NAVAIDs ou FIXOS.

Rotas não diretas na maioria das vezes.

RNAV - Navegação de Área

Surgiu em meados dos anos 60 para permitir rotas mais diretas e eficientes.

A trajetória da aeronave é definida por pernas (LEGS) projetadas entre WAYPOINTS(definidos por coordenadas geográficas), não necessariamente locados com NAVAIDs.

Porem apenas aeronaves equipadas com Computadores de Navegação RNAV são capazes de navegar efetivamente entre waypoints (definidos por coordenadas geográficas).

A posição pode da aeronave é calculada pelos Computadores RNAV usando-se informações de navegação por sensores que podem se utilizar de infraestrutura de solo ou espaço.

É possível se determinar a posição geográfica de uma aeronave através de 4 tipos de combinações de sensores:

DME/DME (Radio Posição) VOR/DME (Radio Posição) IRS. GNSS.

O sistema RNAV integra a informação recebida dos sensores, banco de dados interno e dados de entrada dos tripulantes para navegar provendo:

Gerenciamento da trajetória Vertical e Horizontal.

Entradas para o Piloto Automático. Saídas nos Displays.

Navegação de Área (RNAV)

Sensores - Solução DME/DME

DIST2

DIST1

DME1

DME2

WPTXXXXX Soluçao de menor acurácia pois

depende da recepção de duas estações DME.

DMEs defasados em mais de 120 graus com a posição da aeronave apresentam soluções inacuradas.

Necessidade de algoritmo para ambiguidade de posição (solução hiperbólica).

Maior erro próximo às estações (efeito de escala vertical).

WPT YYYYY

Sensores - Solução VOR/DME

RADIAL & DIST1

DME1

WPTXXXXX

Soluçao com melhor acurácia pois depende da recepção de estações DME associadas a um VOR.

Erro devido a flutuação do sinal de VOR e alcance em função do FL.

Maior erro próximo às estações (efeito de escala vertical).

WPT YYYYY

Sensores - Solução IRS (Inertial Reference System) Criado no final dos anos 60, utiliza o princípio giroscópico para

obter as acelerações angulares e lineares nos 3 eixos.

Através da integração das acelerações e a inserção das cooordenadas geográficas iniciais pode-se calcular a posição da aeronave em instantes futuros.

Mais estável e acurado que as rádio posições.

Integrado com sistema de dados de ar, responsável também por calcular Velocidade no solo, proa verdadeira, vento verdadeiro e deriva (alimentando outros sistemas).

Sugeito a erros de mecanismo de precessão, hoje se utiliza tecnologia de laser para melhora de acurácia.

Erro acumulado de curso pode chegar a 15º por hora.

Pode ser alimentado pelo GNSS com o objetivo de minimizar o erro inerente de navegação.

Sensores - GNSS (Global Navigation Satellite System) Solução mais precisa de navegação com acurácia de algumas

dezenas de metros.

Vunerável a disponibilidade das constelações (GPS, Glonass e Galileo) e políticas de estado. Base dos programs NEXTGEN e SESAR.

Precisão de cálculo de posição depende da geometria dos satélites disponíveis no zenite (Influencia de relevo).

Mínimo 4 satélites acima de 5º com o horizonte para prover solução de navegação lateral confiável.

5 satélites para prover algoritmo de integridade (RAIM) necessário a alguns tipos de certificação.

Normalmente 9 satélites são usados.

Acurácia de navegação vertical pior do que a lateral.

Sistemas de aumentação diferencial (SBAS ou GBAS) podem ser usados para melhorar a precisão lateral para mínimos CAT I /II/III.

Sensores - Solução de Posição

A posição presente da aeronave (PPOS) é determinada nos modernos FMS através de de uma composição da posição calculada por cada sensor, ponderada pelos seus erros de posição calculados.

A PPOS estará sempre mais próxima dos sensores mais precisos.

A precisão de navegação da aeronave é composta pela combinação da precisão 2D de todos os sensores (blending).

Aeronaves com a tecnologia mais moderna de navegação (B777, A320, A330, A340, E-Jets) apresentam em suas soluções de navegação a ponderação de :

2 GNSS.3 ou 2 IRS.Rádio posição (DME/DME ou VOR/DME sitonizados automaricamente).

Hierarquia na preferência dos sensores (GNSS, RadPos e IRS).

GPS1GPS2

IRS1IRS2

RADIO POS

PPOS

RNP - Conceito

Surgiu no início dos anos 2000 para permitir melhor aproveitamento das trajetórias.

Corresponde ao desempenho de navegação para a operação em um determinado espaço aéreo, expandindo o conceito precisão de navegação RNAV;

Elementos de desempenho de navegação:

Acurácia Erro Total de Posição igual ou menor a um certo valor em NM

(RNP-X) em 95% do tempo de voo.

IntegridadeProbabilidade de que o Erro Total de Posição exceda um

limite lateral (sem alerta ao Piloto) seja menor que 10E-5 por hora -> Limite de contenção = 2RNP.

ContinuidadeProbabilidade de que seja anunciada perda de cpacidade

RNP-X seja menor que 10E-4 por hora.

RNP - Evolução da Tecnologia de Navegação

RNP = navegação com acurácia RNAV + monitoramento de contenção e alerta aos pilotos. É a base para a construção do conceito PBN!

ANP (Actual Navigation Performance)

FMS DB

Incerteza da PPOS calculada pelo FMS com 95% de probabilidade. O ANP deve ser sempre inferior ao RNP provido pelo DB do sistema de navegação.

ANP > RNP

Quando o ANP excede o RNP a PPOS atual não apresenta a acurácia adequada e um alerta aos pilotos é provido.

PROCEDIMENTO OPERACIONAL NECESSÁRIO:

1. VERIFICAR POSIÇÃO USANDO MEIOS CONVENCIONAIS DE NAVEGAÇÃO.

2. NOTIFICAR ATC IMEDIATAMENTE. “NEGATIVE RNAV/RNP”

1. NO SOLO => Reinicialização dos sensores.

2. EM VOO:• APROXIMAÇÃO RNP

=> ARREMETIDA IMEDIATA.

• EM ROTA

=> SOLICITAR AO ATC NOVA AUTORIZAÇÃO EM NAVEGAÇÃO CONVENCIONAL

UNABLE RNP

Limitações – Degradação dos Sensores

Em casos de perda de sensores GNSS o cálculo da PPOS dependerá somente dos IRS e RadioPos.

Os FMS atuais são capazes de sintonizar e atualizar automaticamente as rádio posições, o que melhora a acurácia do cálculo da PPOS.

Em procedimentos de Aproximação RNP O ANP pode degradar rapidamente excedendo os limites do RNP em

minutos (tipicamente 0.3NM em 40s-1 minuto).

Em ROTA É necessário que a RÁDIO POSIÇÃO seja atualizada em certos períodos

de tempo.

Tempos limites de update da para garantir a navegação em rota (RNP 4,10 e 20) requerem o update da RadioPos tipicamente a cada 0.3h (DME-DME), 0.5h (VOR-DME) ou a cada 1 hora sintonizando-se manualmente.

GPS1GPS2

IRS2RADIO POS

PPOS

IRS1

Limitações – Equipamentos Mínimos

Para se operar em espaços aéreos PBN há exigência de número mínimo de equipamentos a bordo, que garantam que os requisitos de navegação sejam atendidos por estas aeronaves.

O numero mínimo de equipamentos operacionais é listado no AFM&MEL das aeronaves. Geralmente....

Voos dentro de áreas com cobertura para Radio Navegação necessitam:

• 1 FMS• 1 CDUs • 1 VOR• 1 DME• Plano de Voo mostrado em dois Displays de

Navegação

Voos fora de áreas com cobertura para Radio Navegação necessitam:

• 2 FMS• 2 CDUs• 2 IRS• 1 GPS

Limitações – Capacidades de Sistemas

A capacidade de navegação RNP é dependente do tipo de sistemas embarcados nas aeronaves e modo de navegação empregado (piloto automático on-off, GNSS, etc...)

Listada nos AFMs das aeronaves. Alguns exemplos:

Boeing 777

A330/A340

Displays

Primary Flight Display

Navigation Display

Flight Management System/Computer

Página de Inicialização (POSINIT):

GPS POS Ref Airport Gate LAST POS

Página de Rota 1 (RTE 1/2):

Company Route (manual). Datalink Request.

Página de Saídas (DEPARTURES):

SIDs. Pistas.

Página de Pernas (LEGS):

Perna atual em magenta. Waypoints. Distâncias. Restrições (Velocidade e Altitude).

Página de Chegadas (ARRIVALS):

STARs. Aproximações.

Página de Progresso do Voo 1 (PROGRESS 1/2):

Distância para o fixo. ETA. Combustível Remanescente.

Página de Referência de Posição (PROGRESS 2/3):

Posição calculada FMS (PPOS) Posição dos sensores (IRS, GNSS e RadioPos) RNP&ANP

Página de Progresso RNP (Airbus)

Required Time of Arrival

Página de Progresso RTA :

Inserção de tempo em apenas 1 waypoint possível.

FMS Calcula janela possível considerando:

Ci=0 (MRC) - First MMO/VMO – Last

Caso não seja possivel - MSG: “RTA NOT ACHIAVABLE”

RNAV with ILS

Vetor para interceptar um curso RNAV

Nos modernos FMS existe a funcionalidade de se interceptar uma perna definida entre dois waypoints de uma rota carregada do DB a partir de uma proa.

Ela normalmente é denominada "INTERCEPT LEG " function.

RNP APCH

José Alexandre.T.G. FregnaniDiretor Assistente – Segurança e Operações de VooIATA Brasil

fregnanij@iata.org

Tel: +55 11 2187 4236

“Representar, liderar e servir a indústria.”

Obrigado!