Автономный мониторинг целостности приемника ( RAIM ) — это технология, разработанная для оценки целостности отдельных сигналов, собранных и интегрированных приемными устройствами, используемыми в глобальной навигационной спутниковой системе (GNSS). Целостность полученных сигналов и результирующая правильность и точность полученного местоположения приемника имеют особое значение в критически важных для безопасности приложениях GNSS, таких как авиация или морская навигация .
Система глобального позиционирования (GPS) не содержит никакой внутренней информации о целостности своих сигналов. Спутник GPS может передавать немного неверную информацию, что приведет к неверной навигационной информации, но приемник не может определить это с помощью стандартных методов. RAIM использует избыточные сигналы для получения нескольких определений местоположения GPS и их сравнения, а статистическая функция определяет, может ли быть связана неисправность с каким-либо из сигналов. RAIM считается доступным, если работают 24 или более спутников GPS. Если количество спутников GPS составляет 23 или менее, доступность RAIM должна быть проверена с помощью одобренного наземного программного обеспечения для прогнозирования.
Несколько систем, связанных с GPS, также предоставляют сигналы целостности отдельно от GPS. Среди них — система WAAS , которая использует отдельные сигналы, транслируемые с разных спутников, чтобы напрямую указывать на эти проблемы.
RAIM обнаруживает неисправности с помощью избыточного измерения псевдодальности GPS . То есть, когда доступно больше спутников, чем необходимо для определения местоположения, все дополнительные псевдодальности должны соответствовать вычисленной позиции. Псевдодальность, которая значительно отличается от ожидаемого значения (т. е. выброс ) , может указывать на неисправность соответствующего спутника или другую проблему целостности сигнала (например, ионосферную дисперсию). Традиционный RAIM использует только обнаружение неисправностей (FD), однако более новые приемники GPS включают обнаружение и исключение неисправностей (FDE), что позволяет им продолжать работать при наличии отказа GPS.
Используемая статистика теста является функцией остатка измерения псевдодальности (разница между ожидаемым измерением и наблюдаемым измерением) и количеством избыточности. Статистика теста сравнивается с пороговым значением, которое определяется на основе требуемой вероятности ложной тревоги (Pfa).
Автономный мониторинг целостности приемника (RAIM) обеспечивает мониторинг целостности GPS для авиационных приложений. Для того чтобы приемник GPS мог выполнять функцию RAIM или обнаружения неисправностей (FD), ему должны быть видны минимум пять видимых спутников с удовлетворительной геометрией. RAIM имеет различные виды реализаций; одна из них выполняет проверки согласованности между всеми решениями положения, полученными с различными подмножествами видимых спутников. Приемник отправляет пилоту предупреждение, если проверки согласованности не пройдены.
Доступность RAIM является важным вопросом при использовании такого рода алгоритма в приложениях, критически важных для безопасности (например, в авиационных); на самом деле, из-за геометрии и обслуживания спутников RAIM не всегда доступен вообще, а это означает, что антенна приемника иногда может иметь в поле зрения менее пяти спутников.
Доступность также является показателем производительности алгоритма RAIM. Доступность является функцией геометрии созвездия, которое находится в поле зрения, и других условий окружающей среды. Если доступность рассматривается таким образом, то становится ясно, что это не функция включения-выключения, означающая, что алгоритм может быть доступен, но не с требуемой производительностью обнаружения отказа, когда он происходит. Таким образом, доступность является фактором производительности алгоритма и характеризует каждый из различных видов алгоритмов и методологий RAIM.
Расширенная версия RAIM, используемая в некоторых приемниках, известна как обнаружение и исключение неисправностей (FDE). По крайней мере один спутник, в дополнение к тем, которые требуются для навигации, должен быть в поле зрения приемника для выполнения функции RAIM; таким образом, RAIM необходимо минимум пять спутников в поле зрения или четыре спутника и барометрический высотомер (барометрическое обеспечение, метод дополнения решения целостности GPS с использованием не спутникового источника входного сигнала) для обнаружения аномалии целостности. Для приемников, способных это сделать, RAIM необходимо шесть спутников в поле зрения (или пять спутников с барометрическим обеспечением) для изоляции поврежденного спутникового сигнала и удаления его из навигационного решения. [1]
После обнаружения правильное исключение неисправностей определяет и исключает источник сбоя (без обязательной идентификации отдельного источника, вызывающего проблему), тем самым позволяя навигации GNSS продолжаться без перерыва. Доступность RAIM и FDE будет немного ниже для операций в средних широтах и немного выше для экваториальных и высокоширотных регионов из-за характера орбит. Использование спутников из нескольких созвездий GNSS или использование спутников SBAS в качестве дополнительных источников дальности может улучшить доступность RAIM и FDE.
GNSS отличается от традиционных навигационных систем, поскольку спутники и области ухудшенного покрытия находятся в постоянном движении. Поэтому, если спутник выходит из строя или выводится из эксплуатации для технического обслуживания, не сразу становится ясно, какие области воздушного пространства будут затронуты, если таковые имеются. Местоположение и продолжительность этих отключений можно предсказать с помощью компьютерного анализа и сообщить пилотам в процессе предполетного планирования. Однако этот процесс прогнозирования не является полностью репрезентативным для всех реализаций RAIM в различных моделях приемников. Инструменты прогнозирования обычно консервативны и, таким образом, прогнозируют более низкую доступность, чем та, которая фактически наблюдается в полете, чтобы обеспечить защиту для самых дешевых моделей приемников.
Поскольку RAIM работает автономно, то есть без помощи внешних сигналов, ему требуются избыточные измерения псевдодальности. Для получения трехмерного решения по положению требуется не менее четырех измерений. Для обнаружения неисправности требуется не менее 5 измерений, а для изоляции и исключения неисправности требуется не менее шести измерений, однако часто требуется больше измерений в зависимости от геометрии спутника. Обычно в поле зрения находится от семи до 12 спутников.
Используемая статистика теста является функцией остатка измерения псевдодальности (разница между ожидаемым измерением и наблюдаемым измерением) и количеством избыточности. Статистика теста сравнивается с пороговым значением, которое определяется на основе требований к вероятности ложной тревоги (Pfa) и ожидаемого шума измерения. В авиационных системах Pfa зафиксирован на уровне 1/15000.
Предел горизонтальной целостности (HIL) или уровень горизонтальной защиты (HPL) — это число, представляющее радиус круга, центрированного на решении по положению GPS и гарантированно содержащего истинное положение приемника в пределах спецификаций схемы RAIM (т. е. которое соответствует Pfa и Pmd). HPL рассчитывается как функция порога RAIM и геометрии спутника во время измерений. HPL сравнивается с пределом горизонтальной тревоги (HAL), чтобы определить, доступен ли RAIM.
Чтобы пилоты могли быстро определить, будет ли доступна система RAIM на маршруте или на уровне захода на посадку, FAA и EUROCONTROL создали веб-сайты «уровня диспетчеризации», которые прогнозируют статус RAIM для соответствия требованиям предполетной проверки.
В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .