cns/atm - tecnologias navegação aérea gnss brasil

Tese apresentada à Pró-Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa do Instituto Tecnológico de Aeronáutica como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Ciências no Curso de Pós-Graduação em Engenharia Eletrônica e Computação, Área de Telecomunicações.

Amália Massumi Chujo

Tecnologias de +avegação Aérea por G+SS e DG+SS para

Operação C+S/ATM: Aplicações para o Brasil

Tese aprovada em sua versão final pelos abaixo assinados:

............................................................. Prof. Fernando Walter

Orientador

............................................................. Prof. Homero Santiago Maciel

Pró-Reitor de Pós-Graduação e Pesquisa

Campo Montenegro São José dos Campos, SP – Brasil

2007

Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP) Divisão Biblioteca Central do ITA/CTA Chujo, Amália Massumi Tecnologias de Navegação Aérea por GNSS e DGNSS para Operação CNS/ATM: Aplicações para o Brasil / Amália Massumi Chujo. São José dos Campos, 2007. 168f. Tese de mestrado – Curso de Engenharia Eletrônica e Computação, área de Telecomunicações – Instituto Tecnológico de Aeronáutica, 2007. Orientador: Prof. Dr. Fernando Walter. 1. Controle de tráfego aéreo. 2. Sistemas de navegação por satélites. 3. Auxílios à navegação. 4. Inovações tecnológicas. I. Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial. Instituto Tecnológico de Aeronáutica. Divisão de Engenharia Eletrônica e Computação. II.Título

REFERÊ+CIA BIBLIOGRÁFICA

CHUJO, Amália Massumi. Tecnologias de +avegação Aérea por G+SS e DG+SS para Operação C+S/ATM: Aplicações para o Brasil. 2007. 168f. Tese de mestrado – Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos.

CESSÃO DE DIREITOS

NOME DO AUTOR: Amália Massumi Chujo TÍTULO DO TRABALHO: Tecnologias de Navegação Aérea por GNSS e DGNSS para Operação CNS/ATM: Aplicações para o Brasil TIPO DO TRABALHO/ANO: Tese / 2007 É concedida ao Instituto Tecnológico de Aeronáutica permissão para reproduzir cópias desta tese e para emprestar ou vender cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte desta tese pode ser reproduzida sem a autorização do autor.

___________________________ Amália Massumi Chujo Rua Madre Paula de São José, 327 Apto. 21 - Vila Ema 12243-010 - São José dos Campos-SP

Tecnologias de +avegação Aérea por G+SS e DG+SS para

Operação C+S/ATM: Aplicações para o Brasil

Amália Massumi Chujo Composição da Banca Examinadora:

Prof. Evandro Tavares de Souza Presidente (ITA) Prof. Fernando Walter Orientador (ITA) Eng. Eno Siewerdt Membro Externo (ATECH) Dr. João Batista Camargo Jr. Membro Externo (USP) Dr. Carlos Müller Membro Interno (ITA)

ITA

iv

Dedicatória

Aos meus pais, Hideo e Harue, pelos ensinamentos e preparação para a vida e ao meu

noivo Denis com muito amor e carinho.

Ainda que eu fale as línguas dos homens e dos anjos, se não tiver

AmorAmorAmorAmor, serei como o bronze que soa ou como o címbalo que retine.

Ainda que eu tenha o dom de profetizar e conheça todos os

mistérios e toda a ciência; ainda que eu tenha tamanha fé, a ponto

de transportar montes, se não tiver amor, nada serei.

E ainda que eu distribua todos os meus bens entre os pobres e

ainda que entregue o meu próprio corpo para ser queimado,

se não tiver amor, nada disso me aproveitará.

O amor é paciente, é benigno; o amor não arde em ciúmes,

não se ufana, não se ensoberbece,

não se conduz inconvenientemente, não procura os seus interesses,

não se exaspera, não se ressente do mal;

não se alegra com a injustiça, mas regozija-se com a verdade;

tudo sofre, tudo crê, tudo espera, tudo suporta.

O amor jamais acaba; mas, havendo profecias, desaparecerão;

havendo línguas, cessarão; havendo ciência, passará;

porque, em parte, conhecemos e, em parte, profetizamos.

Quando, porém, vier o que é perfeito, então, o que é em parte será aniquilado.

(1 Coríntios 13)

v

Agradecimentos

Agradeço a Deus por mais este desafio em minha vida.

Agradecimento especial ao meu noivo Denis por todo apoio, compreensão, paciência e

amor nesta caminhada de busca pelo: Sonhar, Acreditar, Agir e Persistir.

Aos meus irmãos Issao, Harumi e Sayuri e também ao Luciano, Larissa e Yatiyo.

Agradecimento especial ao meu orientador, Prof. Fernando Walter, pela oportunidade,

orientação e paciência, sem as quais não seria possível a conclusão deste importante trabalho

em minha vida.

Agradeço pela Bolsa de Estudos concedida pelo Projeto CNS/ATM, “Capacitação de

Recursos Humanos para Pesquisa e Desenvolvimento na Área de CNS/ATM”.

Agradeço pela Bolsa de Estudos concedida pela “Financiadora de Estudos e Projetos”

sob o contrato FINEP 01.04.0441.00.

Agradeço à arquiteta Márcia Harada pelo apoio incondicional e sempre prestativa e

também ao Cel. Ribeiro Mendes, Ovalte e Pelati pelas dicas prestadas.

Agradecimentos ao Major Cosendey, Cap. Saulo, Cap. Renny, TCel. Calheiros e José

Otávio pelo apoio e esclarecimentos, além de serem sempre prestativos em minhas

solicitações.

Aos amigos do Laboratório GNSS do ITA: Durval, Nelson, Fabrício, Adriane,

Gláucia, Ana Cláudia, Alexandre, Ney, Luís Felipe, Thiago, Laureano, Luis Fernando, Elton,

Cristina por me atender prontamente em minhas solicitações e tantos outros. Obrigada pelo

companheirismo e apoio durante esta jornada.

Agradeço a todas as pessoas e instituições que contribuíram direta ou indiretamente

para a concretização deste projeto de vida.

vi

Resumo

A navegação aérea por meio de equipamentos convencionais como NDB, VOR, DME

e ILS está saturada na estrutura atual. Estes equipamentos apresentam desempenho de

navegação limitado e custos de aquisição e operação expressivos. Por outro lado, as

tecnologias GNSS têm se destacado como um caminho promissor para a implantação do

sistema CNS/ATM e para novas aplicações na aviação.

Dentro de uma abordagem holística (integrada) foi estudado o desenvolvimento de um

sistema de navegação aérea por GNSS (GPS, GLONASS e Galileo) e de sistemas de

acréscimo (ABAS, GBAS, SBAS e GRAS). Avaliaram-se como os diversos participantes do

setor aéreo (stakeholders) interagem neste ambiente dinâmico para: 1) solucionar os desafios

enfrentados pelo sistema de transporte aéreo (garantir segurança e aumentar capacidade) e 2)

conseguir oferecer um sistema de navegação confiável com boa relação custo-beneficio.

Diversos países têm investido em pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias em

GNSS (Galileo, modernização do GPS, EGNOS, MSAS, LAAS) e em tecnologias inovadoras

dependentes do GNSS (ADS-B, SVS, VLJ, UAV). Um benchmarking destas tecnologias foi

feito para identificar quais destas poderiam ser desenvolvidas e implantadas no Brasil em

parcerias entre instituições de pesquisa, empresas e órgãos governamentais.

Por fim, é apresentada uma proposta para o sistema de navegação aérea nacional com

base nos conceitos GBAS e GRAS aliados à tecnologia ADS-B e ao pseudo-satélite em rota.

Foi incluída também uma análise do sistema proposto em termos de vantagens, desvantagens,

oportunidades e riscos (análise SWOT).

vii

Abstract

The air navigation system supported by conventional radio navigation aids (NDB,

VOR, DME and ILS) is overloaded in the current structure. These equipment present limited

navigation performance and high acquisition and operation costs. On the other hand, the

GNSS technologies present itself as an outstanding and promising path to CNS/ATM

implementation and to new aviation applications.

Taking a holistic approach, it was studied the development of air navigation system by

GNSS (GPS, GLONASS and Galileo) and augmentation systems (ABAS, GBAS, SBAS and

GRAS). It was evaluated how the stakeholders interact in this dynamic scenario to: 1) solve

the major challenges of the air transportation system (assure safety and increase capacity) and

2) manage to provide a reliable navigation operations with good cost-benefit relation.

Several countries have been investing in research and development of new GNSS

technologies (Galileo, GPS modernization, EGNOS, MSAS, LAAS) and in innovative

technologies which rely on GNSS system (ADS-B, SVS, VLJ, UAV). A benchmarking of

these technologies was made to identify which of them should be developed and implemented

in Brazil through partnerships between research institutes, industry and government.

Finally, a proposal is presented for Brazilian air navigation system based on GBAS

and GRAS concepts integrated with ADS-B technology and Pseudolites en-route. It was also

included analysis of the proposed system in terms of advantages, disadvantages, opportunities

and risks (SWOT analysis – Strengths, Weaknesses, Opportunities, and Threats).

viii

Sumário

Lista de Abreviaturas e Siglas ...........................................................................................xii

Capítulo 1: Introdução.......................................................................................................15

1.1 Desenvolvimento do Transporte Aéreo .....................................................................15 1.2 Abordagem Holística no Desenvolvimento de Sistemas de Navegação .....................16 1.3 Motivação.................................................................................................................19 1.4 Objetivo....................................................................................................................20 1.5 Estrutura do Trabalho ...............................................................................................21

Capítulo 2: Conceito C+S/ATM........................................................................................22

2.1 A Criação do Conceito CNS/ATM............................................................................22 2.2 Sistema de Navegação Aérea Atual...........................................................................23

2.2.1 Auxílios Convencionais de Navegação Aérea ...................................................23 2.2.2 Navegação por Radioauxílios no Brasil .............................................................25 2.2.3 Análise Comparativa de Radioauxílios..............................................................26 2.2.4 Estudo de Custo-Benefício................................................................................27

2.3 Evolução do Transporte Aéreo Através do CNS/ATM..............................................28 2.3.1 Funções do CNS/ATM......................................................................................28 2.3.2 Implantação do Conceito CNS/ATM no Brasil..................................................34 2.3.3 Análise do Plano de Implantação CNS/ATM no Brasil .....................................36 2.3.4 Análise dos Benefícios dos Novos Sistemas......................................................37 2.3.5 Expectativa na Transição dos Sistemas .............................................................38

Capítulo 3: G+SS ...............................................................................................................40

3.1 História da Navegação por Satélites..........................................................................40 3.2 Tecnologias GNSS ...................................................................................................41 3.3 GPS ..........................................................................................................................42

3.3.1 Descrição do GPS .............................................................................................43 3.3.2 Sinais GPS........................................................................................................43 3.3.3 Modernização do Sinal GPS..............................................................................44 3.3.4 Operações Mundiais de Navegação de Precisão ................................................45 3.3.5 Benefícios com a Modernização do Sinal GPS..................................................46

3.4 GLONASS ...............................................................................................................47 3.4.1 Descrição do GLONASS ..................................................................................48 3.4.2 Sinais GLONASS .............................................................................................48 3.4.3 Programa de Modernização do GLONASS .......................................................49

3.5 Sistema Galileo.........................................................................................................50 3.5.1 Descrição do Sistema Galileo............................................................................50 3.5.2 Sinais Galileo....................................................................................................51 3.5.3 Evolução do Sistema Galileo.............................................................................53

3.6 Análise Comparativa das Tecnologias GNSS............................................................54 3.6.1 Análise de Desempenho das Tecnologias GNSS ...............................................54 3.6.2 Análise das Características Técnicas das Tecnologias GNSS.............................55 3.6.3 Análise SWOT das Tecnologias GNSS .............................................................56

ix

Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G+SS ..............................................58

4.1 Introdução ................................................................................................................58 4.2 Conceito ABAS........................................................................................................59 4.3 Conceito GBAS........................................................................................................59

4.3.1 Níveis de Serviço GBAS...................................................................................60 4.3.2 Funcionamento GBAS ......................................................................................60

4.4 LAAS .......................................................................................................................62 4.4.1 Requisitos de Desempenho de Aproximação e Pouso do LAAS ........................63 4.4.2 Benefícios do LAAS .........................................................................................64 4.4.3 Evolução do LAAS ...........................................................................................64

4.5 Conceito SBAS.........................................................................................................65 4.5.1 Arquitetura SBAS .............................................................................................66 4.5.2 Funcionamento SBAS.......................................................................................66

4.6 Configurações SBAS ................................................................................................67 4.7 WAAS......................................................................................................................67

4.7.1 Configuração WAAS ........................................................................................67 4.7.2 Benefícios do WAAS........................................................................................68 4.7.3 Certificação do WAAS .....................................................................................69 4.7.4 Mercado do WAAS...........................................................................................69 4.7.5 Escolha de Freqüência.......................................................................................70

4.8 EGNOS ....................................................................................................................71 4.8.1 Configuração EGNOS.......................................................................................71 4.8.2 Benefícios do EGNOS ......................................................................................72

4.9 MSAS.......................................................................................................................72 4.9.1 Configuração Preliminar MSAS........................................................................73 4.9.2 Benefícios do MSAS.........................................................................................74

4.10 Simuladores SBAS ...................................................................................................74 4.11 Conceito GRAS........................................................................................................77

4.11.1 Definição da Configuração do Conceito GRAS.................................................77 4.11.2 Ensaio GRAS....................................................................................................79 4.11.3 Planejamento e Construção do Conceito GRAS ................................................80

4.12 Análise de Desempenho dos Sistemas de Acréscimo ................................................80

Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias .............................................83

5.1 Introdução ................................................................................................................83 5.2 Conceitos Operacionais ............................................................................................83 5.3 Conceito RNAV .......................................................................................................84 5.4 Conceito RNP...........................................................................................................85

5.4.1 Tipos de RNP....................................................................................................88 5.4.2 Estratégia de Implementação RNP no Brasil .....................................................89

5.5 Conceito RVSM .......................................................................................................89 5.6 Futuras Tecnologias..................................................................................................91 5.7 SVS ..........................................................................................................................91 5.8 UAV.........................................................................................................................93

5.8.1 UAV no Mundo ................................................................................................94 5.8.2 UAV no Brasil ..................................................................................................96 5.8.3 Aplicações UAV...............................................................................................97

5.9 VLJ ..........................................................................................................................98 5.9.1 Mercado do VLJ ...............................................................................................98

x

5.9.2 VLJ no Brasil....................................................................................................99 5.10 Análise SWOT do Cenário de Transporte Aéreo..................................................... 100

Capítulo 6: Proposta de um Sistema de +avegação +acional ........................................ 101

6.1 Introdução .............................................................................................................. 101 6.2 Requisitos Preliminares .......................................................................................... 101 6.3 Análise GBAS&GRAS........................................................................................... 102

6.3.1 Configuração GBAS ....................................................................................... 102 6.3.2 Configuração GRAS ....................................................................................... 107 6.3.3 Mapa de Cobertura do GBAS&GRAS ............................................................ 108 6.3.4 Avaliação de Custos de Implementação .......................................................... 110

6.4 ADS-B ................................................................................................................... 111 6.4.1 Funcionamento ADS-B................................................................................... 112 6.4.2 Proposta de Implantação ADS no Cenário Brasileiro....................................... 115 6.4.3 Vantagens do ADS-B...................................................................................... 117

6.5 Resultados da proposta para o Brasil....................................................................... 118

Capítulo 7: Conclusões e Futuros Trabalhos ..................................................................120

7.1 Quanto aos objetivos propostos............................................................................... 120 7.2 Quanto aos auxílios de navegação convencional ..................................................... 120 7.3 Quanto à modernização das tecnologias GNSS ....................................................... 120 7.4 Quanto à aplicação das tecnologias de navegação GNSS ........................................ 121 7.5 Quanto aos participantes do sistema de navegação aérea......................................... 121 7.6 Quanto à viabilidade da configuração proposta ....................................................... 122 7.7 Futuros Trabalhos................................................................................................... 123

Referências ....................................................................................................................... 124

Apêndice A: Sistemas de +avegação Convencional ........................................................ 133

A.1 Introdução .............................................................................................................. 133 A.2 Sistema de Navegação em Rota .............................................................................. 133

A.2.1 ADF................................................................................................................ 133 A.2.2 NDB ............................................................................................................... 134 A.2.3 VOR ............................................................................................................... 135 A.2.4 DME............................................................................................................... 137

A.3 Sistema de Navegação em Aproximação e Pouso.................................................... 138 A.3.1 Categorias de Aproximação e Pouso ............................................................... 139 A.3.2 Componentes do ILS....................................................................................... 140

Apêndice B: Segmentos das Tecnologias G+SS.............................................................. 144

B.1 Introdução .............................................................................................................. 144 B.2 GPS: Segmentos ..................................................................................................... 144 B.3 GLONASS: Segmentos .......................................................................................... 146 B.4 Galileo: Segmentos................................................................................................. 147

xi

Apêndice C: Informações Adicionais dos Sistemas de Acréscimo G+SS....................... 149

C.1 Introdução .............................................................................................................. 149 C.2 ABAS: Técnicas de Monitoramento de Integridade................................................. 149

C.2.1 RAIM ............................................................................................................. 149 C.2.2 AAIM ............................................................................................................. 150

C.3 Conceito SBAS....................................................................................................... 150 C.3.1 WAAS ............................................................................................................ 150 C.3.2 EGNOS........................................................................................................... 152 C.3.3 MSAS............................................................................................................. 152 C.3.4 C-WAAS ........................................................................................................ 154 C.3.5 SNAS ............................................................................................................. 154 C.3.6 GAGAN ......................................................................................................... 155

Apêndice D: Fundamentos da +avegação via Satélite .................................................... 157

D.1 Cálculo da posição do Usuário................................................................................ 157 D.2 Fontes de Erro do GNSS......................................................................................... 159

Glossário........................................................................................................................... 165

xii

Lista de Abreviaturas e Siglas

AAIM Aircraft Autonomous Integrity Monitoring

ABAS Aircraft-Based Augmentation System

ADF Automatic Direction Finder ou Localizador Automático de Direção

ADS-B Automatic Dependent Surveillance-Broadcast

AEI Anomalia Equatorial Ionosférica

AMSS Aeronautical Mobile Satellite Service

APV Approach Procedure with Vertical Guidance

AR+S Aeronautical Radionavigation Service

ATC Air Traffic Control ou Controle de Tráfego Aéreo

BPSK Binary Phase Shift Keying ou BiPhase Shift Key

C/A Coarse Acquisition ou Clear Acquisition

CAR/SAM Caribe e América do Sul

CDMA Múltiplo Acesso por Divisão de Código

CDTI Cockpit Display of Traffic Information

CFIT Controlled Flight Into Terrain

C+S/ATM Comunicação, Navegação, Vigilância/Gerenciamento de Tráfego Aéreo

CPDLC Controller Pilot Data Link Communications

CTA Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial

C-WAAS Canadian Wide Area Augmentation System

D8PSK Differential Eight Phase Shift Keying

DECEA Departamento de Controle do Espaço Aéreo

DEPV Diretoria de Eletrônica e Proteção ao Vôo

DG+SS Differential Global Navigation Satellite System

DME Distance Measurement Equipment ou Equipamento Medidor de Distância

DoD Department of Defense of the United States

DOP Dilution Of Precision ou Diluição de Precisão

EC European Commission ou Comissão Européia

EG+OS European Geostationary Navigation Overlay Service

ES Extended Squitter

ESA European Space Agency ou Agência Espacial Européia

EUROCAE European Organisation for Civil Aviation Equipment

FAA Federal Aviation Administration

FA+S Future Air Navigation System

FDMA Múltiplo Acesso por Divisão de Freqüência

xiii

FI+EP Financiadora de Estudos e Projetos

FIR Flight Information Region ou Região de Informação de Vôo

FIS-B Flight Information Services-Broadcast

FMS Flight Management System ou Sistema de Gerenciamento de Vôo

FOC Full Operational Capability ou Capacidade de Operação Total

GAGA+ GPS Aided GEO Augmented Navigation

GBAS Ground-Based Augmentation System

GBT Ground Based Transceiver

GEIV Grupo Especial de Inspeção em Vôo

GLO+ASS Global Navigation Satellite System

GLS Global Navigation Satellite System Landing System

G+SS Global Navigation Satellite System

GPS Global Positioning System

GRAS Ground-based Regional Augmentation System

GREPECAS Grupo de Planejamento e Execução para a Região do Caribe e América do Sul

IATA International Air Transport Association

ICAO International Civil Aviation Organization

IFR Instrument Flight Rules

ILS Instrument Landing System ou Sistema de Pouso por Instrumento

I+S Inertial Navigation System ou Sistema de Navegação Inercial

IOC Initial Operational Capability ou Capacidade de Operação Inicial

ITU International Telecommunication Union

JAA Joint Aviation Authorities

JPDO Joint Planning & Development Office

LAAS Local Area Augmentation System

LPV Lateral Procedure with Vertical Guidance

MMR Multi Mode Receivers

MSAS MTSat Satellite-based Augmentation System

MTSat Multi-functional Transport Satellite

+ASA National Aeronautics and Space Administration

+DB Non-Directional Beacon ou Radiofarol não direcional

+OTAM Notices to Airmen ou Informações Aeronáuticas

PA Precision Approach ou Aproximação de Precisão

PAPIS Precision Approach Path Indicator

PDSCEA Programa de Desenvolvimento do Sistema de Controle do Espaço Aéreo

PPS Precise Positioning Service

PR+ Pseudo Random Noise ou Código pseudo-aleatório

xiv

PS Pseudo-satélite

PSR Primary Surveillance Radar ou Radar de Vigilância Primário

RAIM Receiver Autonomous Integrity Monitoring

R+AV aRea NAVigation ou Navegação de Área

R+P Required Navigation Performance

R+SS Radionavigation Satellite Service

RTCA (Radio Technical Commission for Aeronautics)

RVSM Reduced Vertical Separation Minimum ou Separação Vertical Mínima Reduzida

SA Selective Availability ou Disponibilidade Seletiva

SARPs Standards and Recommended Practices ou Normas e Métodos Recomendados

SATS Small Aircraft Transportation System

SBAS Space-Based Augmentation System

SGB Satélite Geoestacionário Brasileiro

SISCEAB Sistema de Controle do Espaço Aéreo Brasileiro

S+AS Satellite Navigation Augmentation System (ou Beidou em chinês)

SPS Standard Positioning Service

SSR Secondary Surveillance Radar ou Radar de Vigilância Secundário

STDMA Self-Organising Time Division Multiple Access

SVS Synthetic Vision System ou Sistema de Visão Sintética

SWOT Strengths, Weaknesses, Opportunities e Threats

TCAS Traffic and Collision Avoidance System

TDMA Time Division Multiplex Access

TIS-B Traffic Information Services-Broadcast

TSO Technical Standard Order

TTC Telemetry, Tracking and Control

UAT Universal Access Transceiver

UAV Unmanned Aerial Vehicle ou Veículo Aéreo Não Tripulado

UERE User-Equivalent Range Error ou Erro equivalente na distância do usuário

VAL Vertical Alert Limit ou Limite de Alerta Vertical

VA+T Veículo Aéreo Não Tripulado

VASIS Visual Approach Slope Indicator System

VDB VHF Data Broadcast

VDL VHF Data Link

VHF Very High Frequency

VLJ Very Light Jet

VOR Very High Frequency Omnidirectional Range

WAAS Wide Area Augmentation System

Capítulo 1: Introdução 15

Capítulo 1

Introdução

1.1 Desenvolvimento do Transporte Aéreo

O sistema de transporte aéreo tem sofrido grande pressão nos últimos anos para

atender a crescente demanda e ainda assim garantir os níveis de segurança. O aumento da

procura pelo serviço tem exigido maior número de aeronaves nos grandes aeroportos e no

espaço aéreo mundial. Em vista disto, muitas pesquisas têm sido realizadas visando aumentar

eficiência e capacidade para um sistema de transporte mais seguro.

É importante notar que o sistema de transporte aéreo tem um papel fundamental na

economia mundial. A ICAO (International Civil Aviation Organization) estima que a

contribuição direta da aviação civil no mercado da economia mundial foi de US$370 bilhões

em 1998 e, atualmente, esta contribuição chega a US$ 1 trilhão.

Entretanto, esta demanda crescente tem gerado grandes atrasos como conseqüência do

não aumento na capacidade do sistema e também em função de uma série de fatores

restritivos que impedem o aumento da eficiência no transporte aéreo, como por exemplo:

insuficiente capacidade de gerenciamento pelo controlador de tráfego com

equipamentos atuais;

baixa quantidade de aeroportos com equipamentos modernos (radares, pistas bem

sinalizadas e em bom estado);

condições meteorológicas restritivas (baixa visibilidade);

excessiva separação de segurança entre as aeronaves em aproximação e pouso

(precisão de navegação);

Capítulo 1: Introdução

16

intervalo de segurança pouso/decolagem (evitar esteira de turbulência); e

baixa quantidade de terminais de embarque/desembarque disponíveis.

Para minimizar estas restrições, a ICAO criou em 1991 o programa denominado

CNS/ATM (Comunicação, Navegação, Vigilância/Gerenciamento de Tráfego Aéreo) com o

objetivo de estimular o desenvolvimento de tecnologias via satélite de comunicação,

navegação e vigilância (CNS) e atender às necessidades de ATM, como eficiência,

capacidade e segurança do sistema de transporte aéreo.

Existe também grande preocupação com o desempenho dos equipamentos em uso.

Auxílios de navegação devem exercer suas funções para atender às necessidades no cenário

onde estão presentes. Entretanto, estes equipamentos não atendem às necessidades atuais por

questões como desempenho e custos associados, com limitações intrínsecas da tecnologia

empregada nos sistemas convencionais.

O uso das tecnologias GNSS (Global #avigation Satellite System) e seus sistemas de

acréscimo serão fundamentais neste cenário de desenvolvimento. Estes sistemas podem

atender aos requisitos de desempenho mais exigentes, contribuindo significativamente para o

alcance de melhores níveis de segurança de vôo.

1.2 Abordagem Holística no Desenvolvimento de Sistemas de +avegação

Em uma abordagem holística (integrada), faz-se necessário ter uma visão geral do

sistema de navegação aérea. Diversos participantes (stakeholders) estão envolvidos no

processo de aperfeiçoamento e tomada de decisão com a finalidade de se obter um sistema de

transporte confiável, que suporte a demanda e aumente os níveis atuais de segurança. Neste

contexto, a Fig. 1.1 ilustra a integração dos principais participantes no processo de

desenvolvimento de um sistema de navegação aérea eficiente.


17

Fig. 1.1 - Visão holística da atuação dos participantes no sistema de navegação aérea.

A ICAO é uma agência especializada das Nações Unidas com sede no Canadá, cujo

objetivo é garantir a segurança, a eficiência e um processo evolutivo ordenado do sistema de

transporte aéreo internacional. Uma de suas funções é criar os padrões universalmente aceitos

denominados SARPs (Standards and Recommended Practices). Os SARPs cobrem todos os

requisitos de desempenho, técnico e operacional, da aviação civil internacional como:

segurança, aeródromos, serviços de tráfego aéreo, investigação de acidentes, recursos

humanos e meio ambiente.

Nos Estados Unidos, esta função é exercida pela FAA (Federal Aviation

Administration), enquanto que no Brasil, o DECEA (Departamento de Controle do Espaço

Aéreo) e a ANAC (Agência Nacional de Aviação Civil) cumprem esta tarefa.

É neste ambiente altamente integrado do transporte aéreo que as tecnologias CNS

oferecem uma alternativa com excelente relação custo/benefício para desenvolvimento de um

sistema de navegação aérea. O diagrama da Fig. 1.2 traz uma idéia de como o sistema de

navegação tem evoluído a partir de tecnologias via satélite.


18

Fig. 1.2 - Estratégia holística do trabalho: avaliação de auxílios convencionais e tecnologias GNSS e DGNSS

associada ao cenário dinâmico de desenvolvimento de acordo com necessidades preliminares do cenário brasileiro para atingir os objetivos propostos.

A linha de pesquisa da tese iniciou-se com o estudo do conceito CNS/ATM, com foco

nos sistemas de navegação. Foi feito um benchmarking das tecnologias de navegação aérea e

do mercado aeronáutico, posteriormente divido em três grandes grupos:

Auxílios Convencionais utilizados no Brasil;

Tecnologias via Satélite: compostas por GPS, GLONASS e Galileo; e

Cenário Dinâmico do mercado que se subdivide em Conceitos Operacionais (normas e

procedimentos: RNAV (aRea #AVigation), RNP (Required #avigation Performance)

e RVSM (Reduced Vertical Separation Minimum) e PBN (Performance Based

#avigation) para melhor aproveitamento do espaço aéreo com garantia de segurança

nas operações de vôo) e Futuras Tecnologias (VLJ-Very Light Jet, SVS-Synthetic


19

Vision System e UAV-Unmanned Aerial Vehicle) que influenciarão diretamente na

criação de procedimentos para ocupação do espaço aéreo e na obtenção de melhor

desempenho com uso de tecnologias via satélite como GNSS.

Na seqüência, foi feito um estudo das tecnologias em desenvolvimento no Brasil

(Testes SBAS/GBAS; implantação PBN, RNP e RVSM; aeronaves VLJ e UAV) e também

uma análise da infra-estrutura implantada em termos de vida útil, custo e desempenho para

determinar o cenário brasileiro.

1.3 Motivação

O crescente aumento da procura por serviços aéreos tem trazido como conseqüência

uma grande preocupação sobre a possibilidade de haver uma demanda maior do que o limite

de capacidade que o sistema de transporte aéreo pode suportar.

Diversas estimativas de crescimento de tráfego aéreo projetadas por órgãos

regulamentadores (ICAO, FAA, DECEA) e companhias aéreas (Boeing, Airbus, Embraer)

apontam que a capacidade do sistema convencional de navegação aérea utilizando sistemas

terrestres será incapaz de absorver o crescimento do tráfego aéreo estimado para os próximos

anos nas regiões de maior tráfego.

Dentro destas condições de restrição de capacidade, requisitos como segurança e

eficiência podem ser comprometidos. Surge, portanto, a necessidade de implementar um

plano de atualização dos sistemas CNS suficiente para garantir suporte efetivo para controle e

gerenciamento do tráfego aéreo através de um plano nacional de implantação CNS/ATM.

No Brasil, o sistema de transporte aéreo enfrenta uma crise operacional desencadeada

pela colisão entre duas aeronaves, um Boeing 737-800 pertencente a Gol Linhas Aéreas e um

jato executivo Legacy operado pela empresa ExcelAire no dia 29 de setembro de 2006. Esta


20

crise prejudica diretamente os usuários do sistema. Atrasos nos vôos têm sido registrados

constantemente após o acidente. Para minimizar esta questão, uma ação integrada envolvendo

os diversos participantes do sistema deve ser realizada a partir de um planejamento estratégico

que atenda às necessidades de curto, médio e longo prazo.

1.4 Objetivo

Considerando-se a implantação do sistema CNS/ATM no cenário brasileiro dentro do

programa de cooperação internacional proposto pela ICAO para coordenação e harmonização

dos sistemas de navegação aérea e do espaço aéreo, surge a necessidade de avaliar a transição

do processo de desativação de equipamentos convencionais para a tecnologia via satélite

GNSS e garantir eficiência no sistema de transporte aéreo nacional.

Neste contexto, é importante analisar os equipamentos atualmente em uso e como

novas tecnologias de navegação podem contribuir para justificar a substituição destes

equipamentos convencionais de navegação aérea. Os principais objetivos deste trabalho

ilustrados na Fig. 1.2 são detalhados na Tabela 1.1.

Tabela 1.1 - Objetivos principais da estratégia de implantação de um sistema de navegação.

Objetivos: Fazer um benchmarking dos radioauxílios utilizados para navegação aérea no Brasil,

tecnologias GNSS, sistemas de acréscimo (ou de aumentação) GNSS, conceitos operacionais

para melhor aproveitamento do espaço aéreo e futuras tecnologias com grande potencial para

compor o mercado aeronáutico nos próximos anos;

Fazer uma avaliação das tecnologias via satélite: desempenho operacional e técnico

considerando a análise SWOT (vantagens, desvantagens, oportunidades e riscos) para o

mercado da aviação;

Propor uma arquitetura com o uso de tecnologias via satélite capaz de atender às necessidades

brasileiras;

Construir um mapa de cobertura desta arquitetura; e

Fazer estimativa qualitativa de custos da arquitetura proposta.


21

1.5 Estrutura do Trabalho

Este trabalho está estruturado em 7 Capítulos e 4 Apêndices, começando pela

Introdução deste Capítulo 1.

O Capítulo 2 analisa o Sistema CNS/ATM em um contexto mundial e Auxílios de

Navegação Convencional utilizados como meio de navegação aérea no Brasil.

O Capítulo 3 faz uma apresentação geral sobre GNSS, benefícios e comparações entre

os sistemas existentes.

O Capítulo 4 descreve os sistemas de acréscimo (ABAS, GBAS, GRAS e SBAS),

configurações, vantagens e benefícios que cada sistema pode proporcionar.

O Capítulo 5 destaca um cenário dinâmico aeronáutico formado pelos conceitos

operacionais de navegação aérea para melhor ocupação e uso do espaço aéreo. Além disto, o

capítulo analisa futuras tecnologias em desenvolvimento que poderão compor o mercado

aeronáutico nos próximos anos.

O Capítulo 6 apresenta uma proposta de implantação dos conceitos GBAS e GRAS

associados à tecnologia ADS-B como estudo preliminar de integração entre os diversos

participantes (governo-indústrias-instituições de pesquisa) do sistema de navegação aérea.

O Capítulo 7 destaca as principais conclusões e sugestões para trabalhos futuros.

O Apêndice A contém uma descrição dos sistemas de navegação convencional

utilizados no Brasil.

O Apêndice B faz uma descrição dos segmentos das tecnologias GNSS: Espacial, de

Controle e de Usuário.

O Apêndice C traz informações complementares dos sistemas descritos no Capítulo 4 e

apresenta outros sistemas de acréscimo em desenvolvimento.

Finalmente, o Apêndice D contém uma descrição detalhada dos fundamentos da

navegação aérea e erros existentes no sinal GNSS.

Capítulo 2: Conceito C#S/ATM 22

Capítulo 2

Conceito C+S/ATM

2.1 A Criação do Conceito C+S/ATM

A indústria de transporte aéreo se desenvolveu rapidamente nos anos oitenta do século

passado. Entre 1985 e 1995, as viagens aéreas de passageiro e de carga em serviços

programados cresceram a taxas anuais médias de 5,0% e 7,6%, respectivamente. Neste

mesmo período, o número de decolagem de aeronaves cresceu em média 3,7% (ICAO, 2002).

Em 1997 mais de 12.000 jatos comerciais no mundo operaram aproximadamente 15

milhões de vôos. Isto significa 6 vezes mais aeronaves e quase 8 vezes mais vôos do que 30

anos atrás (ICAO, 1998). Segundo Dieudonne et al. (2003), a FAA estima que o tráfego aéreo

crescerá em torno de 30% até o ano de 2010 e a área comercial da Boeing projeta o dobro do

tráfego aéreo até 2020.

Considerando-se as previsões de crescimento de tráfego aéreo e o surgimento de novas

tecnologias, o conselho da ICAO considerou relevantes as exigências futuras da comunidade

da aviação civil no sentido de melhorar a eficiência e a segurança do transporte aéreo, uma

vez que os sistemas e os procedimentos convencionais que apoiavam a aviação civil haviam

alcançado seus limites.

Assim, o conselho estabeleceu um comitê especial chamado Futuro Sistema da

Navegação Aérea (Future Air #avigation System - FANS). Este comitê foi designado para

estudar, identificar, avaliar novas tecnologias (principalmente o uso de satélites) e fazer

recomendações para o desenvolvimento futuro da navegação aérea para a aviação civil em um

período estimado de 25 anos (ICAO, 2002).

Capítulo 2: Conceito C#S/ATM

23

Em seus estudos, o comitê FANS determinou que seria necessário desenvolver novos

sistemas que superassem as limitações dos sistemas convencionais (ver seção 2.1.1) e

permitissem a atualização do sistema ATM em uma escala global (Chujo & Walter, 2005b).

Em setembro de 1991, a ICAO (2002) oficializou o conceito FANS, que passou a ser

conhecido como sistemas de Comunicação, Navegação, Vigilância / Gerenciamento de

Tráfego Aéreo (CNS/ATM). O conceito CNS/ATM envolve um complexo conjunto de

tecnologias dependente em grande parte de satélites, incluindo a tecnologia GNSS (Global

#avigation Satellite System). O projeto envolve a cooperação de todos os setores da

comunidade da aviação para acomodar as futuras necessidades do transporte aéreo

internacional e evitar deficiências, tais como atrasos, congestionamento de tráfego, cobertura

de área não-continental e comunicações por voz.

A evolução do sistema CNS/ATM em uma escala global requer planejamento no

processo de transição dos sistemas convencionais para os sistemas CNS/ATM de maneira

equilibrada e economicamente viável. Para isso, é fundamental o envolvimento dos estados,

com participação efetiva de órgãos regulamentadores como FAA, JAA (Joint Aviation

Authorities), JCAB (Japan Civil Aviation Bureau), DECEA e outros.

2.2 Sistema de +avegação Aérea Atual

O aumento da demanda pelo sistema de transporte aéreo tem pressionado fortemente

os órgãos regulamentadores para que sejam criados procedimentos e normas que garantam

segurança, eficiência, sistema de baixo custo e adaptável para todos os tipos de operações de

vôo.

2.2.1 Auxílios Convencionais de +avegação Aérea

Os equipamentos de navegação aérea existentes e seus subsistemas apresentam várias


24

limitações em termos técnico, operacional e econômico, conduzindo a um desempenho

limitado e insatisfatório. Em determinadas condições, estes equipamentos apresentam (ICAO,

2000):

dificuldade para posicionar VOR/DME/NDB em áreas remotas e regiões montanhosas

com a ausência de orientação de navegação nestas regiões;

ausência de orientação de navegação (NDB/VOR/DME) no espaço aéreo oceânico.

muito tempo de uso (obsoletos);

interferência FM e problema de capacidade de canal em ILS; e

indisponibilidade de operação de aproximação de precisão Categoria I.

Devido às restrições operacionais destes equipamentos e à evolução das tecnologias

CNS, o processo de desativação dos radioauxílios de navegação ocorrerá de forma gradativa,

de acordo com as necessidades e a realidade de cada país. Uma proposta de desativação é

mostrada na Fig. 2.1, com destaque para a navegação.

Fig. 2.1 - Proposta de desativação coordenada dos auxílios de navegação – Navegação (IATA, 2005).


25

2.2.2 +avegação por Radioauxílios no Brasil

Em condições de tráfego aéreo ideal, um órgão de controle de tráfego aéreo deve

manter as aeronaves sob sua responsabilidade operando segundo seus planos de vôos. Neste

caso, as aeronaves devem decolar pontualmente, voar dentro de espaços aéreos

preestabelecidos e pousar dentro dos horários previstos.

Porém, fatores meteorológicos, falhas de equipamentos ou de sistemas de

comunicações podem alterar parâmetros dos planos de vôo. Para manter os níveis mínimos de

segurança, o Brasil dispõe de uma vasta e redundante infra-estrutura aeronáutica. A Fig. 2.2

mostra os diferentes tipos de radioauxílios existentes (614). Atualmente, o sistema mantém

aferidos e em operação um total de 810 auxílios à navegação aérea. A inspeção de cada um

desses auxílios é feita periodicamente pelo GEIV (Grupo Especial de Inspeção em Vôo).

O objetivo é proporcionar aos pilotos sinais de radiocomunicação com intercâmbio de

mensagens de coordenação e sinais de radionavegação para que as aeronaves permaneçam em

suas rotas com posicionamento preciso em todas as fases de vôo, principalmente em

aproximação e pouso.

Fig. 2.2 - Radioauxílios existentes em solo brasileiro (Cortesia: DECEA).


26

A vida útil destes equipamentos, segundo o planejamento de substituição do DECEA,

é de aproximadamente 20 anos. Este tempo de utilização está acima do especificado, porém

segue em conformidade com a realidade brasileira.

As Fig. 2.3 (a) e (b) destacam, respectivamente, as rotas nacionais e internacionais que

cortam o espaço aéreo brasileiro. Das rotas internacionais, a mais importante é o corredor

denominado Euro-SAM que liga a Europa à América do Sul. Na parte continental, estas rotas

são balizadas por radioauxílios. No Brasil, os mais importantes são: NDB, VOR e DME. O

Apêndice A faz uma abordagem destes equipamentos em termos operacionais e de

funcionamento. Outras referências podem ser consultadas: (Allstar1; Kayton & Fried, 1997; e

Soares, 2004).

(a) (b)

Fig. 2.3 - Rotas aéreas: (a) nacionais; e (b) internacionais (Fonte: DECEA).

2.2.3 Análise Comparativa de Radioauxílios

Os equipamentos de navegação comumente usados em sistemas de posicionamento são

apresentados na Tabela 2.1, que traz uma comparação entre os radioauxílios.

Tabela 2.1 - Características dos sistemas de radionavegação terrestre.

Sistema Faixa de Freqüência Acurácia Alcance NDB 200-400/1700-1750 kHz ±5º 270 km VOR 108-118 MHz ±1,4º 240 km DME 960-1215 MHz ±185 m 370 km VOR/DME 108-118 MHz 60-80 m 137 km ILS Loc.:108-111,975 MHz

Glide.: 329,3-335 MHz 5-10 m Loc.:33 km

Glide.: 18 km

1 Disponível em: <http://www.allstar.fiu.edu/aero/vor.htm>. Acesso: 10/11/2006.


27

Sistemas que operam em freqüências mais altas fornecem maior precisão. É o caso do

VOR/DME e do ILS, na ordem de 60 a 80m e 10 m, respectivamente. Será visto no Capítulo

3 que o GNSS (faixa de operação acima de 1.100 MHz) pode apresentar maior acurácia,

variando entre 5 e 10 m.

2.2.4 Estudo de Custo-Benefício

Segundo a FAA (1998), estima-se que os gastos anuais de manutenção com

equipamentos de radionavegação existentes nos Estados Unidos são de US$ 80 milhões.

Estima-se que US$ 139 milhões serão gastos até 2010 para prover o mesmo nível de serviço.

Segundo o COMAER (2002), para um planejamento de curto e médio prazo no caso

brasileiro, uma análise foi realizada para verificar o procedimento de ativação e desativação

de equipamentos no processo de transição para o sistema CNS/ATM até o ano de 2010. A

relação custo-benefício foi bastante favorável ao procedimento de implantação no que diz

respeito a investimento e manutenção. Os principais benefícios identificados foram:

a) economia de combustível com a operação em rotas mais diretas e diminuição da

separação, possibilitando um perfil adequado para o vôo. O valor estimado da referida

economia será de, pelo menos, 3% a.a. e corresponderá, em 2010, a US$ 30.000.000,00;

b) aumento do número de aeródromos que poderão operar IFR (Instrument Flight

Rules), ou seja, dos 1.282 aeródromos atualmente registrados, apenas 322 estariam

capacitados até o ano de 2010. Para que os demais aeródromos sejam capacitados para

operação de aproximação de não precisão (NPA), seria necessário implantar cerca de 960

NDB, totalizando uma quantia de US$ 177.600.000,00;

c) reflexo no nível tarifário do uso das comunicações e dos auxílios à navegação aérea

em conseqüência da diminuição dos custos para o SISCEAB (Sistema de Controle do Espaço

Aéreo Brasileiro); e

d) desativação paulatina de equipamentos de bordo não utilizados, como receptor de


28

VOR, ADF, ILS e HF (High Frequency).

Quanto aos custos, uma avaliação dos valores de implantação dos equipamentos de

bordo deve ser feita. Contudo, estudos preliminares apresentam fortes indícios de uma relação

custo/benefício favorável à implantação de novos equipamentos CNS, cabendo ao DECEA

fazer uma quantificação detalhada e sistematicamente atualizada desses custos à medida que

as normas internacionais forem definidas e a indústria aeronáutica estabelecer valores. A

Tabela 2.2 mostra os custos associados aos equipamentos de navegação utilizados no Brasil.

Tabela 2.2 - Custos associados com equipamentos de navegação (Cortesia: DECEA).

Equipamento Aquisição Infra + Instalação NDB R$ 300.000 R$ 250.000 DME US$ 120.000 R$ 40.000 VOR US$ 200.000 R$ 500.000 ILS US$ 500.000 R$ 1.000.000 PAPIS2 R$ 80.000 R$ 140.000

Estes valores aproximados são relativos a compras realizadas pela FAB (Força Aérea

Brasileira) e, portanto, são isentos de impostos.

2.3 Evolução do Transporte Aéreo Através do C+S/ATM

A implantação do CNS/ATM possibilitará uma nova forma de navegação aérea com

segurança e de alta confiabilidade. Rotas mais diretas, com menor consumo de combustível e

em menor tempo são alguns benefícios que poderão ser observados nos próximos anos.

2.3.1 Funções do C+S/ATM

O processo de se garantir um vôo seguro e eficiente da origem ao destino requer

sistemas de gerenciamento de tráfego aéreo apoiados por três funções chave: comunicação,

navegação e vigilância. Cada elemento do sistema CNS/ATM pode ser definido como (ICAO,

2002):

2 Indicador da trajetória de planeio composto por caixas emissoras de luz que permitem a visualização da rampa de descida e do ponto de toque na pista.


29

Comunicação: É a troca de voz e dados entre piloto e controladores de tráfego aéreo

ou centros de informação de vôo. Nos sistemas CNS/ATM, a transmissão de voz,

inicialmente, continuará existindo nos canais de VHF (Very High Frequency), porém estes

mesmos canais serão usados para transmitir dados digitais. Dados de satélite e comunicações

de voz, com cobertura global, também estão sendo introduzidos juntamente com transmissão

de dados nos canais de HF.

Comunicações por voz em VHF e HF são usadas em operações domésticas e oceânicas

entre aeronave e equipamentos ATC (Controle de Tráfego Aéreo). Em comunicações VHF,

entretanto, a baixa altitude de uma aeronave por vezes pode experimentar áreas de não

cobertura devido à limitação de linha de visada e obstáculos topográficos, como ilustra a Fig.

2.4 (a). Em comunicações HF, problemas maiores se encontram no número insuficiente de

canais assim como comunicações instáveis.

(a) (b)

Fig. 2.4 - Função de Comunicação: (a) Arquitetura convencional; e (b) Arquitetura CNS/ATM: maior capacidade de comunicação, habilitando a transmissão direta de dados meteorológicos, NOTAM e planos de

vôo para o sistema FMS (Fonte: <http://www.mlit.go.jp/koku/04_hoan/e/serv/satellite/04.html>).

Em contraste com as condições anteriores, a função de comunicação no sistema

CNS/ATM capacitará conexões entre aeronave e equipamentos ATC via satélite, eliminando

efeitos geográficos como perda de sinal pela existência de montanhas, como ilustrada a Fig.


30

2.4 (b). Além disso, a comunicação terá um salto de qualidade se comparado com o dado de

comunicação HF: maior capacidade de comunicação com o uso de tecnologia de comunicação

de dados, habilitando a transmissão direta de dados meteorológicos, NOTAM (#otices to

Airmen - informações aeronáuticas) e planos de vôo para o sistema de bordo FMS (Flight

Management System ou Sistema de Gerenciamento de Vôo). O conteúdo da comunicação

pode ser confirmado através de uma tela no cockpit, prevenindo de falta/falha de

comunicação.

+avegação: Define a posição da aeronave para a tripulação de vôo. Atualizações no

serviço de navegação incluem a introdução progressiva de capacidades de Navegação de Área

(RNAV) através do GNSS: GPS, GLONASS e Galileo. Estes sistemas provêem cobertura de

navegação mundial, com aplicação principal para navegação em rota e NPA. O uso dos

sistemas de acréscimo como ABAS, GBAS e SBAS pode resultar em alta integridade, alta

precisão e serviço de navegação mundial. O sucesso da implantação destes sistemas pode

permitir que uma aeronave navegue em todos os tipos de espaço aéreo, em qualquer parte do

mundo. A Fig. 2.5 ilustra a configuração atual e um cenário de implantação CNS/ATM.

(a) (b)

Fig. 2.5 - (a) Navegação convencional com o uso de sistemas de navegação terrestres (VOR, DME); e (b) Conceito CNS/ATM com emprego de tecnologia via satélite (GNSS) e sistemas de acréscimo GBAS/SBAS para

suporte em aproximação de precisão (Fonte: <http://www.mlit.go.jp/koku/04_hoan/e/serv/satellite/04.html>).


31

Diferentemente dos meios convencionais de navegação como VOR ou DME, a

tecnologia via satélite pode ser usada para cobrir grandes áreas oceânicas e continentais,

tornando possível rotas de vôos flexíveis e diretas.

Vigilância: Define a posição da aeronave para controladores de tráfego aéreo,

inclusive a comunicação de informação de navegação da aeronave para os centros de controle

de tráfego que disponibilizam continuamente o mapeamento da posição relativa da aeronave

em tempo real. Radares de Vigilância Secundário (SSR) tradicionais continuarão sendo

usados em áreas terminais e espaço aéreo continental de alta densidade, como ilustra a Fig.

2.6 (a). Fora da cobertura do radar, como sobre o Oceano Pacífico, a posição da aeronave é

confirmada pelo relato verbal de posição enviada pelo piloto da aeronave.

A inovação principal será a implantação de Vigilância Dependente Automática (ADS).

Os ADS permitem à aeronave transmitir sua posição automaticamente e também outros dados

como proa, velocidade e informações úteis contidas no FMS, por satélite ou por outros

enlaces de comunicações, para uma unidade de Controle de Tráfego Aéreo (ATC) através da

qual a posição de uma aeronave é exibida de modo semelhante como em uma tela de radar.

Particularmente, o ADS-Broadcast é um conceito para disseminação de informação de

posição da aeronave. Usando este método, uma aeronave periodicamente transmite sua

posição para outra aeronave como também para sistemas terrestres. Qualquer usuário, no ar

ou no solo dentro da faixa de transmissão, recebe e processa a informação. Todos os usuários

do sistema têm acesso, em tempo real, precisamente aos mesmos dados. A tecnologia ADS-B

será abordada no Capítulo 6 como um sistema promissor no cenário brasileiro em substituição

aos radares de vigilância. A Fig. 2.6 (b) ilustra o cenário CNS/ATM com o uso de satélites

SBAS (MTSat) em sua configuração para apoio à navegação.


32

(a) (b)

Fig. 2.6 - (a) Vigilância convencional; e (b) Vigilância segundo o conceito CNS/ATM: disponibilidade de informação de posição de uma aeronave em tempo real.

(Fonte: <http://www.mlit.go.jp/koku/04_hoan/e/serv/satellite/04.html>).

A função de vigilância pode contribuir com a redução da carga de trabalho e com o

aumento da consciência situacional dos pilotos, assim como de controladores de tráfego

aéreo, melhorando a capacidade de vigilância da aeronave para alcançar maior segurança.

Além disso, há possibilidade de seleção de cursos de vôos otimizados dentro de tempo limite

e disponibilidade de espaço aéreo.

Essas três funções, comunicação, navegação e vigilância, são denominadas sistemas

CNS e compõem os serviços básicos de apoio aos sistemas de Gerenciamento de Tráfego

Aéreo (ATM).

Gerenciamento de Tráfego Aéreo (ATM): O conceito ATM garantirá eficiência e

tráfego seguro de aeronaves no espaço aéreo. Os principais elementos do sistema ATM são:

dispositivos de navegação aérea, equipamentos e serviços, pistas e aeroportos, cartas

aeronáuticas, informações e serviços, normas, regulamentos e procedimentos, informações

técnicas e força tarefa, incluindo tripulação de vôo, controladores de tráfego aéreo e técnicos

de equipamentos (Field, 1985; e Nolan, 1990). Os avanços em tecnologias de CNS servirão

como suporte ao sistema ATM, como mostra a Fig. 2.7.


33

Fig. 2.7 - Elementos do Sistema CNS/ATM.

Um sistema ATM integrado deve explorar a introdução de novas tecnologias CNS

através da harmonização internacional de padrões e procedimentos dos elementos terrestres e

embarcados. Isto permitirá aos pilotos administrar seus vôos conforme as trajetórias

desejadas, ajustadas dinamicamente, de forma mais otimizada e com menor custo.

De maneira geral, a Tabela 2.3 apresenta as principais mudanças no sistema CNS entre

o Sistema Atual e o Sistema Futuro, destacando-se o sistema de Navegação como foco para

abordagem do trabalho proposto. O advento dos sistemas GNSS e de acréscimo GNSS traz

consigo novos conceitos em ATM que exigirão treinamento especial.

Tabela 2.3 - Evolução do Sistema C+S.

FU+ÇÃO SISTEMA ATUAL SISTEMA FUTURO

COMUNICAÇÃO VHF Voz HF Voz

VHF Voz/Dados AMSS Voz/Dados Link de Dados SSR Modo S

+AVEGAÇÃO

Altímetro Barométrico I+S/IRS ILS +DB/VOR/DME LORA+-C

Altímetro Barométrico I+S/IRS G+SS SBAS, GBAS, GRAS R+P/R+AV/PB+

VIGILÂNCIA PSR e SSR SSR Modo A/C Relatório de Precisão por Voz

ADS SSR Modo S

A idéia principal é aumentar a consciência situacional do piloto, objetivando-se maior


34

controle da aeronave dentro do conceito “Free Flight”. Este conceito visa integrar diversas

tecnologias como sistemas de navegação por satélites GNSS, controle e gerenciamento de

tráfego aéreo, comunicação por voz e dados que resulte em um sistema capaz de informar

rotas otimizadas e eficientes, como ilustra a Fig. 2.8.

Fig. 2.8 - Operação Free Flight com apoio de diversas tecnologias atuais. (Adaptada de: MITRE, 2003).

O conceito Free Flight é definido pela RTCA (Radio Technical Commission for

Aeronautics) como a capacidade de operação de vôo seguro e eficiente sob uso de Regras de

Vôo por Instrumento (Instrument Flight Rules – IFR), nas quais operadores têm liberdade de

escolher a rota e a velocidade em tempo real (EUROCONTROL, 1995). As restrições de

tráfego aéreo são impostas somente para garantir separação entre aeronaves, prevenir

esgotamento da capacidade do aeroporto, prevenir vôos não autorizados em espaço aéreo de

acesso restrito e garantir a segurança do vôo.

2.3.2 Implantação do Conceito C+S/ATM no Brasil

O processo de se obter harmonização de padrões e procedimentos entre países vizinhos

visa estabelecer um espaço aéreo interoperável e sem descontinuidades entre fronteiras. Isso

permitirá operações de vôo entre diversas regiões de acordo com as melhores rotas e com a

melhor relação custo/benefício.

Neste contexto, o Plano Mundial proposto pela ICAO visa definir uma metodologia


35

para planejar e implantar o conceito CNS/ATM considerando uma evolução contínua e em

conformidade com os trabalhos existentes. Esta metodologia inclui planejamentos mundial,

regional e nacional de acordo com as necessidades de cada país.

No caso particular das Regiões CAR/SAM (Caribe e América do Sul), o Grupo de

Planejamento e Execução para a Região do Caribe e América do Sul (GREPECAS) definiu os

principais fluxos de tráfego internacional que servem como base para os estudos de

implantação de acordo com a metodologia estabelecida pela ICAO (COMAER, 2002).

Em maio de 1998, o Brasil sediou a Conferência Mundial de Implantação do Sistema

CNS/ATM (ICAO, 1998). Na oportunidade, o Brasil firmou o compromisso de planejar a

viabilidade de utilização do conceito CNS/ATM no espaço aéreo nacional.

O processo de planejamento e de criação de procedimentos do conceito CNS/ATM é

de responsabilidade do DECEA que atualmente segue com o Programa de Desenvolvimento

do Sistema de Controle do Espaço Aéreo (PDSCEA), o Programa Qüinqüenal e os Programas

de funcionalidades de ATM em função das necessidades operacionais e do cronograma de

implantação das Regiões CAR/SAM.

Para o desenvolvimento da metodologia de implantação nacional, as metas regionais

estabelecidas nos planos de desenvolvimento da Associação Internacional de Transporte

Aéreo (International Air Transport Association - IATA) devem ser consideradas:

aumentar a eficiência e a segurança do sistema atual;

atingir às exigências da demanda do tráfego aéreo sem se expor a congestionamentos;

maximizar os incentivos para a implantação do Sistema CNS/ATM, além de encorajar

e garantir a participação de toda a comunidade aeronáutica;

prestar assistência e cooperação aos Estados de maneira a obter sua participação

integral;

manter os usuários periodicamente informados sobre as estruturas de custo decorrentes


36

da implantação dos sistemas; e

definir uma política comum de geração de receita contando com a aceitação de todos

envolvidos no sistema.

2.3.3 Análise do Plano de Implantação C+S/ATM no Brasil

De acordo com o Plano Nacional (COMAER, 2002), o programa de implantação estará

dividido nas seguintes etapas:

2001-2003: Desenvolvimentos, provas, demonstrações pré-operacionais, elaboração

de requisitos operacionais e técnicos, definição de questões institucionais e de

padronização, utilização de funcionalidades advindas da implantação de elementos dos

Sistemas CNS/ATM como “back-up” do SISCEAB atual;

2004-2007: Implementação gradual e uso de diferentes elementos dos novos sistemas

CNS quando novas funcionalidades de ATM estarão disponíveis no SISCEAB, em

paralelo ao sistema atual, de forma a apoiar, pelo menos, as operações internacionais

de aeronaves equipadas apenas para o novo sistema;

2008-2011: Conclusão da implantação do novo sistema e início da desativação dos

sistemas da tecnologia atual, a partir dos sistemas de comunicação e de navegação; e

Após 2012: Somente os novos sistemas estarão em operação no SISCEAB.

Mesmo com a implantação de novas tecnologias, equipamentos convencionais

continuarão em uso. Muitos usuários de vôos domésticos dependem destes equipamentos.

Sistemas de Pouso por Instrumento (ILS), por exemplo, podem ser mantidos em alguns

aeroportos como precaução em casos de interferências nos sistemas GNSS durante operações

de baixa visibilidade.

A visão futura de especialistas prevê papel extenso dos sistemas CNS/ATM atuais não

só para cobertura global de operações de vôo, mas também para fornecer serviços a uma


37

grande faixa de veículos aeroespaciais emergentes, incluindo RLVs (Reusable Launch

Vehicles), UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) e VSTOL (Vertical Short Take Off Landing). A

Fig. 2.9 ilustra os maiores elementos do futuro plano nacional interoperável e harmonizado.

Fig. 2.9 - Espaço Aéreo Nacional globalmente harmonizado de acordo com as necessidades do usuário.

O objetivo principal é transportar todas as categorias de usuários para qualquer lugar, a

qualquer hora, a tempo, de forma segura, eficiente, econômica e com reduzido impacto

ambiental.

2.3.4 Análise dos Benefícios dos +ovos Sistemas

Sistemas avançados CNS/ATM terão a implantação de sistemas computadorizados em

solo para gerenciamento e controle de tráfego aéreo. Estes sistemas de auxílio terrestre

trocarão diretamente dados com FMS a bordo na aeronave através de um enlace de dados. Isto

beneficiará o provedor ATM e o usuário do espaço aéreo através da melhora na detecção de

conflito e resolução, fornecendo meios para rápida adaptação às mudanças de tráfego.

Como resultado, o sistema ATM poderá melhor acomodar o perfil de vôo desejado de

uma aeronave e ajudar operadores de aeronave a alcançar custos operacionais reduzidos de

vôo e menores atrasos. Os principais benefícios para cada participante do sistema estão

listados na Tabela 2.4.


38

Tabela 2.4 - Benefícios para os participantes do sistema de transporte aéreo.

Participantes Benefícios

Companhias

Aéreas

Economia de combustível,

Oportunidades para rotas mais dinâmicas e diretas;

Maior número de níveis de vôo com a implantação do sistema RVSM;

Padrões de separação reduzidos sobre espaço aéreo oceânico;

Acesso facilitado em áreas remotas; e

Aumento global na segurança do transporte aéreo.

Países Redução no custo global de operação e manutenção de instalações; e

Aumento da segurança.

Aviação Geral

Acesso crescente a aviônicos com menores custos operacionais; e

Acesso a áreas remotas atualmente intransponíveis por falta de comunicação ou

navegação segura.

Passageiro Tarifas e taxas mais baixas; e

Economia de tempo;

Participantes em

geral

Aumento de produtividade e reestruturação das indústrias;

Incentivo às indústrias relacionadas;

Aumento de oportunidades de negócio; e

Aumento da oferta de emprego.

Meio ambiente Redução da queima de combustível na aviação (menores níveis de emissões de

poluentes).

2.3.5 Expectativa na Transição dos Sistemas

A transição para os novos sistemas CNS/ATM não acontecerá ao mesmo tempo em

todas as partes do mundo. O nível de sofisticação dos sistemas será adaptado às diferentes

necessidades de regiões e países. Não obstante, o planejamento e a implantação devem

considerar as exigências dos usuários do espaço aéreo como também as informações de vôo

das regiões adjacentes (Flight Information Regions - FIRs) para assegurar que os sistemas

resultantes em nível regional ou nacional serão bem coordenados, racionalizados e

harmonizados no tempo adequado e com baixo custo. As influências principais na demanda

por serviços CNS/ATM são (ICAO, 2000):

a) turismo nacional ou internacional;

b) produto interno bruto (PIB);


39

c) desenvolvimento econômico regional e setorial; e

d) conteúdo e natureza de competição na aviação doméstica e internacional.

Isso significa que a demanda por serviços de transporte aéreo é bastante vulnerável às

variações de comportamento do mercado internacional e da própria economia do país. A

realização de uma análise de risco e de custo/benefício, ao investir em novas tecnologias,

deve fazer parte do planejamento para que seja possível obter uma configuração segura e

eficiente no aproveitamento de espaço aéreo e aeroportos.

Capítulo 3: G#SS 40

Capítulo 3

G+SS

3.1 História da +avegação por Satélites

O advento da navegação aérea trouxe uma forma de locomoção mais rápida e segura

de um ponto a outro. As primeiras aeronaves utilizavam-se da navegação visual. Os pilotos

usavam anemômetro para medir velocidade aerodinâmica, barômetro para altitude e bússola

magnética para medir a proa (Kayton & Fried, 1997).

A era dos satélites espaciais estreou em 1957 com o lançamento do satélite Sputnik I

pela Antiga União Soviética. Porém, a navegação por satélite foi iniciada pela Marinha norte-

americana quando criou, em 1960, um sistema para navegação de precisão por satélite

denominado #avy #avigation Satellite System (NNSS), mais conhecido como Transit (Prasad

& Ruggieri, 2005; e Misra & Per Enge, 2001).

Em 1964, o Centro de Tecnologias Espaciais da Marinha (#aval Center for Space

Technologies - NCST) criou o programa TIMATION (TIMe navigaTIO#). Dois satélites

TIMATION foram desenvolvidos e lançados em 1967 e 1969, carregando osciladores de

quartzo com acurácia que eram regularmente atualizados por um relógio mestre posicionado

em solo (Prasad & Ruggieri, 2005). Paralelamente, a Força Aérea dos Estados Unidos criou o

programa 621B. Neste período, a Antiga União Soviética desenvolveu um sistema idêntico

denominado Tsikada, mas tornou-se operacional somente em 1971.

O DoD decidiu incluir os programas em uma única estratégia chamada Defense

#avigation Satellite Sytem (DNSS). No programa TIMATION, dois satélites chamados NTS I

(#avigation Technology Satellite) e NTS II foram lançados em 1974 e 1977, respectivamente

Capítulo 3: G#SS

41

(Lasiter & Parkinson, 1977; e Easton, 1980). Foram os primeiros satélites a carregar relógios

atômicos, um de rubídio e outro de césio. A partir desse desenvolvimento tecnológico, surge

então o GPS (Global Positioning System) e em fevereiro de 1978, o primeiro satélite GPS foi

lançado (Prasad & Ruggieri, 2005).

Além do GPS, existe o sistema de navegação denominado GLONASS (Global

#avigation Satellite System) em operação. O GLONASS é operado e mantido pela Federação

Russa e, apesar dos primeiros satélites terem sido lançados por volta de 1980 (o primeiro

satélite GLONASS foi lançado em 12 de outubro de 1982), o sistema foi declarado

oficialmente operacional somente em 24 de setembro de 1993 (CSIC, 2006; CSIC, 1998;

Contreras, 1998; Smirnov et al., 1998; e Lebedev et al., 1998).

Em desenvolvimento, encontra-se o sistema de navegação Galileo, uma iniciativa

conjunta da Agência Espacial Européia (European Space Agency - ESA) e da União Européia

(European Union - EU). A expectativa é de que esteja operacional a partir de 2010.

3.2 Tecnologias G+SS

O Sistema Global de Navegação por Satélites (GNSS) é um dos principais elementos

da navegação aérea segundo o conceito CNS/ATM (Communication, #avigation,

Surveillance/Air Traffic Management), constituindo a base do aprimoramento da navegação

aérea com suas características de cobertura global e de maior acurácia. As tecnologias GNSS

(Fig. 3.1) são formadas atualmente pelo GPS e pelo GLONASS.

Fig. 3.1- Tecnologias GNSS existentes e/ou em desenvolvimento.

O sistema Galileo deve estar com capacidade operacional até o ano de 2010. Os GNSS

Capítulo 3: G#SS

42

são capazes de prover informações de tempo e posição com acurácia (exatidão) em todo o

mundo, porém com limitação de cobertura nas regiões polares.

Apesar do nível de desenvolvimento alcançado com as tecnologias GNSS, atender

completamente aos requisitos de desempenho estabelecidos pela ICAO para os sistemas de

navegação (acurácia, integridade, continuidade e disponibilidade) é um grande desafio (Chujo

& Walter, 2006b). Operações de aproximação e pouso de precisão, por exemplo, exigem

acurácia da ordem de centímetro (dependendo da categoria de precisão), necessitando de

sistemas integrados como os que serão fornecidos pelas tecnologias CNS: SBAS (Space-

Based Augmentation System), GBAS (Ground-Based Augmentation System), ABAS (Aircraft-

Based Augmentation System) ou GRAS (Ground-based Regional Augmentation System).

Estes sistemas de acréscimos serão descritos no Capítulo 4.

3.3 GPS

O Sistema de Posicionamento Global (GPS) é um sistema de radionavegação via

satélite que utiliza medidas dos satélites GPS para determinar posição e tempo precisos em

qualquer parte do mundo. O GPS é administrado e mantido em operação pelo Departamento

de Defesa (DoD) dos Estados Unidos. A constelação do GPS é ilustrada na Fig. 3.2.

Fig. 3.2 - Constelação de satélites GPS (Fonte: <www.wherify.com>).

A constelação de satélites GPS é composta atualmente por 30 satélites distribuídos em

Capítulo 3: G#SS

43

seis planos orbitais. Literatura extensa tem sido escrita sobre GPS (Parkinson & Spilker,

1996; Hoffmann-Wellenhof et al., 1994; e Kaplan, 1996). Diversas dissertações de mestrado e

doutorado podem ser consultadas sobre sinal e operação GPS: Oliveira, 2003b; Zandonadi,

2005; Leite, 2006; Rosa, 2006 e Castro, 2006. Neste trabalho, serão abordadas questões como

arquitetura e organização do GPS para melhor compreensão da evolução e direção futura dos

sistemas de navegação.

3.3.1 Descrição do GPS

O GPS é constituído de três segmentos: Segmento Espacial (constelação de satélites),

Segmento de Controle (estações de monitoramento em solo) e Segmento de Usuário

(receptores GPS embarcados). Para maiores detalhes da configuração destes segmentos, ver

Apêndice B.

3.3.2 Sinais GPS

Um requisito relacionado aos sinais de um sistema de navegação por satélite é a

disponibilidade de acesso simultâneo dos sinais transmitidos por um conjunto de satélites com

um mínimo de interferência cruzada. Na tecnologia GPS, este requisito se traduz no uso de

uma técnica denominada CDMA (Múltiplo Acesso por Divisão de Código), na qual o sinal

transmitido por cada satélite é modulado por um código PRN (Pseudo-random #oise)3 que

apresenta baixa correlação com os sinais transmitidos por outros satélites. Esta técnica

permite ao usuário receber múltiplos sinais na mesma faixa de freqüência com baixa

interferência mútua (Prasad & Ruggieri, 2005).

Os satélites GPS transmitem duas freqüências de portadoras denominadas L1, a

freqüência primária, igual a 1.575,42 MHz, e L2, a freqüência secundária, de 1.227,6 MHz.

As modulações empregadas são do tipo BPSK (Binary Phase Shift Keying). A freqüência L1 é

3 Seqüência previsível de 1s e -1s que pode ser reproduzida em um intervalo de tempo.

Capítulo 3: G#SS

44

modulada por dois códigos PRN (C/A - Coarse Acquisition ou Clear Acquisition e P -

Precision) e por dados de navegação. Já a freqüência L2 é modulada por um só código PRN,

podendo não conter dados de navegação agregados quando modulada por P. Os códigos C/A

são disponíveis para uso civil e militar, enquanto que os códigos P são de uso exclusivamente

militar. A Tabela 3.1 mostra o desempenho de acurácia dos serviços de navegação GPS aos

usuários (SPS: Standard Positioning Service e PPS: Precise Positioning Service).

Tabela 3.1 - Desempenho dos serviços de navegação GPS (Fonte: Prasad & Ruggieri, 2005).

Acurácia (95%) SPS PPS

Horizontal 5-10 m 1-8 m Vertical 7-15 m 2-12 m Tempo 40-200 ns 35-50 ns Velocidade 0,10-0,15 m/s 0,10 m/s

3.3.3 Modernização do Sinal GPS

A atual constelação GPS é formada por 30 satélites designados Blocos II, IIA, IIR (R:

Replenishment) e IIR-M (M: Modernized). A Tabela 3.2 apresenta a constelação GPS com 30

satélites Bloco II, IIA, IIR e IIR-M em operação na data observada.

Tabela 3.2 - Constelação GPS em 10 de outubro de 2006 (<http://www.navcen.uscg.gov>).

PR+s e Slots

PR+ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Plano / Slot F6 D1 C2 D4 B4 C1 C5 A3 A1 E3

PR+ 11 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Plano / Slot D2 F3 F1 D5 B1 C4 E4 C3 E1 D3

PR+ 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Plano / Slot E2 F4 D6 A2 F2 A4 B3 F5 B2 A7

O programa de modernização oferece um conjunto de sinais para usuários civis e

militares para garantir medidas com maior acurácia e confiabilidade. Quatro sinais serão

inseridos: dois sinais para usuários civis nas freqüências L2 e L5 e dois sinais militares código

M nas portadoras L1 e L2. A Fig. 3.3 mostra a evolução do GPS.

Capítulo 3: G#SS

45

Fig. 3.3 - Plano de modernização do GPS.

O primeiro destes novos sinais, o código civil L2c, será adicionado à portadora

existente L2 na freqüência de 1.227,60 MHz. Estará disponível para uso geral em aplicações

que não exigem requisitos restritivos. O satélite Bloco IIR-M, o primeiro a adicionar esta

capacidade, foi lançado em 25 de setembro de 2005 (FAA, 2006). Satélites do Bloco IIR-M

terão capacidade para o novo código civil L2c e também para o novo código militar M nas

freqüências L1 e L2. Serão lançados até o ano de 2007.

O segundo sinal civil, localizado em 1.176,45 MHz, será fornecido inicialmente nos

satélites Bloco IIF a partir de 2007 e continuará com os satélites do Bloco III programados

para serem lançados no início de 2012. Este novo sinal L5, à semelhança do L1, é protegido

mundialmente para uso em radionavegação aeronáutica e dará suporte em aplicações na

aviação, assim como a usuários terrestres (agricultura, recreação, rodovias e marítima).

O processo de evolução iniciado com os satélites dos Blocos IIR e IIF abre

oportunidade para o desenvolvimento do GPS III, no qual uma das principais inovações

ocorrerá no segmento espacial, que passará de 6 para 3 planos orbitais, possibilitando medidas

de maior acurácia na posição do usuário.

3.3.4 Operações Mundiais de +avegação de Precisão

O sistema GPS pode fornecer um sistema de navegação global por satélite seguro e

Capítulo 3: G#SS

46

eficiente, atendendo também futuras necessidades da aviação civil. A adição do sinal L5

fornecerá à aviação e a outros sistemas de transporte serviço contínuo, de alta acurácia e

informação de posição 3-D. O trabalho de Castro (2006) mostra um estudo detalhado do sinal

GPS L5.

A disponibilidade do sinal L5 oferece potencial para capacidade de Aproximação de

Precisão (PA) na região de cobertura dos satélites geoestacionários existentes na configuração

do sistema de acréscimo SBAS. Sistemas aviônicos utilizarão dados de integridade das

correções realizadas pelos sistemas de acréscimo transmitidos por satélites geoestacionários

em L1 e L5.

O primeiro satélite GPS com capacidade de navegação em L5 está sendo projetado

pela Lockheed Martin sob aprovação da FAA com o objetivo de permitir gerenciamento de

tráfego aéreo mais seguro, confiável e com grande acurácia (Satnews Daily, 2005).

3.3.5 Benefícios com a Modernização do Sinal GPS

O uso de receptores de dupla freqüência diminuirá o erro ionosférico para cerca de

0,3m comparado com receptores de única freqüência (em torno de 7 m). Os principais

benefícios identificados para cada novo sinal civil são identificados na Tabela 3.3.

Tabela 3.3 - Modernização do GPS: novos sinais civis para diversas aplicações.

Sinal Civil

Disponibilidade Vantagens

L2c

2012 (IOC4)

2015 (FOC5)

Aplicação do sistema modernizado para serviços de emergência; e Sistema de redundância em caso de interferência local.

L1c 2013 Capacidade de interoperabilidade com sinais GLONASS e Galileo.

L5 2020 (FOC) Operação mundial para aproximação de precisão; Maior disponibilidade de operações de navegação de precisão em algumas

regiões do mundo; e Minimização de interferências através do serviço ARNS (Aeronautical

Radio #avigation Service).

Após todas as atualizações previstas para a modernização do GPS, a estimativa 4 IOC: Initial Operational Capability ou Capacidade Operacional Inicial. 5 FOC: Full Operational Capability ou Capacidade Operacional Total.

Capítulo 3: G#SS

47

indicava que os três sinais civis (L1-C/A, L2c e L5) estariam disponíveis para Capacidade de

Operação Inicial (IOC) até 2012 e para Capacidade de Operação Total (FOC) em

aproximadamente 2015 (FAA, 2006; e Cross, 2003). Entretanto, os números da Tabela 3.3

indicam grandes atrasos que não ocorrem por problemas técnicos, mas pelo fato dos satélites

atuais apresentarem vida útil bem maior do que a inicialmente prevista. Daí não haver

liberação de recursos pelo Congresso norte-americano para substituição destes satélites.

Conseqüentemente, mudanças de prazos para disponibilidade dos sinais podem ocorrer ao

longo do plano de modernização do sistema.

3.4 GLO+ASS

O GLONASS (Global #avigation Satellite System) foi criado pela Federação Russa

por volta de 1970 e, apesar do primeiro satélite ter sido lançado em outubro de 1982, o

sistema foi declarado oficialmente em operação somente em setembro de 1993. O objetivo do

sistema GLONASS é prover a qualquer usuário, aéreo, marítimo ou terrestre, um sistema de

navegação a todo tempo e em qualquer parte do mundo. A constelação do GLONASS é

mostrada na Fig. 3.4.

Fig. 3.4 - Constelação de satélites GLONASS (Fonte: <www.lb.refer.org>).

Completamente implementado, o segmento espacial do GLONASS será composto por

24 satélites distribuídos igualmente em três planos orbitais. Mais detalhes sobre características

técnicas e operacionais do GLONASS podem ser encontrados no trabalho de Montes (2006).

Capítulo 3: G#SS

48

3.4.1 Descrição do GLO+ASS

De modo semelhante ao GPS, o GLONASS apresenta três segmentos: Segmento

Espacial, Segmento de Controle e Segmento de Usuário. Detalhes sobre a configuração destes

segmentos, ver Apêndice B.

3.4.2 Sinais GLO+ASS

Diferentemente do satélite GPS, cada satélite GLONASS opera em uma freqüência

exclusiva na banda L1 (1.598,0625-1.604,25) MHz e na banda L2 (1.242,9375-1.247,75)

MHz. O GLONASS utiliza a técnica de Múltiplo Acesso por Divisão de Freqüência

(Frequency Division Multiple Access - FDMA) em L1 e L2. Os satélites podem transmitir

sinais na mesma freqüência desde que estejam em posições diametralmente opostas no

mesmo plano orbital.

O sistema fornece tipos de sinais de navegação: sinal de precisão padrão (Standard

Precision – SP) e sinal de alta precisão (High Precision – HP). Os sinais SP e HP utilizam

dois diferentes tipos de códigos, C/A e P, respectivamente. Ambos os códigos pertencem à

família de Códigos de Ruído Pseudo-aleatório (PRN).

Utilizando-se tanto o código C/A como o P, tem-se o mesmo código para todos os

satélites e a identificação do satélite se dá através de várias freqüências distintas, uma vez que

cada satélite utiliza uma freqüência específica. A Tabela 3.4 ilustra o desempenho

GLONASS.

Tabela 3.4 - Acurácia dos serviços de navegação GLO+ASS (Fonte: <www.glonass-center.ru>).

Acurácia (99,7%) SPS PPS

Horizontal 50-70 m 10-15 m Vertical 70 m ** Tempo < 1 ms **

Velocidade < 0,15 m/s ** Nota: símbolo “**” significa valores não disponíveis.

Capítulo 3: G#SS

49

3.4.3 Programa de Modernização do GLO+ASS

O programa de desenvolvimento e modernização do GLONASS, previsto para ocorrer

até 2010, prevê uma atualização nos segmentos espacial, de controle e de usuário. A nova

geração de satélites, chamada GLONASS-M, tem o propósito de tornar o sistema GLONASS

oficialmente em operação total. Foram lançados dois satélites, GLONASS-M 11 L e

GLONASS-M 12 L, colocados em órbita em dezembro de 2003 e dezembro de 2004,

respectivamente, com ciclo de vida de aproximadamente 7 anos, (ICAO, 2005; e CSIC,

2006). Ambos os satélites encontram-se em fase de testes. A Tabela 3.5 apresenta a

constelação GLONASS com 14 satélites em operação na data de 20/06/2006.

Tabela 3.5 - Constelação GLO+ASS em 20 de junho de 2006 (Fonte: <www.glonass-center.ru>).

Slots e Canais

Plano 1 / Slot: 01 02 03 04 05 06 07 08

Canal: 07 01 12 06 07 01 04 06

Plano 2 / Slot: 09 10 11 12 13 14 15 16

Canal: -- -- -- -- -- -- -- --

Plano 3 / Slot: 17 18 19 20 21 22 23 24

Canal: 05 10 03 11 05 10 -- -- Nota: símbolo “--” significa que não existe satélite disponível naquela posição orbital.

Segundo a ICAO (2005), funções adicionais foram implementadas nos satélites

GLONAS-M, tais como:

um novo sinal civil em L2 que proporcionará aumento de acurácia de navegação e

confiabilidade; e

enlaces de rádio entre satélites GLONASS-M para desempenho de controle do sistema

de integridade e para aumentar a operação autônoma da constelação de satélites sem

perda de acurácia de navegação.

A próxima atualização prevê o desenvolvimento de satélites GLONASS-K com os

seguintes avanços:

Capítulo 3: G#SS

50

maior acurácia e ciclo de vida maior que 10 anos. Estes satélites transmitirão sinais

com padrão de acurácia para usuários civis em L1, L2 e L3;

Sinal do GLONASS-K em L3 terão canais de divisão de freqüência e ocuparão uma

largura de banda de 26 MHz no intervalo de (1.189-1.215) MHz;

A integração deste sinal com outros sinais de navegação aumentará a estabilidade e a

confiabilidade da solução de navegação; e

Capacidade de receber e transmitir sinais de emergência para prestar serviços de busca

e resgate (Revnivykh, 2005).

3.5 Sistema Galileo

Um passo importante na evolução do cenário europeu é o desenvolvimento do sistema

de navegação Galileo, uma iniciativa conjunta da Agência Espacial Européia (European

Space Agency - ESA) e da União Européia (European Union - EU), instituições que

representam as tomadas de decisões estratégicas, tecnológicas e política espacial da Europa. A

Fig. 3.5 ilustra a configuração da constelação de satélites Galileo. O sistema será composto

por uma constelação de 30 satélites, sendo 27 ativos e 3 reservas, em três planos orbitais

igualmente distribuídos e espaçados.

Fig. 3.5 - Constelação de satélites Galileo (Fonte: <www.esa.int>).

3.5.1 Descrição do Sistema Galileo

Por oferecer dupla freqüência como padrão, o Galileo fornecerá acurácia de posição

Capítulo 3: G#SS

51

em tempo real da ordem de metros ao público civil, superando os sistemas existentes.

Portanto, será adequado a aplicações onde segurança e confiabilidade são cruciais, como

guiagem de veículos e aproximação e pouso de precisão de aeronaves. A possibilidade de

integração do Galileo com outros sistemas de navegação GNSS oferecerá desempenhos ainda

melhores.

O sistema Galileo, de forma semelhante ao GPS, é composto por três segmentos:

Segmento Espacial, Segmento Terrestre e Segmento de Usuário. Detalhes da configuração

destes segmentos, ver Apêndice B.

3.5.2 Sinais Galileo

Segundo as características definidas para o sistema de navegação (European

Commission, 2002; e Hein et al., 2002), o Galileo fornecerá 10 sinais de navegação nas faixas

de freqüência de 1.164–1.215 MHz (E5a e E5b), 1.260–1.300 MHz (E6) e 1.559–1.592 MHz

(E2–L1–E1). Aspectos decisivos como segurança e mercado desempenharam importante

papel na concepção do novo sistema. Todos os satélites compartilharão as mesmas

freqüências nominais através da utilização da técnica CDMA, de modo semelhante ao GPS. A

Tabela 3.6 resume os parâmetros de desempenho dos serviços Galileo.

Tabela 3.6 - Desempenho dos serviços Galileo (Adaptada de Prasad & Ruggieri, 2005).

Serviços OS CS SoL PRS

Cobertura Global Global Local Global Global Local H: 15 m, V: 35 m (Única freqüência)

6,5 m Acurácia

H: 4 m, V: 8 m (Dupla freqüência)

< 1 m (Tripla

freqüência)

< 10 cm6 4-6 m (Dupla freqüência)

12 m

1 m

Disponibilidade 99,8 % 99,8 % 99,8 % 99,9 % Integridade Não Serviço de valor agregado Sim (tempo de

alerta: 6-10 s) Sim (tempo de

alerta: 10 s)

O sistema Galileo fornecerá através de 5 tipos de serviços uma ampla faixa de

aplicações (Fig. 3.6).

6 Acurácia obtida com acesso a serviços GBAS.

Capítulo 3: G#SS

52

Fig. 3.6 - Exemplos de potenciais usuários dos serviços fornecidos pelo Galileo.

Cada tipo de serviço terá diferentes requisitos operacionais de acordo com as

necessidades do usuário (Prasad & Ruggieri, 2005):

Serviço Aberto (Open Service - OS): combinação de sinais abertos, isentos de

tributos. Este serviço será introduzido em 2008;

Serviço de Salvamento de Vidas (Safety of Life - SoL): melhora o desempenho do

serviço aberto fornecendo avisos ocasionais ao usuário quando o sistema não atender aos

requisitos de acurácia. Estará disponível em 2010;

Serviço Comercial (Commercial Service - CS): serviço de acesso restrito para

aplicações comerciais e profissionais para gerar serviços de valor agregado;

Serviço Público Regulamentado (Public Regulated Service - PRS): dedicado a

aplicações governamentais que garanta continuidade de serviço e com acesso controlado; e

Serviço de Suporte de Busca e Resgate (Search and Rescue - SAR): serviço de

grande acurácia para determinar a posição da mensagem de socorro em qualquer parte do

mundo.

A Fig. 3.7 ilustra o espectro de freqüências do Galileo de acordo com o tipo de serviço

oferecido.

Capítulo 3: G#SS

53

3.5.3 Evolução do Sistema Galileo

Lançado em dezembro de 2005, o GIOVE-A (Galileo In-Orbit Validation Element) é o

primeiro satélite do projeto Galileo. Em 12 de janeiro de 2006, o sinal Galileo foi transmitido

pela primeira vez. A Fig. 3.8 mostra o satélite piloto GIOVE-A.

Fig. 3.8 - Satélite GIOVE-A inicia a transmissão dos primeiros sinais Galileo.

A missão do GIOVE-A é assegurar o uso de freqüências alocadas pela União

Internacional de Telecomunicações (ITU) para o sistema Galileo, demonstrar tecnologias

Fig. 3.7 - Espectro de freqüências dos sinais do Galileo (Fonte adaptada de: Hein et al., 2002).

Capítulo 3: G#SS

54

críticas de navegação dos futuros satélites operacionais, caracterizar o ambiente de radiação

das órbitas planejadas para a constelação e testar os receptores em solo7.

Posteriormente, 4 satélites serão lançados para validar os segmentos espacial e

terrestre. Completada esta fase de validação, os satélites restantes serão lançados até alcançar

capacidade operacional total (FOC) com a formação esperada de 30 satélites.

Dentro do programa de relacionamento com outros países, fora da União Européia, a

União Européia e a República da Coréia firmaram um acordo em janeiro de 2006 denominado

Acordo de Cooperação Civil do Sistema GNSS (Cooperation Agreement on a Civil Global

#avigation Satellite System). Acordos cooperativos também foram realizados com China,

Israel, Índia e Marrocos8.

3.6 Análise Comparativa das Tecnologias G+SS

Uma comparação entre os sistemas de posicionamento global será feita com o objetivo

de avaliar suas características técnicas e de desempenho. Posteriormente, é apresentada uma

análise geral dos sistemas em termos de vantagens, desvantagens, oportunidades e riscos

oferecidos pelas tecnologias GNSS.

3.6.1 Análise de Desempenho das Tecnologias G+SS

De acordo com a descrição das tecnologias GNSS, observa-se grande diferença de

desempenho entre os três sistemas. A análise é feita para sinais de única freqüência. Na

aviação, a acurácia vertical tem maior importância em operações de aproximação de precisão

(PA). A Tabela 3.7 mostra o desempenho de acurácia das tecnologias GNSS com base nas

Tabela 3.1,Tabela 3.4 e Tabela 3.6.

7 Disponível em: <http://www.esa.int/esaNA/SEMQ36MZCIE_index_0.html>. Acesso: 10/02/2006. 8 Disponível em: <http://www.gpsworld.com/gpsworld/article/articleDetail.jsp?id=300336>. Acesso: 03/02/2006.

Capítulo 3: G#SS

55

Tabela 3.7 - Desempenho de acurácia das tecnologias G+SS.

Parâmetro GPS (95%)

GLO+ASS (99,7%)

Galileo (99,8%)

Horizontal 5-10 m 50-70 m 15 m Acurácia

Vertical 7-15 m 70 m 35 m

O GLONASS apresenta atualmente poucos satélites disponíveis, cerca de 14 (a

constelação GPS contém 30) e seu desempenho é menos expressivo. O Galileo por sua vez,

apesar de apresentar maior disponibilidade (99,8%), seu sinal ainda não supera a acurácia

vertical fornecida pelo sinal GPS (35 m contra 7-15 m). Esta acurácia se baseia em dados

experimentais do único satélite Galileo (GIOVE-A) lançado somente para testes.

3.6.2 Análise das Características Técnicas das Tecnologias G+SS

Uma descrição técnica sobre as tecnologias GNSS foi feita ao longo deste capítulo. A

Tabela 3.8 resume as principais características pertinentes às tecnologias GNSS: GPS,

GLONASS e Galileo.

Tabela 3.8 - Características técnicas G+SS.

GPS GLO+ASS Galileo

Operador

Início de operação

Situação de operação

EUA

1994

Em operação

Federação Russa

1996

Operação parcial

Comunidade Européia

A partir de 2010

--

Segmento Espacial (Satélites)

Número de satélites

Altitude

Período

Inclinação orbital

Planos orbitais

Ciclo de vida do satélite

30

20.200 km

11 h e 58 min

55º

6

7,5/10 anos

24

19.100 km

11 h e 15 min

64,8º

3

3/7 anos

30

23.616 km

14 h e 22 min

56°

3

20 anos

Segmento de Controle (em solo)

Estações de Controle Mestra

TTC

Enlace de Subida

1

5

3

1

4

4

2

5

15

Capítulo 3: G#SS

56

A Tabela 3.9 mostra uma comparação entre os sinais de operação das tecnologias

GNSS.

Tabela 3.9 - Características operacionais G+SS.

Freqüência PR+ Potência Técnica de acesso

GPS Uma freqüência para todos os satélites L1: 1.575,42 MHz L2: 1.227,60 MHz

PRN exclusivo para cada satélite

-160 dBw CDMA

GLONASS Freqüência exclusiva para cada satélite L1: (1.598,0625 - 1.609,3125) MHz L2: (1.242,9375 - 1.251,6875) MHz

Um PRN para todos os satélites

-161 dBw FDMA

Galileo Uma freqüência para todos os satélites (banda L): E5a-E5b: (1.164 – 2.115) MHz E6: (1.260 - 1.300) MHz E2-L1-E1: (1.559 - 1.591) MHz

PRN exclusivo para cada satélite

-158 dBw CDMA

Nota-se que o sinal Galileo se assemelha ao do GPS. Isto ocorre porque o princípio de

criação do Galileo foi justamente disponibilizar um sistema de navegação por satélite que se

integrasse a outras tecnologias de navegação e, conseqüentemente, houvesse maior

compatibilidade entre sistemas. A diferença está nos diversos sinais Galileo, em um total de

10 (o GPS possui atualmente apenas 2). Esta diversidade de sinais foi projetada para suprir a

necessidade do mercado. Com isso, seis tipos de serviços serão disponibilizados pelo sistema

Galileo para atender ao maior número de usuários.

3.6.3 Análise SWOT das Tecnologias G+SS

A Análise SWOT (Strengths, Weaknesses, Opportunities e Threats), conhecida como

forças, fraquezas, oportunidades e ameaças, é uma ferramenta de gestão muito utilizada por

empresas privadas como parte do planejamento estratégico dos negócios. Como o próprio

nome já diz, a idéia central da análise SWOT é avaliar os pontos fortes, os pontos fracos, as

oportunidades e os riscos de uma organização no mercado onde atua. Esta forma de análise de

negócios vem sendo utilizada com muito sucesso por empresas e instituições como forma de

Capítulo 3: G#SS

57

planejamento organizacional em todo o mundo. Neste trabalho, a aplicação da análise SWOT

será do ponto de vista de: vantagens, desvantagens, oportunidades e riscos que uma tecnologia

ou sistema podem proporcionar.

Na aviação, a tecnologia GNSS vem transformando a maneira de se deslocar de um

lugar a outro com diversas vantagens através de um sistema de navegação e comunicação de

alto desempenho. A Tabela 3.10 ilustra os principais pontos relacionados a este sistema de

grandes oportunidades para aplicações diversas considerando-se a análise SWOT.

Tabela 3.10 - Análise SWOT: Pontos relevantes da tecnologia G+SS.

Vantagens (S) Desvantagens (W)

Sistema de maior acurácia e tempo de referência

universal;

Eficiência, segurança, redução de tempo de vôo e

consumo de combustível;

Integração de sistemas (sensores inerciais, altímetros,

ADS e GNSS);

Maior número de satélites proporcionará maior

cobertura e disponibilidade ao usuário;

Melhor navegação em áreas remotas e oceânicas; e

Menores custos.

Interferência intencional ou não; e

Efeitos atmosféricos (cintilação, anomalia

equatorial).

Oportunidades (O) Riscos (T)

Maior número de satélites disponíveis;

Disponibilidade GNSS para serviços de emergência;

Acesso da tecnologia por diversos usuários; e

Melhor desempenho dos requisitos de navegação.

Controle do sistema é restrito a determinado

país ou comunidade (Estados Unidos,

Federação Russa e Comunidade Européia).

Pode representar um risco em um eventual

ambiente de guerra.

O universo da navegação via satélite segue evoluindo de forma surpreendente,

alcançando novos mercados e atendendo às necessidades dos usuários. Os dois sistemas que

compõem atualmente o GNSS vêem sendo modernizados e a disponibilização de novos sinais

proporcionarão desempenho cada vez melhor. Com o início de operação do sistema Galileo,

espera-se uma forte competição de mercado, beneficiando e gerando novas facilidades a

diversos usuários.

Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS 58

Capítulo 4

Sistemas de Acréscimo de Desempenho G+SS

4.1 Introdução

Na aviação, as tecnologias GNSS são usadas em combinação com os sistemas de

acréscimo denominados DGNSS (Differential Global #avigation Satellite System) para

melhorar os requisitos operacionais de desempenho de navegação associados com as funções

de guiagem e vigilância.

Os sistemas atualmente em desenvolvimento são (Fig. 4.1): ABAS (Aircraft-Based

Augmentation System), GBAS (Ground-Based Augmentation System), GRAS (Ground-Based

Regional Augmentation System) e SBAS (Space-Based Augmentation System). A escolha de

um sistema de acréscimo depende dos requisitos de desempenho para a operação especificada.

Fig. 4.1- Sistemas de acréscimo de desempenho GNSS previstos.

Um sistema de acréscimo que atende a normas e recomendações de segurança no

transporte aéreo deve cumprir os parâmetros de desempenho RNP padronizados pela ICAO

Capítulo 4: Sistemas de Acréscimo de Desempenho G#SS

59

(Ochieng et al., 2003; e Tiemeyer, 2002): acurácia, integridade, continuidade e

disponibilidade.

A Tabela 4.1 (ICAO, 2005) cita diversas normas e procedimentos especificados para

padronizar os sistemas aviônicos para acréscimos GNSS. Estes documentos são essenciais

para manter padrões em uma ação de cooperação e harmonização mundial.

Tabela 4.1 - Especificações dos sistemas aviônicos para os sistemas de acréscimo (ICAO, 2005).

Sistemas de Acréscimo

TSO (FAA Technical Standard Order)

RTCA (EUROCAE) MOPS/MASPS

ABAS TSO-C129A Level2 (em rota/terminal) TSO-C129A Níveis 1 ou 3 (NPA)

RTCA DO-208 EUROCAE ED-72A

SBAS TSO-C145A TSO-C146A

RTCA DO-229C EUROCAE equivalente em desenvolvimento

GBAS Em desenvolvimento RTCA DO-245 RTCA DO-246B RTCA DO-253A EUROCAE ED-95

GRAS Em desenvolvimento Em desenvolvimento

4.2 Conceito ABAS

A ICAO padronizou a denominação ABAS (Aircraft-Based Augmentation System)

para descrever todos os sistemas e equipamentos a bordo de uma aeronave capazes de

fornecer acréscimos de navegação através de técnicas de monitoramento de integridade. O

conceito ABAS utiliza procedimentos baseados no uso de receptor GNSS básico ou outro

sistema de acréscimo embarcado que capte informação de outros sensores para fornecer dados

de integridade GPS e aumento de desempenho. O Apêndice C faz uma descrição das técnicas

ABAS existentes: RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring) e AAIM (Aircraft

Autonomous Integrity Monitoring).

4.3 Conceito GBAS

GBAS é um sistema de segurança crítica, instalado nas proximidades do aeroporto,

composto por hardware e software para complementar o serviço de posicionamento do GNSS


60

e fornecer melhores níveis de serviço nas fases de vôo de aproximação de precisão (CAT I, II

e III), operações de solo e decolagem dentro de uma área de cobertura.

Uma instalação GBAS fornecerá correções para suporte em aproximações para

múltiplas pistas de pouso. Em alguns casos, os dados podem ser usados por aeroportos

próximos e até mesmo por helicópteros (Chujo & Walter, 2006a). O GBAS fornecerá serviço

para uma área local, com alcance aproximado de 20-30 NM (35-55 km). A expectativa é que

o sistema GBAS, em sua configuração final, determine a posição de uma aeronave com erro

menor que 1 m e substitua o sistema de aproximação de pouso ILS.

Diversos trabalhos sobre implementação GBAS (Zandonadi, 2005; Saitoh et al., 2003;

Wang, 2002; Tsuji et al., 2002; Saitoh et al., 2001; Pervan et al., 1997; Cobb, 1997; e Holden

et al., 1995) para navegação e posicionamento preciso têm sido desenvolvidos com o objetivo

de fornecer técnicas aliadas a tecnologias que atendam necessidades cada vez maiores em

navegação, posicionamento preciso, aproximação e pouso.

4.3.1 +íveis de Serviço GBAS

Os subsistemas terrestres GBAS fornecem dois tipos de serviço: o serviço de

aproximação de precisão e o serviço de posicionamento (taxiamento, decolagem e outras

operações de solo). O serviço de aproximação de precisão fornece desvios de orientação para

segmentos em aproximação final, enquanto o serviço de posicionamento fornece informação

de posição horizontal para dar apoio a operações RNAV (aRea #AVigation) em duas

dimensões em áreas terminais. Uma estação no aeroporto transmite localmente correções

relevantes e parâmetros de integridade.

4.3.2 Funcionamento GBAS

O GBAS é formado por equipamentos terrestres e sistemas aviônicos. A configuração


61

mínima dos equipamentos terrestres compreende dois ou mais receptores de referência com

posições altamente precisas, uma estação GBAS e um transmissor VDB (VHF Data

Broadcast) na faixa de 108 a 117,975 MHz. Os sistemas aviônicos instalados nas aeronaves

complementam os equipamentos terrestres. A Fig. 4.2 mostra uma possível configuração do

sistema GBAS.

Fig. 4.2 - Arquitetura GBAS (Beamish, 2005).

Os receptores captam sinais GNSS e trabalham em conjunto com a estação GBAS

(GBAS Ground Facility) para determinar erros na posição fornecida pelo GNSS. A estação

GBAS gera a mensagem de correção a ser enviada para o aviônico através de um transmissor

VDB. Parâmetros de integridade e informação da rota de aproximação também são inseridos

na mensagem. O sistema aviônico usa as correções GBAS para controle de posição,

velocidade e tempo para guiar uma aeronave de forma segura até à pista.

A infra-estrutura GBAS deve ser instalada em pontos estratégicos na região do

aeroporto. A localização de uma antena, por exemplo, é independente da configuração da

pista de pouso, porém requer avaliação cuidadosa das fontes locais de interferência, obstrução

de sinais e multicaminho. A localização da antena VDB deve garantir que a área de cobertura


62

seja suficiente para as operações propostas (ICAO, 2005). Aplicações futuras podem

necessitar de componentes de infra-estrutura adicionais como pseudo-satélites a fim de

melhorar o fator de geometria DOP (Dilution Of Precision - Diluição de Precisão). O

parâmetro DOP será abordado no Capítulo 6.

A seguir, será introduzido o GBAS atualmente em desenvolvimento pelos Estados

Unidos denominado LAAS.

4.4 LAAS

O conceito de aumento de desempenho baseado em estação terrestre está sendo

desenvolvido pela FAA (Federal Aviation Administration), cujo sistema é denominado Local

Area Augmentation System (LAAS). O LAAS é formado por uma única estação de referência

localizada em aeroporto. Esta estação é formada por três ou mais receptores de referência que

medem independentemente pseudodistâncias e fase da portadora dos satélites GPS. A estação

gera correções diferenciais que são transmitidas aos usuários através de um VDB a uma taxa

de 31,5 bps na faixa de 108-118 MHz que também incluem informações de segurança e

geometria de aproximação. Estas informações permitem que usuários, em um raio de 45 km

da estação de referência, obtenham acurácia de posição da ordem de 0,5 m (com 95% de

disponibilidade)9. A Fig. 4.3 ilustra uma configuração preliminar do LAAS.

O contrato LAAS Ground Facility (LGF) CAT I está em desenvolvimento pela

Honeywell e este projeto também tem ajudado no desenvolvimento do programa CAT II/III

(Lay et al., 2003). Este programa está dividido em duas fases: determinar qual arquitetura será

utilizada nas aproximações de precisão CAT II/III e permitir a exploração de dupla

freqüência, incluindo o novo sinal GPS L5 ou as futuras freqüências E5 ou E5b do Galileo.

9 Disponível em: <http://waas.stanford.edu/research/laas.htm>. Acesso: 14/02/2005.


63

Fig. 4.3 - Arquitetura LAAS (Fonte: <http://gps.faa.gov>).

Este programa LAAS foi iniciado em seis aeroportos dos Estados Unidos: Juneau

(Alasca), Phoenix (Arizona), Chicago (Illinois), Memphis (Tennessee), Houston (Texas) e

Seattle (Estado de Washington). Atualmente, uma estação de ensaios LAAS também está

instalada no Rio de Janeiro.

4.4.1 Requisitos de Desempenho de Aproximação e Pouso do LAAS

Os requisitos atualmente sugeridos para aproximação de precisão estão resumidos na

Tabela 4.2 (RTCA/DO 245A, 2004 ).

Tabela 4.2 - Requisitos de desempenho de aproximação de precisão do LAAS.

Operação de Precisão LAAS CAT I CAT II CAT III Horizontal [m] 16,0 6,9 6,1 Acurácia

(95%) Vertical [m] 7,7 2,0 2,0 Tempo para Alerta [s] 6 2 2

Limite de Alerta [m] H: 40 V: 10-15

H: 17,3 V: 5,3

H: 15,5 V: 5,3

Integridade

PHMI/Aprox. 2x10-7 2x10-9 2x10-9

Continuidade Taxa de Falha 5x10-5/ aprox. 4x10-6/15 s 10-7/últimos 15 s Disponibilidade 0,99-0,99999 0,99-0,99999 0,99-0,99999

PHMI/Aprox. é a probabilidade de ocorrência de Falsa Informação com Risco


64

(Hazardously Misleading Information - HMI) por aproximação. Por exemplo, se uma HMI

causa um erro de navegação vertical que excede um limite de alerta vertical de 10 m, o

equipamento terrestre LAAS deve detectar a falha e alertar o usuário dentro de 6 s (tempo de

alerta) para PA CAT I.

4.4.2 Benefícios do LAAS

Usuários LAAS têm identificado grandes benefícios do sistema em relação ao ILS,

incluindo a capacidade de apoio em áreas terminais complexas, implementação múltipla,

segmentada ou variável de rampas de descida, apoio em procedimentos de chegada estendida,

redução da carga de trabalho do controlador de tráfego aéreo, suporte em operações RNP e

suporte às operações de aeroportos adjacentes (Beal, 2003).

4.4.3 Evolução do LAAS

A companhia Honeywell completou uma série de operações de pouso automático

guiada por GPS em Washington, DC, usando uma estação terrestre LAAS

Honeywell/Pelorus. Diferentemente do ILS, operações LAAS permitem que aeronaves

apropriadamente equipadas façam vôos complexos, aproximações em curva para evitar áreas

residenciais, mantendo uma separação segura do solo (Pope, 2002).

Demonstrações semelhantes com a estação de referência terrestre LAAS

Honeywell/Pelorus também foram realizadas nos aeroportos internacionais de Chicago

O’Hare e Memphis. Após estes testes, a FAA está se preparando para instalar 60 estações

terrestres LAAS CAT I até 2007, primeiramente em regiões montanhosas ou em outras

localidades onde a guiagem WAAS CAT I pode não ser confiável.

No desenvolvimento do projeto LAAS CAT II/III, os equipamentos LAAS CAT I

serão projetados em módulos a fim de que o sistema apóie operações CAT II/III incorporando


65

módulos adicionais para atender aumento de integridade e continuidade.

Nenhuma data foi antecipada para certificação CAT III. Mas esta certificação não é

esperada enquanto não houver número suficiente de satélites GPS transmitindo em duas

freqüências para eliminar erros ionosféricos (Oliveira et al., 2003a), suplementados pela

constelação Galileo de dupla freqüência que estará em órbita somente após o ano de 2010

(Avionics Magazine, 2006).

4.5 Conceito SBAS

O conceito SBAS (Space-Based Augmentation System) foi criado pela ICAO com o

objetivo de padronizar os sistemas de acréscimo que utilizam um ou mais satélites, em geral

geoestacionários, para uma cobertura mais ampla. Atualmente, seis diferentes sistemas estão

em desenvolvimento, como ilustra a Fig. 4.4.

Fig. 4.4 - Áreas de cobertura dos sistemas SBAS adaptada de : <http://www.esa.int/esaNA/ESAF530VMOC_index_1.html>.

Apesar de todos os sistemas SBAS serem independentes, suas arquiteturas serão

compatíveis para garantir integração entre conceitos em um sistema mundial de navegação. A

cooperação SBAS é atualmente coordenada por Grupos de Trabalho de Interoperabilidade

EGNOS/MSAS e EGNOS/WAAS. Testes de interoperabilidade foram realizados com

sucesso em 1998, 1999 e 2000 (Kondo et al., 2001).


66

Todas as arquiteturas transmitem um formato de mensagem padrão na mesma

freqüência (no caso do GPS, transmite-se na freqüência L1) e assim, são interoperáveis do

ponto de vista do usuário.

4.5.1 Arquitetura SBAS

Um sistema SBAS melhora o desempenho GNSS fornecendo informações de

integridade e mensagens de correção através de satélites geoestacionários. O sistema

compreende (ICAO, 2005):

uma rede de estações de referência terrestre que monitoram os sinais dos satélites;

estação mestra que coleta e processa dados das estações de referência e geram

mensagens SBAS;

estações de enlace de subida (uplink) que enviam as mensagens para satélites

geoestacionários; e

transponders nestes satélites que transmitem as mensagens SBAS.

4.5.2 Funcionamento SBAS

Sinais de navegação são transmitidos pelos satélites GNSS e recebidos por usuários e

pela rede de monitoramento de integridade (Estações de Referência) distribuída sobre uma

área geográfica. Estas estações retransmitem dados a um equipamento de processamento

central (Estação Mestra) que avalia o sinal e calcula as correções necessárias. Para cada

satélite GNSS monitorado, o SBAS estima os erros na transmissão dos parâmetros de

efemérides e relógio do satélite, transmite as correções para as Estações de Enlace de Subida e

envia ao satélite geoestacionário SBAS. Por fim, a mensagem de correção é transmitida ao

usuário, como mostra a Fig. 4.5. Sinais GNSS de simples freqüência apresentam acurácia da

ordem de 100 m. Com o uso do SBAS, esta acurácia poderá chegar a 7 m10.

10 Disponível em: <http://gps.faa.gov/programs/waas/benefits-text.htm>. Acesso: 22/06/2006.


67

Fig. 4.5 - Configuração SBAS padrão.

4.6 Configurações SBAS

Existem atualmente diversas iniciativas de desenvolvimento do conceito SBAS. O

objetivo principal é aumentar o desempenho dos sistemas GNSS para uso na aviação. As

principais são: WAAS, EGNOS, MSAS, SNAS, GAGAN e C-WAAS. As três primeiras

configurações serão descritas neste capítulo. Por apresentarem semelhanças operacionais, as

demais configurações serão introduzidas no Apêndice C.

4.7 WAAS

Os principais objetivos do sistema de acréscimo norte-americano WAAS são fornecer

aumento de integridade, acurácia, continuidade e disponibilidade de serviço para o GPS SPS e

também prover um sistema de navegação aérea para operações em rota até PA CAT I.

4.7.1 Configuração WAAS

A Fig. 4.6 mostra a configuração do sistema norte-americano WAAS:


68

25 Estações de Referência (Wide-Area Reference Station - WRS);

2 Estações Mestras (Wide-Area Master Station - WMS);

3 Estações de Enlace de Subida (Ground Earth Station - GES);

2 Satélites geoestacionários Inmarsat; e

Rede de Comunicação Terrestre.

Fig. 4.6 - Configuração WAAS. Fonte: <www.sti.nasa.gov/tto/spinoff1999/t3.htm>. Acesso: 17/10/2006.

4.7.2 Benefícios do WAAS

Os principais benefícios do sistema WAAS são mostrados na Fig. 4.7.

Fig. 4.7 - Benefícios do sistema WAAS para a aviação: aumento da eficiência nas operações de

vôo. Adaptada de: <http://gps.faa.gov>. Acesso: 25/11/05.


69

4.7.3 Certificação do WAAS

Em 10 de julho de 200311, a FAA certificou o sistema WAAS e assim, o sistema

tornou-se parte integrante do Sistema Aeroespacial Nacional dos Estados Unidos (Davis,

2003). Esta aprovação representa o IOC do WAAS. As aproximações LNAV/VNAV (Lateral

#avigation/Vertical #avigation) e LPV (Lateral Procedure with Vertical Guidance) utilizam

a acurácia do sinal WAAS para incluir capacidade de guiagem vertical. A acurácia vertical

LNAV/VNAV é combinada com guiagem lateral de forma bastante semelhante ao ILS.

Existem atualmente 7 aeroportos com capacidade de aproximação LPV e 300 com capacidade

de aproximação LNAV/VNAV nos Estados Unidos.

A FAA pretende alcançar FOC (Full Operational Capability) em 2007, empregando a

constelação total de satélites geoestacionários que garantirão que cada receptor veja pelo

menos dois satélites a qualquer instante nos Estados Unidos (Sigler, 2003). Desde 2004, a

cobertura WAAS é de aproximadamente 99% da área continental dos Estados Unidos durante

99,87% do tempo (Jones, 2006).

Segundo o DECEA, o custo atual para o governo federal é de US$ 500.000,00

(equipamento) mais R$ 1.000.000,00 (Instalação + Infra-estrutura) com ILS para cada

cabeceira de pista (DECEA, 2006). Por outro lado, o custo associado com equipamento LPV

SBAS seria de aproximadamente US$ 50.000,00 (Aeronews, 2006), considerando-se já

existente uma infra-estrutura composta por estações de referência, mestra e rede de

comunicações. Esta redução nos custos gera interesse por diversos países em desenvolver um

sistema compatível, disponibilizando serviços de menor custo.

4.7.4 Mercado do WAAS

Em outubro de 2004, a FAA aprovou o primeiro sistema aviônico WAAS para

11 Disponível em: <http://gps.faa.gov/Library/Data/Briefings/IWG/WAASNTAPfinal13May.doc>. Acesso: 16/03/2005.


70

operações de aproximação LPV, o Garmin 480 (Fig. 4.8). Antes deste período, os aviônicos

Chelton EFIS e Garmin CNX-80 receberam certificação para operações de navegação lateral

(LNAV), porém não obtiveram certificação para LPV ou LNAV/VNAV (FAA, 2004).

LNAV/VNAV tem benefícios semelhantes ao LPV, mas com mínimos menos exigentes.

Fig. 4.8 - Primeiro receptor com capacidade WAAS LPV (Fonte: <http://gps.faa.gov>).

As aeronaves VJL da Embraer terão o sistema aviônico WAAS denominado Garmin’s

G1000 Avionics como equipamento de navegação opcional em suas versões Phenom 100 e

300.

4.7.5 Escolha de Freqüência

A terceira freqüência civil L5, da mesma forma que o sinal L1, tem uma alocação para

Serviço de Radionavegação Aeronáutica/Serviço de Radionavegação por Satélite

(Aeronautical Radionavigation Service - ARNS/Radionavigation Satellite Service - RNSS),

protegido de interferências de outros sistemas para operações de segurança crítica na aviação

civil. As vantagens do sinal L5 são: acurácia de navegação (a mesma fornecida pelo PPS),

disponibilidade aumentada nas operações de precisão e mitigação de interferência.

O uso de dupla freqüência em satélites geoestacionários será um importante avanço,

com a possibilidade de disponibilizar a freqüência L5 em novos satélites Inmarsat-4. A nova

capacidade deve apoiar operações SBAS através da transmissão de sinais nas freqüências L1 e

L5 e garantir que a capacidade do segmento espacial estará disponível para atender aumento

de demanda (Soddu & Razumovsky, 2001).


71

4.8 EG+OS

EGNOS, European Geostationary #avigation Overlay Service, é a primeira iniciativa

da Europa no campo de navegação por satélite. EGNOS foi citado pela primeira vez em 1994

em um comunicado da Comissão Européia, seguido de uma resolução do Conselho da União

Européia para definir os termos da contribuição Européia no desenvolvimento de um GNSS.

EGNOS é uma iniciativa conjunta da Comissão Européia (EC), da Agência Espacial Européia

(ESA) e da EUROCONTROL. Esta organização criou um acordo tripartite no qual cada

representante tem uma tarefa específica (Comissão Européia, 2003):

a ESA é responsável pelo desenvolvimento técnico do EGNOS e operação para

propósitos de testes e validação técnica;

a EUROCONTROL fornece requisitos ao usuário da aviação civil e valida o sistema

resultante em função destes requisitos; e

a Comissão Européia contribui com a consolidação dos requisitos de todos os usuários

e com a validação do sistema de acordo com os requisitos.

O programa EGNOS é parte integrante da política européia de radionavegação por

satélite. A principal função do EGNOS é fornecer informação complementar aos sinais do

GPS e do GLONASS para melhorar os parâmetros RNP.

4.8.1 Configuração EG+OS

A configuração EGNOS é composta por (Fig. 4.9):

34 estações de monitoramento de integridade e distância (Ranging and Integrity

Monitoring Stations - RIMS);

4 Centros de Controle de Missão (Mission Control Center - MCC);

6 estações de enlace de subida (#avigation Land Earth Stations - NLES);

Equipamento de aplicação específica de qualificação (Application Specific


72

Qualification Facility - ASQF);

Equipamento de verificação de sistema e avaliação de desempenho (Performance

Assessment and System Checkout Facility - PACF); e

Rede de Comunicação de Ampla Área EGNOS (EG#OS Wide Area Communication

#etwork - EWAN).

Fig. 4.9 - Configuração EGNOS (Jenkins, 2005).

4.8.2 Benefícios do EG+OS

Os principais benefícios observados no EGNOS são:

disponibilização de sinais de navegação dos satélites GNSS para aplicações de

segurança crítica;

aumento na acurácia de posição de 20 m para 5 m, alertando o usuário da ocorrência

de erros na posição medida dentro de 6s (Alcatel, 2006);

garante interoperabilidade com outros sistemas semelhantes; e

compatibilidade com o GPS.

4.9 MSAS

Segundo Ueno et al. (2001) e Shimamura (1998), o Japão está desenvolvendo o


73

conceito MSAS (MTSat Satellite-based Augmentation System) sob responsabilidade do

Departamento de Aviação Civil do Japão (Japan Civil Aviation Bureau - JCAB) e do

Ministério Terrestre, Infra-estrutura e Transporte (Ministry of Land, Infrastructure and

Transport).

O lançamento do primeiro satélite geoestacionário da família MTSat (Multi-functional

Transport Satellite), o MTSat-1, falhou em 1999. Como conseqüência, o programa MSAS

sofreu atraso e sua fase operacional teve início com o lançamento do satélite MTSat-1R em 26

de fevereiro de 2005. O lançamento do satélite MTSat-2 está previsto para 2008.

4.9.1 Configuração Preliminar MSAS

A Fig. 4.10 mostra a configuração preliminar do sistema japonês MSAS, sendo:

2 MCSs (Master Control Stations): Kobe e Hitachi-ota;

4 GMSs (Ground Monitor Stations): Sapporo, Tóquio, Fukuoka e Naha; e

2 MRSs (Monitor and Ranging Stations): Havaí e Austrália.

Fig. 4.10 - Plano preliminar da configuração MSAS definido pelo JCAB12.

12 Disponível em: <http://www.mlit.go.jp/koku/04_hoan/e/serv/satellite/00.html>. Acesso: 22/02/2006.


74

4.9.2 Benefícios do MSAS

A introdução do MSAS resultará nos seguintes benefícios:

aumento da capacidade de processamento: separação ATC pode ser reduzida de forma

significativa, aumentando a capacidade de tráfego e de rotas mais otimizadas;

aumento de segurança em baixas altitudes: a segurança de vôo será aumentada através

de suporte à aeronave no espaço aéreo de baixa altitude onde a cobertura de radar é

limitada devido à topografia do local que podem cobrir as ondas de rádio;

aumento da qualidade de comunicação: satélites de alta qualidade de comunicação de

voz e dados substituirão sistemas de comunicações atuais HF de baixa qualidade;

seleção de rotas livres de vôo: rotas de vôos podem ser livremente escolhidas com o

objetivo de efetivar mais econômicos e eficientes;

segue em conformidade com padrões internacionais, sendo compatível com o sistema

por satélite geoestacionário existente (Inmarsat); e

pode ser amplamente utilizado por organizações ATC e companhias aéreas da região

Ásia/Pacífico.

A fase operacional inicial (IOC) do MSAS é esperada para o início de 2007, quando a

implementação do MSAS com dois satélites MTSats (incluindo o lançamento do MTSat-2)

estiver completa.

Outras configurações SBAS estão em desenvolvimento: SNAS (China), GAGAN

(Índia) e C-WAAS (Canadá). Para maiores detalhes, ver Apêndice C.

4.10 Simuladores SBAS

Os sistemas WAAS e EGNOS disponibilizam gratuitamente uma versão de teste para

simulação de seus sistemas, MAAST e SISNET, respectivamente. Estes pacotes de simulação

serão descritos a seguir.


75

a) MAAST (Matlab Algorithm Availability Simulation Tool)

Um conjunto de funções do Matlab está sendo desenvolvido para análise de

disponibilidade SBAS. A área de cobertura do sistema restringe-se à área continental dos

Estados Unidos (CONUS). Esta ferramenta contém algoritmos de simulação que são

constantemente atualizados por vários grupos de trabalho da Universidade de Stanford,

Califórnia, EUA. Uma interface gráfica foi desenvolvida para uso da ferramenta. Este

simulador está disponível na internet através da página da Universidade de Stanford

(<http://waas.stanford.edu>), com fonte aberta para que o usuário possa fazer modificações de

acordo com sua necessidade.

Existem quatro grandes componentes nesta ferramenta: cálculo de confiabilidade,

configurações de simulação, dados de saída e gráfico de interface com o usuário. Para maiores

detalhes a cerca desta ferramenta de simulação, diversos trabalhos podem ser consultados,

destacando-se (Jan, 2003; Jan, 2001; e Stanford University, 2001), além da página da

Universidade de Stanford (<www.stanford.edu>). A Fig. 4.11 ilustra a interface gráfica com o

usuário do MAAST.

Fig. 4.11 - Interface gráfica do MAAST.


76

b) SIS+ET (Signal In Space through the inter+ET)

A ESA lançou um software para fornecer acesso às mensagens da plataforma de testes

EGNOS através da internet denominado SISNET. Este software pode ser útil para estudantes,

cientistas pesquisadores e engenheiros envolvidos no desenvolvimento dos diferentes sistemas

SBAS. A grande vantagem deste sistema é que o usuário pode receber a mensagem EGNOS

sem fazer qualquer investimento em receptores EGNOS, basta conectar-se à internet.

Esta ferramenta fornece monitoramento do sinal EGNOS, bem como o cálculo de

outros parâmetros derivados deste sinal e está disponível na internet através da página da

agência espacial (<www.esa.int>). A Fig. 4.12 ilustra a interface gráfica do software com

dados correspondentes ao período solicitado ao Servidor de Mensagens EGNOS (EGNOS

Message Server - EMS) e retorna uma análise das informações enviadas nas mensagens

SBAS. A área de cobertura do sistema restringe-se à região da Comunidade Européia.

Fig. 4.12 - Contexto de utilização do software SISNET: (a) Mensagens disponíveis; (b) Status de

monitoramento do satélite em vista; (c) Correções para cada satélite monitorado; e (d) Região de cobertura do EGNOS.

Desde dezembro de 2004, o servidor EMS armazena mensagens SBAS transmitidas


77

pelos satélites GEO PRNs 120, 124 e 126, correspondentes aos três satélites geoestacionários

do sistema EGNOS: AOR-E 3F2, ARTEMIS e IOR-W 3F5. O servidor EMS pode ser

acessado por (<ftp://ems.estec.esa.int>). Detalhes sobre o formato do arquivo EMS podem ser

encontrados no ICD EMS (Documento de Interface do Usuário EMS) da ESA e sobre a

utilização desta ferramenta e recursos disponíveis podem ser obtidos nas referências: Torán-

Martí et al., 2001; Torán-Martí e Traveset, 2002 e pela página da ESA.

No caso do Brasil, por apresentar um comportamento ionosférico bem diferente

comparado com dos Estados Unidos e da Europa, estas ferramentas não detectam a existência

das irregularidades presentes na ionosfera como a Anomalia Equatorial Ionosférica e efeitos

de cintilação. Estes fenômenos comprometem o desempenho das ferramentas MAAST e

SISNET e, conseqüentemente, não fornecem informações de confiabilidade para o cenário

brasileiro. Portanto, para a utilização destas ferramentas no Brasil, devem ser feitas

modificações que levem em consideração as irregularidades ionosféricas.

4.11 Conceito GRAS

O conceito GRAS, como os outros sistemas, visa melhorar a acurácia e a integridade

do sistema de navegação GPS para aumentar segurança e habilitar pequenos aeroportos sem

auxílio de navegação convencional para operar em condições de visibilidade reduzida. A

proposta é aumentar não somente a segurança na aviação como também melhorar o setor

econômico de comunidades pequenas e remotas, provendo negócios locais com um sistema de

transporte confiável e de baixo custo.

4.11.1 Definição da Configuração do Conceito GRAS

Em 1995, a Airservices Australia13, empresa de capital público-privado que fornece

13 Disponível em: <http://www.airservices.gov.au>. Acesso: 27/02/2006.


78

serviços de gerenciamento de tráfego aéreo para a indústria da aviação, decidiu investigar a

tecnologia via satélite para navegação dentro do espaço aéreo australiano.

Dois requisitos de orientação para substituição dos sistemas existentes foram

definidos: ser compatível com o desenvolvimento mundial, tanto em termos de equipamentos

terrestres quanto em termos de sistema aviônicos de acordo com os padrões da ICAO e

fornecer um serviço equivalente, ou melhor, aos auxílios de navegação de base terrestre atuais

com custos equivalentes ou menores.

Considerando-se estes requisitos e o interesse em aplicar a tecnologia para o território

australiano, uma análise de custo/benefício (C/B) foi realizada com base na tecnologia GNSS

disponível. A análise C/B indicou que a melhor solução de implementação seria um sistema

GBAS para operação de aproximação CAT I e SBAS para operações em rota e aproximações

de não precisão.

Assim, o conceito GRAS é semelhante ao SBAS no que tange à distribuição de uma

rede de estações de referência para monitoramento GPS e equipamento de processamento

central para cálculo de informação de integridade e correções diferenciais GPS. Entretanto, a

Austrália não dispõe de satélites geoestacionários. Existem somente os satélites Inmarsat

(POR e IOR) e os satélites MTSat do Japão, nenhum deles porém, disponível para a Austrália

por razões técnica ou política.

Como solução ao problema, em vez de transmitir esta informação aos usuários por

satélites geoestacionários dedicados, GRAS envia mensagens análogas às do SBAS por meio

de uma rede de estações terrestres. Estas mensagens são transmitidas, no formato GBAS, na

faixa de 108-117,975 MHz através do enlace TDMA D8PSK VHF data broadcast (VDB),

fazendo uso da rede de comunicação VHF para comunicações ATC e infra-estrutura já

existente na Austrália.


79

4.11.2 Ensaio GRAS

O primeiro ensaio do sistema de acréscimo na Austrália foi realizado em 1997 para

investigar aspectos técnicos do conceito SBAS. O teste era composto de 5 estações de

referência (GRAS Reference Station - GRS) localizadas em Brisbane, Darwin, Ceduna, Alice

Springs e Hobart, além de uma Estação Mestra (GRAS Master Station - GMS) localizada em

Canberra (Fig. 4.13) que disponibilizava as mensagens de dados SBAS para um transmissor

local VHF (McPherson & Elrod, 2000).

Fig. 4.13 - Plataforma de ensaios GRAS (Beamish, 2005).

A Fig. 4.14 ilustra a descrição do ensaio realizado.

Fig. 4.14 - Planejamento da configuração GRAS.


80

Uma aeronave teste foi equipada com um protótipo de uma Plataforma de Usuário

(User Platform - UP) SBAS e um receptor GPS foi instalado na aeronave para determinação

da posição verdadeira durante o teste em vôo. Duas Estações VHF GRAS (GRAS VHF Station

- GVS), uma em Canberra e outra em Melbourne, foram adicionadas e a Plataforma UP foi

atualizada para capacidade GRAS.

4.11.3 Planejamento e Construção do Conceito GRAS

Desde 2005, a empresa norte-americana Honeywell é responsável pelo

desenvolvimento do sistema GRAS para Navegação Aérea por GPS a ser implantado na

Austrália (Reavis, 2005). A expectativa é que até 2008 o sistema já esteja em funcionamento,

aumentando o potencial dos sistemas GNSS e dos sistemas de acréscimo para assim atender

as futuras necessidades da aviação civil.

4.12 Análise de Desempenho dos Sistemas de Acréscimo

A Tabela 4.3 mostra uma comparação entre os sistemas de acréscimo GNSS de acordo

com parâmetros predeterminados para avaliação de desempenho.

Tabela 4.3 - Comparação entre os sistemas de acréscimo.

Observa-se que cada sistema possui suas particularidades, fornecendo melhor


81

desempenho para atender determinada necessidade ou operação de vôo. Na avaliação de

fabricantes e associações de linhas aéreas, o sistema SBAS mostrou-se pouco eficiente, fato

bastante relevante para considerar a aplicação do SBAS no mundo. Além disso, o sistema

requer cuidado em operações APV e PA em determinadas condições de vôo. Por outro lado, o

sistema GRAS apresentou maior aceitação, porém ainda não cumpre aos requisitos de

navegação com relação aos padrões internacionais que estão em fase de conclusão.

A partir da análise dos sistemas de acréscimo existentes, estão destacados na Tabela

4.4 suas principais vantagens (V) e desvantagens (D). Normas e padronizações para uso

destes sistemas serão essenciais para garantir integração dos sistemas de navegação aérea de

acordo com as necessidades de cada país ou região.

Tabela 4.4 - Desempenho dos sistemas de acréscimo: Vantagens (V) e Desvantagens (D).

Sistemas de

Acréscimo

Desempenho

V

Fornece acurácia e integridade regional utilizando infra-estrutura VHF existente;

Aproximação em curva com a pista de pouso;

Uma única freqüência do sinal em todo país (reduz necessidade de espectro);

Permite um país controlar seu próprio espaço aéreo; e

Mais barato que SBAS e independe de satélite geoestacionário. GRAS

D

Não é capaz de cumprir todos os requisitos de navegação (CAT II e III e operações de

solo); e

Não há estudos que comprovem seu desempenho comparado com GBAS e SBAS.

V

Disponibilidade em ampla área;

Melhor desempenho em operações em rota;

Apoio à aproximação em aeroportos desprovidos de ILS CAT I ou cobertura GBAS;

Aumento da acurácia na mensagem WAAS de 100 m para aproximadamente 7 m;

Aproximação SBAS NPA não requer infra-estrutura específica no aeroporto; e

Menor custo comparado com ILS CAT I;

SBAS

D Depende de satélites geoestacionários; e

Boeing e Airbus não pretendem utilizar o sistema WAAS.


82

V

Fornece capacidade de pouso de precisão CAT I (futuramente CAT II e III);

Menor custo comparado com ILS CAT I;

GBAS permitirá maior número de aproximações para uma mesma pista com otimização no

intervalo de tempo entre pousos;

Previsão de chegada, aproximação e decolagem podem ser fornecidas para diferentes tipos

de aeronaves independentemente;

Sinais VDB GBAS serão menos sensíveis do que ILS para reflexões e multicaminho

causados por construções e obstáculos;

Aproximação em curva com a pista de pouso;

Algumas aeronaves já são equipadas com receptores MMR (Multi Mode Receivers) com

capacidade de atualização; e

Boeing e Airbus já certificaram suas aeronaves para serviços GBAS.

GBAS

D Cobertura restrita à região do aeroporto, podendo no máximo cobrir outros aeroportos com

distância entre 35 e 55 km.

Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias 83

Capítulo 5

Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias

5.1 Introdução

Este capítulo descreve os conceitos operacionais (RNAV, RNP e RVSM) em

implantação e em desenvolvimento para melhor aproveitamento do espaço aéreo, garantia de

precisão de navegação e eliminação de conflito de rotas. Em seguida, faz uma apresentação de

futuras tecnologias (SVS, UAV e VLJ) que farão parte do sistema de transporte aéreo.

5.2 Conceitos Operacionais

Um dos principais objetivos a ser alcançado na atualização do sistema CNS/ATM é

aumentar a capacidade operacional utilizando-se espaço aéreo ocioso, levando-se em

consideração uma separação segura entre aeronaves.

O Comitê Especial FANS da ICAO identificou que o método mais comumente usado

durante anos para indicar capacidade requerida de navegação era especificar o uso de um

determinado equipamento. Porém, esta norma restringia a aplicação otimizada de modernos

equipamentos embarcados e com o surgimento da tecnologia GNSS, este método poderia

impor um complexo processo de seleção de equipamentos pelo comitê da ICAO. Para superar

este obstáculo, foram criados três conceitos operacionais: RNAV (aRrea #AVigation), RNP

(Required #avigation Performance) e RVSM (Reduced Vertical Separation Minimum).

Atualmente, está em desenvolvimento um conceito denominado Performance Based

#avigation (PBN). A partir deste conceito e das necessidades operacionais predeterminadas,

define-se um desempenho requerido às aeronaves que desejam operar em um determinado

espaço aéreo. Desta forma, qualquer aeronave que atenda ao desempenho requerido poderá

Capítulo 5: Conceitos Operacionais e Futuras Tecnologias

84

operar naquele espaço aéreo, independentemente do equipamento que possua.

A Fig. 5.1 ilustra uma situação na qual se tem a impressão de que as duas aeronaves

estão em contato, porém existe uma separação entre elas de 750 pés, aproximadamente 230 m.

A aeronave da Lufthansa apresentou falha em um dos motores e precisou retornar ao

aeroporto, no mesmo instante em que uma aeronave da United Airlines se aproximava para o

pouso.

Fig. 5.1 - Aeronaves em aproximação e pouso em pistas paralelas no Aeroporto Internacional de São Francisco,

Califórnia, EUA (Fonte: <http://jetphotos.net>).

Com o aumento da demanda por serviços aéreos, maior será a necessidade de se

implementar novos conceitos e procedimentos de navegação que apóiem, por exemplo,

operações de aproximação em pistas paralelas.

5.3 Conceito R+AV

Em um espaço aéreo, as rotas que formam aerovias conduzem a distâncias de vôo que

excedem as distâncias mínimas entre origem e destino. Tradicionalmente, as aeronaves voam

de um radioauxílio fixo no solo para outro. Estes radioauxílios devem ser fixados em locais

específicos para que favoreçam a linha de visada das ondas eletromagnéticas e ampliem suas

áreas de cobertura útil.

Nas áreas terminais, as Rotas Terminais Padrão de Chegada (STAR) e Saídas Padrão

por Instrumentos (SID) são projetadas para passarem sobre os radioauxílios. Entretanto, a

aproximadamente 10 NM ao redor dos aeroportos, tais auxílios freqüentemente não estão


85

disponíveis, o que leva os pilotos a realizarem vôos visuais, resultando em ineficiência e em

tempo extra de vôo (Siqueira, 2005).

Com isso, o conceito da Navegação de Área (RNAV) foi introduzido. Segundo a

definição da ICAO (2000), RNAV é um método de navegação que permite a uma aeronave

operar em qualquer trajetória desejada, dentro da cobertura de auxílios de referência ou dentro

dos limites da capacidade dos sistemas autônomos de navegação.

Com o desenvolvimento de sistemas aviônicos, uma aeronave tornou-se capaz de voar

"fora do trajeto" e caminhar diretamente entre dois pontos, sem voar sobre os auxílios de

navegação e proporcionando maior flexibilidade na escolha de rotas mais convenientes.

RNAV não é um sistema de bordo com sensores próprios que integra navegação e

gerenciamento de vôo, como o FMS (Flight Management System). Navegação RNAV é

qualquer combinação de equipamentos usada para promover a navegação de área. Estas

combinações podem incluir DME/DME (modo mais utilizado), VOR/DME, INS/IRS e dados

dos instrumentos de aeronaves. Porém, o GNSS tem proporcionado uma navegação RNAV

mais precisa, com integridade e cobertura global. Além disso, os sistemas aviônicos GNSS

são relativamente baratos. Estas características propiciam a consolidação da RNAV baseada

em GNSS como meio principal de navegação (CANSO, 1999).

No Brasil, o plano de implantação RNAV terá como objetivo obter uma rede de rotas

brasileiras até o ano 2010 (ICAO, 2003a).

5.4 Conceito R+P

Os requisitos de desempenho de navegação para o GNSS são especificados pela ICAO

para todas as fases de vôo em um documento denominado Normas e Métodos Recomendados

(SARPs) para aviação civil. Estes requisitos são formados por quatro parâmetros: acurácia,

integridade, continuidade e disponibilidade (ICAO, 2005).


86

Acurácia: acurácia de posição GNSS é a diferença entre a posição estimada e a

posição verdadeira de uma aeronave. Sistemas de base terrestre como VOR e ILS apresentam

repetibilidade nas características de erros. Assim, o desempenho destes sistemas pode ser

medido para um curto período de tempo como, por exemplo, durante uma inspeção de vôo e

assume-se que a acurácia do sistema não muda após a medição. Entretanto, erros GNSS

podem mudar em períodos de horas devido a mudanças na geometria satélites/receptor e

efeitos ionosféricos.

Integridade e tempo-de-alerta: integridade inclui a capacidade de um sistema

fornecer, oportunamente, advertências ao usuário quando o sistema não deve ser usado para

uma operação de vôo. Os níveis de integridade para cada operação são estabelecidos com

relação aos respectivos limites de alerta horizontal e vertical. Quando as estimativas de

integridade excedem esses limites, o piloto é alertado dentro do tempo previsto.

Continuidade: probabilidade de um sistema operar sem interrupção durante todo o

curso da operação planejada.

Disponibilidade: porcentagem de tempo que os serviços de um sistema de navegação

podem ser usados em uma área de cobertura específica. A disponibilidade GNSS é

prejudicada pelo movimento dos satélites para alcançar cobertura global e pelo tempo gasto

para restaurar um satélite em uma eventual falha.

A Tabela 5.1 apresenta os parâmetros de navegação RNP de acordo com a operação de

vôo. LNAV (Lateral #avigation) é um tipo de operação de aproximação com guiagem lateral

apenas, conhecida também como aproximação de não precisão (NPA). LNAV/VNAV

(Lateral #avigation /Vertical #avigation) é uma aproximação com guiagem lateral e vertical.

Esta operação é guiada pela rampa de descida gerada pelo glideslope.


87

Tabela 5.1- Requisitos de desempenho de navegação – FAA/ICAO (fonte: ICAO - Anexo 10, 1996;

RTCA/DO-245A, 2004).

Operação Típica

Acurácia Horizontal

(95%)

Acurácia Vertical (95%)

Integridade Continuidade

Limite de Alerta

Horizontal (HAL)

Limite de

Alerta Vertical (VAL)

Disponi-bilidade

Tempo para

Alerta

Rota 3.700 m NA 1⋅10-7 /h 1⋅10-4 /h a 1⋅10-8 /h

7.408 m NA 0,99 a 0,99999

60 s

Terminal 740 m NA 1⋅10-7 /h 1⋅10-4 /h a 1⋅10-8 /h

3.704 m NA 0,99 a 0,99999

15 s

LNAV (NPA)

220 m NA 1⋅10-7 /h 1⋅10-4 /h a 1⋅10-8 /h

1.852 m NA 0,99 a 0,99999

10 s

LNAV/ VNAV

220 m 20 m 1-2⋅10-7 /aproxim.

1-8⋅10-6 /15 s 556 m 50 m 0,99 a 0,999

10 s

LPV (APV I)

16 m 20 m 1-2⋅10-7 /aproxim.

1-8⋅10-6 /15 s 40 m 50 m 0,99 a 0,999

10 s

APV II 16 m 8 m 1-2⋅10-7 /aproxim.

1-8⋅10-6 /15 s 40 m 20 m 0,99 a 0,999

6 s

CAT I (GLS)

16 m 6 m a 4 m

1-2⋅10-7 /aproxim.

1-8⋅10-6 /15 s 40 m 12 m a 10 m

0,99 a 0,99999

6 s

CAT II e CAT IIIa

6,9 m 2,0 m 1⋅10-9/15 s 1-4⋅10-6 /15 s 17,3 m 5,3 m 0,99 a 0,99999

1 s

CAT IIIb 6,2 m 2,0 m

1⋅10-9/30 s (lateral) 1⋅10-9/15 s (vertical)

1-2⋅10-6/30 s (lateral) 1-2⋅10-6/15 s (vertical)

15,5 m 5,3 m 0,99 a 0,99999

1 s

LPV (Lateral Procedure with Vertical Guidance) ou APV (Approach Procedure with

Vertical Guidance) é uma nova categoria de pouso com precisão lateral e guiagem vertical.

Permite descida estabilizada através de guiagem vertical sem a acurácia exigida em

procedimentos de aproximação de precisão tradicionais. GLS (Global #avigation Satellite

System Landing System) é semelhante à CAT I com aproximação de precisão.

A fase de aproximação de precisão é caracterizada pelos parâmetros DH (Decision

Height – Altura de Decisão) e VAL (Vertical Alert Limit – Limite de Alerta Vertical). A

geometria satélites/receptor é menos favorável na direção vertical e os obstáculos oferecem

maiores riscos nesta direção. Assim, o parâmetro VAL é o principal requisito para análise.

Para uma dada operação, o parâmetro VAL deve garantir que os requisitos correspondentes

HAL ou VAL (Horizontal/Vertical Alert Limit – Limite de Alerta Horizontal/Vertical) estão

de acordo com as operações realizadas. Os valores destes parâmetros passam a ser mais

restritivos à medida que uma aeronave se aproxima do solo (Fig. 5.2).


88

Fig. 5.2 - Ilustração de fases / categorias de vôo, com evolução de limites de alerta para aproximações de

precisão de aeronaves com guiagem vertical (APV) (figura adaptada: Jan, 2003. Pullen; Walter; Enge, 2002).

5.4.1 Tipos de R+P

O conceito RNP especifica desvios laterais com acurácia de desempenho de navegação

necessária para operar dentro de um espaço aéreo definido em um nível apropriado de vôo.

Por exemplo, RNP 5 especifica o afastamento látero-longitudinal máximo em relação à

posição esperada de 5 NM em relação à rota definida. Os tipos de RNP são definidos de

acordo com os níveis de vôo, desde a decolagem ao pouso, como mostra a Fig. 5.3.

Fig. 5.3 - Tipos de requisitos RNP de acordo com os níveis de vôo.


89

Na parte superior da figura, os RNPs são mostrados em função das diferentes fases de

vôo. Na parte inferior são ilustradas as áreas correspondentes a cada um dos tipos de RNP. À

medida que uma aeronave se aproxima para o pouso, os valores RNP passam a ser mais

exigentes, com menor tolerância a falhas.

5.4.2 Estratégia de Implementação R+P no Brasil

Em 2001, a RNP 10 foi implementada em uma porção do espaço aéreo oceânico

brasileiro conhecido como corredor Europa – América do Sul ou EUR/SAM (DEPV, 2000).

O tipo RNP 5 será o requisito de desempenho do espaço aéreo continental brasileiro.

Até 2007, as Regiões de Informação de Vôo (Flight Information Region - FIRs) Brasília e

Curitiba deverão operar segundo este requisito (ICAO, 2004a).

5.5 Conceito RVSM

Na década de 70, devido ao aumento do custo de combustível e a crescente demanda

para uso mais eficiente do espaço aéreo disponível, a ICAO iniciou um programa para avaliar

a possibilidade de reduzir a Separação Vertical Mínima (VSM) de 2000 ft (610 m) para 1000

ft (305 m) acima de FL 290, da mesma forma como já se aplicava aos níveis abaixo de FL

290 (ICAO, 2004b; e DECEA, 2003).

Somente em 1990 a ICAO concluiu que a implementação desta redução era segura e

viável e a Separação Vertical Mínima Reduzida (Reduced Vertical Separation Minimum -

RVSM) foi aplicada entre FL 290 e FL 410.

Observa-se na Fig. 5.4 a evolução do aproveitamento do espaço aéreo. Antes um

volume do espaço aéreo era ocupado por somente uma aeronave e com RVSM e RNP 15, por

exemplo, oito aeronaves podem compartilhar o mesmo espaço aéreo (dependendo do

parâmetro RNP, um espaço aéreo pode ser ocupado por um número maior ou menor de


90

aeronaves). Atualmente, existem 13 níveis14 compreendidos entre 29.000 e 41.000 pés (8.800

e 12.500 m), como ilustra a Fig. 5.5.

Fig. 5.4 - Evolução do Sistema RVSM a partir da

atualização do Sistema CNS/ATM. Adaptada de Geoffrey S. Parker, AIAA 2002.

Fig. 5.5 - Implementação de novos níveis de vôo entre FL 290 e FL 410 com melhorias no sistema

RVSM.

A implantação da RVSM no Brasil ocorreu em janeiro de 200515 e a maioria dos países

já possui esse sistema atualizado (Fig. 5.6).

Fig. 5.6 - Implementação da RVSM no mundo (Fonte: <http://www.dac.gov.br/rvsm/rvsm.asp>).

Os principais benefícios da RVSM são:

14 Disponível em: <http://www.faa.gov/ats/ato/drvsm/default.asp>. Acesso: 21/06/2005. 15 Disponível em: <http://www.dac.gov.br/rvsm/rvsm.asp>. Acesso: 21/06/2005.


91

economia de combustível;

disponibilidade de novos níveis de vôo;

flexibilidade ATC para uma aeronave desviar de condições climáticas adversas;

diminuição de pontos de conflitos (colisões) entre aeronaves; e

auxiliar no aumento da capacidade do espaço aéreo em rota.

5.6 Futuras Tecnologias

O setor da navegação aérea utiliza tecnologias avançadas para cumprir requisitos de

desempenho bastante exigentes. A demanda crescente pelo serviço de transporte aéreo tem

motivado o desenvolvimento de novas tecnologias como SVS, UAV, VLJ que podem atender

às necessidades do mercado no futuro. Estas tecnologias influenciarão diretamente a criação

de normas e procedimentos e também na obtenção de melhor desempenho das tecnologias

GNSS a serem utilizadas por estas tecnologias aeronáuticas no futuro.

5.7 SVS

Sistema de Visão Sintética (Synthetic Vision System - SVS) é uma tecnologia de

navegação que gera imagens 3D foto-realísticas do ambiente externo sobre o qual a aeronave

sobrevoa ou taxia (Chujo & Walter, 2005a). O sistema gera estas imagens utilizando

informações coletadas pelos sensores da aeronave (posicionamento INS/GNSS, sinais de

radar, infravermelho) e de um banco de dados de mapeamento 3D da superfície terrestre.

A partir da posição da aeronave, tem-se a imagem 3D da superfície terrestre

correspondente, permitindo assim a geração de imagens em tempo real e fidedignas do

ambiente externo. Este sistema garantirá também a segurança durante a fase de taxiamento. A

Fig. 5.7 ilustra uma situação de visualização do ambiente externo à aeronave.


92

Fig. 5.7 - Geração de imagens por SVS (Fonte: Stanford University).

O sistema contém mapas digitais dos maiores aeroportos, com acurácia de

aproximadamente 30 cm. Entretanto, a operação SVS exige que as aeronaves nas

proximidades possuam o sistema transmissor ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-

Broadcast) para serem localizados pelo sistema. A uma taxa de duas vezes por segundo, o

sistema atualiza as medidas GNSS com acurácia que pode chegar a 3 m (Scott, 2005).

Os principais benefícios com relação à segurança para a aviação comercial são

prevenção de colisões entre aeronaves, redução de CFIT (Controlled Flight Into Terrain),

redução de invasão na pista de pouso, aumento da consciência situacional e melhora na

resposta em situações anormais (invasão de espaço aéreo de uma outra aeronave), como

ilustra a Fig. 5.8. A utilização de sinais SBAS, GBAS e GRAS integrada ao sistema aviônico

SVS poderá fornecer medidas de maior acurácia, aumentando o desempenho do sistema de

tráfego aéreo.


93

Fig. 5.8 - Ambiente SVS (Fonte: Boucek, 2001).

5.8 UAV

Veículo Aéreo Não Tripulado (Unmanned Aerial Vehicle - UAV), denominado VANT

no Brasil, é definido pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos como veículo aéreo

que não carrega operador humano, utiliza força aerodinâmica para levantar vôo, pode voar

independentemente ou pode ser pilotado remotamente, pode ser substituído ou recuperado e

pode transportar carga útil, letal ou não16.

Apesar de só recentemente haver um número significativo, veículos UAVs tem quase

um século de história na aviação. UAVs foram testados durante a 1ª Guerra Mundial pelos

Estados Unidos, mas não foi utilizado em combate. Os alemães usaram um veículo chamado

V-1 “bomba voadora” durante a 2ª Guerra Mundial. Entretanto, somente na Guerra do Vietnã

que veículos UAVs como AQM-34 Firebee foram usados com a função de vigilância (Morris,

2003). O poderio militar do UAV foi testado em conflitos recentes como no Iraque (2003),

Afeganistão (2001) e Kosovo (1999). Aeronave UAV tem como principal vantagem o preço

reduzido e, por ser não tripulada, não coloca em risco a vida de um piloto.

O mercado mundial para UAV em 2000 representou US$2,4 bilhões. Até 2007,

estima-se que o investimento nesta tecnologia subirá para US$5,6 bilhões e excederá US$10

16 Joint Publication 1-02, “DoD Dictionary of Military and Associated Terms.”


94

bilhões até 2012 (Visiongain, 2006). Diversos países no mundo estão investindo recursos no

desenvolvimento e no domínio desta tecnologia. Além dos Estados Unidos e Israel, países da

Ásia (Japão), Europa (França, Alemanha, Itália), Austrália, entre outros, desenvolvem

pesquisas para diferentes aplicações.

5.8.1 UAV no Mundo

Estados Unidos: UAVs têm sido aplicados como recursos de inteligência, vigilância e

reconhecimento de ambientes nos Estados Unidos. Contudo, o DoD tem empregado esta

tecnologia em novas missões como direcionamento de aeronaves de combate para seus alvos,

monitoramento de tropas inimigas e condução de batalhas de alto risco. A Fig. 5.9 mostra a

evolução da tecnologia UAV nos Estados Unidos.

Fig. 5.9 - Evolução da tecnologia UAV nos Estados Unidos (Fonte:Hamilton, 2001).

Um novo programa UAV está sendo introduzido nesta década, o UCAV da Força

Aérea dos Estados Unidos, cujo lançamento está previsto para o período de 2008-2010.


95

Em 28 de setembro de 2005, a FAA obteve o primeiro certificado de

aeronavegabilidade para uma aeronave UAV comercial, o General Atomics Altair (Fig. 5.10).

Construída em parceira com a NASA (#ational Aeronautics and Space Administration), esta

aeronave UAV foi projetada para desempenhar missões de pesquisa científica e comercial. O

Altair pode voar acima de 52.000 pés e tem autonomia de vôo de mais de 30 horas (JPDO,

2005).

Fig. 5.10 - Altair em vôo: primeira aeronave UAV comercial com certificado de aeronavegabilidade.

Austrália: Encontra-se em desenvolvimento um programa denominado Tandem Wing

UAV pela Newmont Geophysics (Austrália). Um dos propósitos do projeto17 está na

determinação de atitude de aeronave através de uma combinação entre os sistemas GNSS e

INS (Moore et al., 2003).

Europa: Dentro de 10 anos, a Europa pode se transformar em uma das maiores

influências na tecnologia UAV, com um investimento inicial de aproximadamente €15

milhões em diversos projetos. As primeiras iniciativas têm como objetivo facilitar operações

de vôo para veículos UAV civis, beneficiando a sociedade através de monitoramento de

poluição e vazamento de óleo, vigilância no tráfico de armas e drogas, monitoramento de

incêndios, patrulhamento de segurança e fronteiras, missões científicas, aplicações na

agricultura e pesca, oceanografia e outras (European Roadmap, 2005).

Japão: a aeronave certificada opera em um sistema para irrigação de plantações.

17 Detalhes de projeto e construção podem ser encontrados em: <http://www.aerosciences.com.au/projects.htm>.


96

5.8.2 UAV no Brasil

O Brasil iniciou pesquisas na área da tecnologia UAV com o Projeto Acauã na década

de 1980. O principal objetivo do projeto era fortalecer a capacitação em VANT com possível

aplicação para reconhecimento tático (d’Oliveira, 2005). A Fig. 5.11 ilustra o protótipo do

Projeto Acauã.

Características Técnicas

Envergadura 5,1 m Comprimento 4,8 m Peso máx. 120 kgf Vel. cruzeiro 100 km/h

Fig. 5.11 - Protótipo e especificações técnicas do Projeto Acauã.

O primeiro vôo foi realizado no CTA, em dezembro de 1985. Os ensaios em vôo

estenderam-se no período de 1986 a 1988. Infelizmente, o projeto foi paralisado pouco tempo

depois por restrições de recursos orçamentários.

Em junho de 2005, foi realizado o 1° Seminário Internacional de VANT (Veículo

Aéreo Não Tripulado). Esta iniciativa favoreceu a formação da primeira parceria para

concretizar uma linha de pesquisa que envolveu os seguintes participantes: FINEP

(Financiadora de Estudos e Projetos), FCMF (Fundação Casimiro Montenegro Filho), CTA

(Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial), CTEX (Centro Tecnológico do Exército),

IPqM (Instituto de Pesquisas da Marinha) e a empresa Avibrás.

O principal objetivo é obter domínio de tecnologias sensíveis utilizadas em VANT

através do desenvolvimento do Sistema de Navegação e Controle (SNC), permitindo sua

utilização, com pequenos ajustes, em diferentes tipos de plataformas. Além disso, pode ter

emprego em missões de reconhecimento tanto militares quanto civis. O Projeto VANT teve

início em janeiro de 2005, com previsão de término para dezembro de 2007.


97

5.8.3 Aplicações UAV

Em diversas partes do mundo, avaliações estratégicas de aplicação civil de aeronaves

UAV apontam que no período de 2010 a 2015, a tecnologia UAV estará presente na aviação

civil. O maior desafio para esta conquista é garantir os requisitos de vôos UAVs civis com

aumento de segurança, confiabilidade, redução de custo e certificação.

Existem outras aplicações da tecnologia UAV para uso civil, como eventos

catastróficos, pesquisa ambiental remota, vigilância oceânica e medida de condições

meteorológicas. A Fig. 5.12 ilustra algumas situações de uso da tecnologia UAV civil.

Fig. 5.12 - Aplicações UAV em ambiente civil (European Roadmap, 2005).

A Fig. 5.13 mostra um cenário de aplicação em comunicação para uso civil.

Fig. 5.13 - Cenário de aplicação: comunicações UAV de uso civil (European Roadmap, 2005).


98

Posicionamento de acurácia com UAV poderá ser obtido através da integração de

navegação 4-D e de tecnologias de acréscimos (ABAS, GBAS, SBAS e GRAS).

5.9 VLJ

A tecnologia VLJ (Very Light Jet) tem origem no conceito SATS (Small Aircraft

Transportation System) desenvolvido pela NASA, em conjunto com a FAA, com o objetivo

de desenvolver tecnologias que viabilizem a criação de um sistema de transporte aéreo mais

ágil, com redução de atrasos através da utilização de aeroportos pouco usados, emprego de

tecnologias para redução de custo de operação e, principalmente, aquisição de aeronaves.

O desenvolvimento de aeronaves VLJ integrado aos sistemas de acréscimo como

SBAS e GBAS gera a oportunidade de utilização de pequenos aeroportos desprovidos de torre

ou radar (Duffy, 2005; Mohleji & Ostwald, 2003; e Holmes, 1999). Além disso, a facilidade

de utilizar pistas curtas proporcionará viagens ponto a ponto em menor tempo.

5.9.1 Mercado do VLJ

A Tabela 5.2 destaca diversas estimativas para o mercado de VLJ, algumas mais

conservadoras, outras mais otimistas, de acordo com a expectativa de cada área deste mercado

para os próximos anos.

Tabela 5.2 - Estimativas para o mercado de VLJ para os próximos anos.

Fonte +úmero de VLJ Prazo Referências

Embraer 3.000 2016 (Grady, 2005)

Forecast International Inc. 3.476 2014 (Jaworowski, 2005)

FAA 4.500 2016 (Levin, 2005)

NASA 8.000 2010 (Levin, 2005)

Rolls Royce 8.000 2023 (Warchol, 2005)

Cessna 14.000 15 a 20 anos (Trautvetter, 2005)

Adam Aircraft 20.000 15 a 20 anos (Trautvetter, 2005)


99

Redes de táxi aéreo com VLJ já é uma realidade. Aeronaves confortáveis,

compartilhada com 6 a 9 pessoas, a grande vantagem está no tempo de vôo sem escalas e

dentro do programado, sem os atrasos que geralmente ocorrem em vôos programados.

Atualmente, pequenos aeroportos já são utilizados por jatos executivos para serviços

de charter (fretamento) e vôos particulares. A companhia aérea Northeast lançou um serviço

por demanda com uma frota de 75 VLJs, com a expectativa de atender uma fatia promissora

de mercado (Warchol, 2005).

5.9.2 VLJ no Brasil

No Brasil, o desenvolvimento da tecnologia VLJ teve início em 2005 pela empresa

Embraer. O princípio de se desenvolver esta tecnologia foi estruturada em três quesitos:

conforto, alto desempenho e baixo custo operacional. Estes parâmetros são elementos

primordiais no projeto VLJ para desenvolvimento e construção simultânea de dois modelos da

empresa: Phenom 100 (versão VLJ – Very Light Jet) e Phenom 300 (versão LJ – Light Jet).

Com um cockpit amigável, um único piloto poderá fazer todas as operações de vôo,

com processo de transição relativamente fácil para pilotos menos experientes. A Fig. 5.14

ilustra as características de desempenho de cada aeronave VLJ. A Embraer estima que o

Phenom 100 estará disponível no mercado a partir do segundo semestre de 2008, com valor

aproximado de US$ 2,75 milhões, enquanto o Phenom 300 estará no mercado a partir do

segundo semestre de 2009 com preço estimado em US$ 6,65 milhões.

Aeronave Phenom 100 Phenom 300

N° de assentos 8 9

Alcance 1.160 NM 1.800 NM

Teto 41.000 pés 45.000 pés

Disponível 2008 2009

Preço (US$) 2,75 milhões 6,65 milhões Fig. 5.14 - Características técnicas das aeronaves VLJ (<www.embraer.com.br>).


100

5.10 Análise SWOT do Cenário de Transporte Aéreo

Uma análise dos principais critérios de desempenho das futuras tecnologias associadas

aos conceitos operacionais é apresentada na Tabela 5.3.

Tabela 5.3 - Análise SWOT: Futuras tecnologias associadas aos conceitos operacionais.


SVS: prevenção de colisões entre aeronave, redução de

CFIT, redução de invasão na pista, aumento da consciência

situacional do piloto e redução de atrasos com a

probabilidade de operar em condições de baixa visibilidade,

reduzindo também os custos para as companhias aéreas.

VLJ: melhor aproveitamento de aeroportos menos

movimentados e com pistas curtas, maior comodidade ao

passageiro (serviço de táxi aéreo) e menor tempo de vôo.

UAV: baixo custo e não coloca em risco a vida de um

piloto.

RNAV: rotas flexíveis.

RNAV/RNP/RVSM: economia de combustível e aumento

da capacidade do espaço aéreo.

Em um primeiro momento, o SVS

apresenta custo elevado por depender de

aquisição de novos sistemas aviônicos.

Serviço VLJ será mais caro que serviço de

linhas aéreas.

RNAV/RNP/RVSM: aumenta a pressão

sobre controladores de tráfego com o

aumento do número de rotas e diminuição

de espaçamento entre aeronaves caso não

haja aumento no número de controladores.


SVS: novos sistemas aviônicos podem gerar mapas

automaticamente, situação das condições meteorológicas e

dicas de melhor rota.

Navegação RNAV com melhor desempenho fornecido por

tecnologias GNSS e sistemas de acréscimo.

Aplicações civis da tecnologia UAV.

A FAA simulou em 2005 que os vôos

poderiam sofrer atrasos crescentes em

aproximadamente 300% nas condições

atuais até 2010 caso o número de VLJ

aumente de acordo o previsto e não haja

avanços no sistema atual.

Um plano de cooperação que integre todos os participantes poderá harmonizar o

aproveitamento do espaço aéreo. Padrões internacionais de separação de segurança entre

aeronaves devem ser mantidos ou aperfeiçoados para atender esta demanda crescente de

usuários em diversos tipos de aeronaves (UAV, VLJ) e de recursos de navegação (SVS) que

poderão no futuro auxiliar as operações de vôo.

Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional 101

Capítulo 6

Proposta de um Sistema de +avegação +acional

6.1 Introdução

Tendo-se concluído o benchmarking das tecnologias envolvidas com CNS, incluindo

sistemas de acréscimo e futuras tecnologias, este capítulo analisa uma configuração GBAS e

GRAS associada à tecnologia ADS-B como potenciais aplicações no cenário brasileiro dentro

do programa nacional de implantação do sistema CNS/ATM. Por fim, este trabalho faz uma

análise de vantagens, desvantagens, oportunidades e riscos (análise SWOT) do sistema de

navegação aérea proposto. Devido à extensão do problema, alguns requisitos preliminares

foram definidos para delimitar o problema.

6.2 Requisitos Preliminares

Para suprir as necessidades identificadas no cenário da navegação aérea brasileira, o

sistema de navegação proposto no trabalho deve ser capaz de cumprir os seguintes requisitos:

apresentar desempenho superior em relação aos sistemas convencionais;

atender a todas as fases de vôo;

não permitir atrasos excessivos dos vôos: capacidade de operar em condições

meteorológicas adversas e aumentar desempenho de controladores de tráfego e de

pilotos; e

ter um custo menor do que aqueles associados aos equipamentos convencionais e à

implantação SBAS.

Capítulo 6: Proposta de um Sistema de #avegação #acional

102

Dentro destas condições, a aplicação das tecnologias integradas

(GBAS&GRAS+ADS-B) visa atender primordialmente: implantação em aeroportos de maior

movimento e implantação em aeroportos desprovidos de auxílios de navegação convencionais

de acordo com um planejamento prévio de demanda.

6.3 Análise GBAS&GRAS

Com base nas análises apresentadas no Capítulo 4 sobre os sistemas de acréscimo

existentes e os requisitos preliminares definidos anteriormente, os conceitos GBAS e GRAS

foram escolhidos para compor a proposta do trabalho. Como se observa na Tabela 6.1, os

conceitos SBAS e GRAS são concorrentes para cobertura nas fases de vôo especificadas. A

Seção 6.3.2 traz as razões para a escolha do GRAS na proposta. Assim, a integração dos

sistemas GBAS (em laranja) e GRAS (em azul) poderá garantir suporte operacional em todas

as fases de vôo.

Tabela 6.1 - Aplicação dos sistemas de acréscimo de acordo com a fase de vôo.

Sistemas de Acréscimo

Em

Rot

a O

ceân

ica

Em

Rot

a D

omés

tica

Ter

min

al

+P

A

AP

V-I

AP

V-I

I

PA

Cat

I

PA

Cat

II

PA

Cat

III

Ope

raçõ

es

de S

olo

ABAS SBAS GBAS GRAS

Para análise da aplicação do conceito GBAS&GRAS, será feita uma avaliação da

escolhas dos sistemas, suas configurações e custos associados.

6.3.1 Configuração GBAS

A necessidade de cobrir somente uma região limitada ao redor de cada aeroporto

permite que o GBAS faça correções de maior acurácia e com menor sensibilidade a anomalias

ionosféricas. Além disso, quanto mais próxima uma aeronave estiver de uma estação de


103

referência, melhor o desempenho de navegação.

As informações de correções permitem que usuários dentro de um raio de 20-30 NM

(35-55 km) da estação de referência obtenham acurácia de posição da ordem de 0,5 m (com

95% de disponibilidade). Os dados e seus formatos são especificados no documento

RTCA/DO-246A (2000).

A configuração proposta é semelhante ao GBAS convencional descrito no Capítulo 4.

Porém, a grande diferença está na utilização de pseudo-satélites (PSs) em sua configuração

básica (Fig. 6.1). Pseudo-satélites (Zandonadi, 2005) são transmissores situados em solo, ou

próximos, projetados para enviar sinais GNSS compatíveis com o propósito de melhorar

acurácia, integridade, confiabilidade e disponibilidade do sistema. O PS tem a função de:

enviar sinais de correção de posição ao usuário; e

melhorar o fator de geometria DOP (Diluição de Precisão – Dilution of Precision):

parâmetro que mede a qualidade da medida realizada e depende da geometria

satélite/receptor.

Fig. 6.1 - Configuração GBAS: cobertura local para operações de precisão.


104

O fato dos pseudo-satélites estarem próximos à superfície terrestre permite uma

melhoria considerável da geometria entre as fontes de sinais e o receptor, reduzindo o DOP,

com melhorias de acurácia e integridade. Esta melhoria pode ser otimizada estudando-se

criteriosamente a localização mais adequada para os pseudo-satélites.

Experimentos realizados por Parkinson e Fitzgibbon (1986) foram feitos para

determinar a melhor localização de PSs segundo critérios de menor DOP e de falhas em

satélites da constelação GPS. Os resultados indicaram que um sistema formado por dois PSs

apresenta bom desempenho.

Melhoria do fator DOP com pseudo-satélites

A melhoria no fator DOP é medida através dos parâmetros de diluição de precisão e

dependem unicamente da geometria formada entre as diversas fontes de sinais GNSS em vista

e o receptor do usuário, variando conforme sua localização e com o decorrer do tempo.

Existem vários tipos de DOP que podem ser definidos de acordo com as coordenadas

escolhidas: GDOP - degradação da precisão da posição tridimensional e tempo (geometria),

PDOP - degradação da precisão da posição tridimensional (posição), TDOP – degradação da

precisão temporal, VDOP - degradação da precisão vertical, e HDOP - degradação da

precisão horizontal.

Estes parâmetros apresentam valores entre 1 e 100, sendo que medidas inferiores a 6

representam melhor geometria entre os satélites (Parkinson & Spilker Jr, 1996a), resultando

em maior acurácia de posição do usuário.

Quanto maior o número de satélites disponíveis, maior a capacidade de o usuário

escolher os satélites que fornecem a solução ótima de navegação com melhor geometria

(menor DOP). Além disso, a posição relativa destes satélites influencia diretamente a precisão

da posição do usuário. A Fig. 6.2 ilustra este conceito na qual duas configurações geométricas

são ilustradas.


105

Fig. 6.2 - Ilustração de geometrias relativas entre satélites e usuário: (a) DOP baixo; e (b) DOP elevado.

A Fig. 6.3 ilustra o número de satélites visíveis e correspondentes valores de DOPs.

Fig. 6.3 - Número de satélites em vista e correspondentes valores de DOPs observados no ITA em 11 set. 2001.

Por outro lado, a inclusão de pseudo-satélites no sistema pode modificar

consideravelmente a geometria resultante. A Fig. 6.4 ilustra o comportamento dos diversos

DOPs para a localização do ITA após a inclusão de dois pseudo-satélites, distanciados a 300

metros do usuário, em posições diametralmente opostas. Estas análises e simulações tiveram

seu alicerce em trabalhos iniciados no ITA por Méndez (2002) em 2001.


106

Fig. 6.4 - Número de satélites em vista e correspondentes valores de DOPs com a inclusão de dois pseudo-

satélites colocados diametralmente opostos ao usuário, distanciados a 300 m do usuário.

Comparando-se os gráficos, observa-se na Fig. 6.3 que os valores dos DOPs variam

consideravelmente ao longo do tempo: o GDOP atingiu o valor 5 e o VDOP chegou a 3,5. Na

Fig. 6.4, em contrapartida, o maior valor de GDOP foi 1,70 e o maior valor de VDOP foi

1,33, apresentando variação menos expressiva ao longo do tempo.

Portanto, a inclusão de pseudo-satélites resulta em expressiva redução dos DOPs. A

melhoria destes parâmetros é muito benéfica em aplicações como aproximação de precisão e

pouso de aeronaves nas quais os pseudo-satélites podem atuar como fontes adicionais para

medidas de distância, podendo também transmitir correções diferenciais.

Desafio de Implementação do Pseudo-satélite

O nível da potência transmitida por um pseudo-satélite é um dos mais importantes

parâmetros a ser considerado no projeto de um PS. Um desafio a ser superado no projeto é a

existência do problema conhecido como “near/far”. Quando o receptor se encontra longe do

pseudo-satélite, a potência transmitida deve ser suficiente para assegurar recepção regular do

sinal e quando se encontra próximo ao PS, nenhuma saturação ou ofuscamento dos sinais dos


107

satélites GPS deve ocorrer.

Várias têm sido as técnicas propostas e empregadas para enfrentar o problema. O que

se sabe através da literatura é que, com o emprego de algumas técnicas, isoladas ou

conjuntamente, o problema do near/far pode ser minimizado de tal forma que viabiliza o

emprego de pseudo-satélites em praticamente todas as aplicações conhecidas. O trabalho de

Zandonadi (2005) mostra o protótipo de um pseudo-satélite e descreve detalhadamente seu

funcionamento, formas de melhorar o parâmetro DOP e técnicas de mitigação do near/far.

6.3.2 Configuração GRAS

Na seção 6.3.1, mostrou-se que a proposta de configuração GBAS poderá dar suporte

às operações de solo, pouso e decolagem. Para apoio às operações em rota até a fase de

aproximação e pouso CAT I, duas configurações seriam possíveis: SBAS ou GRAS.

A configuração SBAS utiliza satélites geoestacionários para o envio de mensagens de

correção de posição ao usuário, com cobertura em ampla área. Porém, seus custos são

proibitivos para o Brasil, pois altos investimentos com serviços de satélites geoestacionários

seriam necessários. Além disto, existe o risco de comprometer a recepção e a acurácia dos

sinais de correção ao usuário devido aos efeitos ionosféricos sobre a região brasileira como,

por exemplo, a Anomalia Equatorial Ionosférica (Oliveira et al., 2003a).

Por outro lado, a configuração GRAS da Austrália utiliza um enlace de dados terrestre

denominado D8PSK/TDMA (Differential Eight Phase Shift Keying/Time Division Multiplex

Access) já aceito pela ICAO (Ely et al., 2002). A rede de estações de referência é baseada em

cobertura de ampla área para atender as operações em rota com custos bem menores

comparados com os satélites geoestacionários. Análises teóricas indicam que o alcance do

sinal pode chegar a 200 NM (370 km). Este alcance deve ser analisado através de ensaios em

vôo para confirmar a eficácia deste enlace de dados.

Diante deste cenário, a solução proposta neste trabalho contempla o uso da arquitetura


108

GRAS, tendo-se como fator decisivo a existência de uma grande quantidade de estações de

VHF espalhadas pelo país com potencial para cumprir os requisitos de desempenho para esta

configuração. Modificações nestas estações podem ocorrer para se adequarem às necessidades

para se obter menores custos de implantação do sistema.

Estudos sobre estas estações de VHF (quantidade, localização, característica

operacional) para enlace de comunicação devem ser feitos junto ao DECEA para melhor

avaliação das reais possibilidades de aproveitamento e utilização nesta configuração de

sistema de navegação aérea. A Fig. 6.5 mostra o funcionamento da arquitetura proposta e a

configuração de acordo com as posições das Estações de Referência do BTB (Brazilian Test

Bed) existentes no território brasileiro. Testes anteriores foram realizados para avaliar o

desempenho do conceito SBAS no Brasil entre 2002 e 2004 (ICAO, 2006).

Estação de Referência: coleta os dados GNSS e envia para a estação Mestra; Estação Mestra: processa os dados; determina as correções GNSS e a integridade do sistema; gera mensagens no formato SBAS; envia para a estação VHF; e Estação VHF: converte para o formato GRAS e envia ao usuário.

Fig. 6.5 - Configuração no modo GRAS a partir da infra-estrutura instalada para testes SBAS no Brasil: cobertura regional para navegação aérea.

6.3.3 Mapa de Cobertura do GBAS&GRAS

Na configuração GBAS&GRAS, é possível visualizar através de um mapa, a cobertura


109

provável das estações de VHF GRAS. Supondo-se que o raio de cobertura de cada estação

pode chegar a 200 NM (370 km), como no caso australiano, a configuração seria como ilustra

a Fig. 6.6. A cobertura GRAS ao longo do território também vai depender da localização das

estações de VHF existentes. Já o alcance do sinal GBAS vai depender das configurações em

cada aeroporto, mas de modo geral, estará em torno de 20-30 NM (35-55 km). Para

representar a área de cobertura da configuração GBAS&GRAS, foram levados em

consideração os aeroportos de maior movimento no país com base no Movimento

Operacional da Rede Infraero (<www. infraero.gov.br>).

Para o espaço aéreo não coberto pelas estações GRAS e GBAS, existem duas

alternativas. A primeira é composta de um conjunto de pseudo-satélites (PSs) com posições

bem definidas que podem garantir confiabilidade e segurança nas operações de vôo. Neste

caso, um levantamento mais detalhado a respeito do número de PSs e de localização definirá a

viabilidade de utilização deste sistema de apoio à navegação em rota. Uma outra alternativa é

utilizar ABAS/RAIM, principalmente para o espaço aéreo oceânico. Entretanto, deve-se fazer

um estudo mais criterioso para identificar qual a melhor opção para as condições brasileiras

de um sistema de apoio à navegação em rota.

Fig. 6.6 - Proposta de cobertura das estações GBAS e GRAS.


110

6.3.4 Avaliação de Custos de Implementação

A seguir, uma avaliação de custos de implantação da proposta GBAS&GRAS é

apresentada para viabilização de um sistema de acréscimo no cenário brasileiro.

a) Custo GBAS: A análise de custos foi realizada com base na avaliação da

EUROCONTROL (2003). Este documento contém uma análise de custos estimados com a

implantação de uma estação terrestre GBAS CAT I. A Tabela 6.2 contém uma estimativa

geral de custo estimado de uma estação terrestre GBAS CAT I para uma configuração mínima

de equipamentos. Estes custos são somente indicativos (não dependem de fabricantes).

Tabela 6.2 - Indicativo de custos com estação terrestre GBAS CAT I para configuração mínima (Fonte: EUROCO+TROL, 2003).

Sistema CAT I Configuração 3 receptores GPS

2 cadeias de processamento 1 VDB transmissor/monitor

Equipamento e instalação (€) 313.000

Projeto e inspeção de vôo (€) 30.000

Total (€) 343.000

A Tabela 6.3 estima os custos que podem ser esperados em uma instalação mínima

GBAS comparado com ILS. Observa-se que os custos associados ao ILS são maiores que o

custo do GBAS (cerca de 55% com base na Tabela 6.3), admitindo-se que o valor atribuído a

uma estação terrestre ILS é capaz de cobrir todas as pistas de um aeroporto. Sabe-se que isto

não ocorre. Portanto, a diferença nos custos será ainda maior.

Tabela 6.3 - Indicativo de custo total com instalação ILS x GBAS (Fonte: EUROCO+TROL, 2003).

Componente ILS (€) GBAS (€) Estação terrestre 471.000 313.000 Instalação 236.000 30.000 Iluminação 471.000 471.000 Inspeção de vôo 134.000 25.000 Procedimentos 20.000 20.000 Total 1.332.000 859.000

Uma das grandes vantagens do GBAS é a possibilidade do sistema fornecer suporte a

múltiplas pistas, além da possibilidade de atender a outros aeroportos nas proximidades (por


111

exemplo, Guarulhos, Congonhas e Campo de Marte, SP), diminuindo consideravelmente os

custos de aquisição e instalação de um sistema de aproximação e pouso.

O custo de uma estação GBAS indicado na Tabela 6.3 não considera o custo de

aquisição de pseudo-satélites por não haver ainda uma especificação de valores para esta

tecnologia (uma estimativa preliminar indica um valor inferior a US$ 50.000). Porém, espera-

se que o pseudo-satélite apresente baixo custo de implantação e manutenção comparado com

outros sistemas que fornecem o mesmo desempenho de navegação, com pouca alteração no

valor final de uma estação terrestre GBAS.

b) Custo GRAS: Considerando-se o interesse em aplicar a tecnologia para o território

australiano, uma análise de custo/benefício foi realizada com base na tecnologia GNSS

disponível. Infelizmente nenhum dado foi disponibilizado para estudo. Porém, a expectativa é

que os investimentos nesta configuração serão menores do que na estrutura SBAS,

principalmente porque este projeto não envolve serviços por satélites geoestacionários que

encarecem o projeto significativamente. Para se ter uma idéia, o custo estimado com o projeto

SGB (Satélite Geoestacionário Brasileiro) é da ordem de US$1,5 bilhão. Portanto, a

configuração australiana pode ser uma solução viável para o cenário brasileiro.

6.4 ADS-B

ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) é definido pela ICAO (2003b)

como uma técnica de vigilância na qual uma aeronave fornece automaticamente, através de

um enlace de dados de transmissão digital, dados provenientes dos sistemas de navegação de

bordo que inclui posição 4-D, identificação, velocidade, altitude, tipo de manobra (virando,

subindo ou descendo) e intenção de vôo. O primeiro experimento ADS-C (Automatic

Dependent Surveillance-Contract) no Brasil foi realizado no ano de 1993 por Fitzgibbon e

Walter (1994) com o uso de satélites Inmarsat em sua configuração.


112

ADS-B é um acrônimo que tem o seguinte significado:

Automatic - está sempre ligado e não requer intervenção de operador.

Dependent - depende de sinais GNSS de acurácia para fornecer dados de posição.

Surveillance - fornece dados de vigilância para controladores em solo e outras

aeronaves.

Broadcast - transmite sinal em intervalos regulares para qualquer aeronave ou estação

devidamente equipada com ADS-B.

6.4.1 Funcionamento ADS-B

O ADS-B utiliza a tecnologia GNSS ou outro sistema de navegação e um enlace de

comunicação como componentes básicos, apresentando desempenho superior ao de outros

sistemas, como, por exemplo, os radares de vigilância (SSR e PSR). Além disto, a acurácia do

ADS-B não sofre degradação significativa com o aumento da distância, condições

atmosféricas e intervalos de atualização.

As informações do ADS-B são transmitidas simultaneamente para outras aeronaves

(ar-ar) e para controladores de tráfego (ar-solo) com capacidade ADS-B. Transmissões ADS-

B são recebidas por estações de controle de tráfego aéreo para vigilância, monitoramento de

tráfego aéreo e aumento da consciência situacional do piloto. Segundo Scardina (2002), o

alcance do sinal ar-solo pode chegar a 200 NM (aproximadamente 370 km), enquanto o sinal

ar-ar pode ter alcance de 40 NM (74 km).

Para manter a comunicação entre piloto e controlador de tráfego aéreo, a aeronave

deve ser equipada com (Fig. 6.7):

“ADS-B Out”: Permite identificação e transmissão de parâmetros de navegação para

uma estação ou rede de estações em solo; e

“ADS-B In”: O piloto visualiza a informação de tráfego fornecida por centros ATC

através de uma tela conhecida como CDTI (Cockpit Display of Traffic Information).


113

Fig. 6.7 - Configuração ADS-B para transmissão e recepção de parâmetros de navegação (Fonte:

<www.aopa.org/.../newsitems/2006/060510ads-b.html>. Acesso: 10/10/2006).

Já os controladores de tráfego podem visualizar sinais do ADS-B nas telas de controle

de tráfego juntamente com outros sinais de radar18. A Fig. 6.8 ilustra o conceito do ADS-B em

um espaço aéreo compartilhado entre diversas aeronaves (A, B, C, D, E e F).

Passo (1): Envio das informações do usuário a torre local (GBT) e a outra aeronave. Passo (2): GBT local envia dados ao centro ATC e outras torres GBTs (Visão local). Passo (3): Envio de informações atualizadas de tráfego ao usuário. Passo (4): Visualização total do tráfego aéreo.

Fig. 6.8 - Configuração ADS-B: Aeronaves vizinhas e centros de controle de tráfego equipadas com ADS-B são capazes de receber sinais de uma aeronave que “avisa” sua presença.

O custo do ADS-B é menor do que do radar convencional e ainda permite maior

qualidade de vigilância tanto em solo quanto no espaço aéreo. O ADS-B poderá ser efetivo

18 Disponível em: <http://www.garmin.com/aviation/adsb.html>. Acesso: 10/11/2006.


114

em áreas remotas e montanhosas com cobertura de um radar somente ou em locais onde a

cobertura de radar é limitada como em TMA-Área de Controle Terminal (Halls, 2006).

O ADS-B também melhora a vigilância nos aeroportos e, portanto, pode ser usado para

monitorar tráfego durante taxiamento, pouso e decolagem de aeronaves.

Tipos de Enlace de Comunicação

Existem atualmente três tipos de enlace de comunicação: SSR Modo S ES, VDL Modo

4 e UAT.

Secondary Surveillance Radar (SSR) Modo S Extended Squitter (ES)

É uma extensão do tradicional radar secundário modo S e é conhecido também como

1090ES (Extended Squitter). A aeronave transmite regularmente informações na freqüência

de 1.090 MHz, como por exemplo: situação da aeronave (em solo ou em vôo), velocidade e

posição (duas vezes por segundo), mensagem de identificação (a cada 5 s). O 1090ES foi

padronizado pela ICAO e pela EUROCAE/RTCA (European Organisation for Civil Aviation

Equipment/Radio Technical Commission for Aeronautics). O alcance deste enlace pode

chegar a 100 NM ou 185 km (Fonte: <www.fomento.es>. Acesso: 14/12/2006).

As estações ATC e aeronaves equipadas com TCAS são capazes de receber os sinais

enviados pelo 1090 ES, porém necessitam de ajustes para aceitar e processar informações

adicionais. Como sistema já implementado como meio de segurança anticolisão, este enlace

pode ser vantajoso em termos de custos, evitando aquisição e manutenção de novos

equipamentos de bordo para vigilância do espaço aéreo.

VDL Modo 4

O VDL (VHF Data Link) Modo 4 é um sistema desenvolvido pela Suécia a partir do

princípio STDMA (Self-Organising Time Division Multiple Access) ou Acesso Múltiplo por

Divisão de Tempo Auto-Organizado, o que significa que o sistema independe de estação

mestra em solo. Esta técnica divide a freqüência de comunicação em múltiplos slots para o


115

usuário do sistema. Opera na faixa de 108 a 117,975 MHz (ICAO, 2003c). Este enlace é mais

eficiente para transmissões de mensagens curtas para um grande número de usuários. A

grande vantagem deste enlace é seu alcance que pode atingir 200 NM (370 km). A

padronização do VDL Modo 4 está em fase de finalização pela ICAO e EUROCAE/RTCA.

UAT

O Transceptor de Acesso Universal (Universal Access Transceiver - UAT) é um

enlace de comunicação desenvolvido pela Corporação MITRE, Estados Unidos. Transmissão

de informações ADS-B de bordo e dos centros de controle de tráfego (condições climáticas,

densidade de tráfego) são feitas na freqüência de 978 MHz. Usuários UAT terão acesso a

informações aeronáuticas (FSI-B19 e TIS-B20) dos centros ATC.

Uma análise comparativa dos enlaces de dados para ADS-B foi apresentada pela ICAO

na 11ª Conferência de Navegação Aérea em Montreal, Canadá (ICAO, 2003b). O enlace SSR

Modo S ES é o único com aprovação de espectro de freqüência para operação global.

Aprovação de regulamentação do enlace UAT para operação em 978 MHz nos Estados

Unidos está em fase de conclusão. Quatro canais do VDL Modo 4 são analisados no

planejamento de atividades da Comunidade Européia.

6.4.2 Proposta de Implantação ADS no Cenário Brasileiro

A proposta de implantação do ADS para garantir a comunicação entre pilotos e

controladores de tráfego aéreo no cenário brasileiro tem como objetivo garantir os níveis de

segurança nas operações de vôo como meio de se evitar acidentes e incidentes aéreos,

principalmente em regiões desprovidas de radares de vigilância.

Tomando-se como estudo de caso a região da Floresta Amazônica brasileira onde

19 FIS-B (Flight Information Services-Broadcast): serviços de informação de vôo e condições meteorológicas ao piloto. 20 TIS-B (Traffic Information Services-Broadcast): envio de informação de tráfego do centro ATC não equipado com ADS-B ao piloto.


116

ocorreu a colisão aérea entre duas aeronaves, é possível visualizar o conceito de cobertura de

um GBT (Ground Based Transceiver) na Fig. 6.9 (a) representada pelos transceptores de

vigilância I e II em solo com área de cobertura indicada pelos círculos azuis e aeronaves que

compartilham um determinado espaço aéreo operando acima de FL 30021. A Fig. 6.9 (b)

mostra a área em estudo ampliada.

(a) (b)

Fig. 6.9 - (a) Conceito de cobertura dos GBTs I e II; e (b) Área ampliada da região de troca de informações (AD representa os dados da aeronave A como: posição 4-D, identificação, velocidade e altitude).

Comparando-se as funcionalidade dos equipamentos PSR/SSR e ADS-B, uma

quantidade maior de informações podem ser disponibilizadas ao controlador de tráfego aéreo

através do ADS-B (Tabela 6.4).

Tabela 6.4 - Informações disponíveis pelo SSR x ADS-B.

Radares de Vigilância ADS-B

identificação e altitude. posição 4-D, identificação, velocidade, altitude, tipo de manobra (subindo, descendo, virando) e intenção de vôo.

Visivelmente, a tecnologia ADS-B fornecerá maior suporte às operações de vôo, tanto

para aeronaves que compartilham espaços aéreos próximos como para centros ATC com

capacidade ADS-B. Todos os usuários envolvidos serão vistos um pelo outro, com maior

poder de tomada de decisão quando necessário. A Fig. 6.10 ilustra a arquitetura de

visualização de duas aeronaves presentes em um espaço aéreo.

21 De acordo com os primeiros experimentos ADS-B da Austrália (Air Traffic Management, 2006).


117

Passo (1) - Usuário recebe dados de posição dos satélites GNSS. Usuário envia informações ADS-B à torre local (GBT) e à outra aeronave. Passo (2) - GBT local envia dados ao centro ATC e outras torres GBTs. Estação de referência envia dados à estação mestra para gerar mensagens de

correção de posição do usuário. Passo (3) - GBT envia de informações atualizadas de tráfego ao usuário. Enlace de VHF envia mensagens de correção de posição do usuário. Passo (4) - Visualização final de todo o tráfego aéreo.

Fig. 6.10 - Arquitetura do sistema: aeronaves em um determinado espaço aéreo e centros de controle de tráfego são capazes “visualizar” o mesmo tráfego aéreo.

6.4.3 Vantagens do ADS-B

As principais vantagens do ADS-B são:

capacidade de prover ao mesmo tempo informações aos pilotos e aos controladores

para que ambos tenham acesso às mesmas informações;

pilotos e controladores adequadamente equipados com ADS-B poderão localizar a

posição de conflito de tráfego e analisar qual a melhor decisão a ser tomada;

por operar em baixas altitudes, pode ser usado em solo para monitorar tráfego de

superfície e pouso, auxiliar operações GBAS e emitir alertas quando ocorrer invasão

de pista (runway incursion);

confiabilidade, acurácia e informação em tempo real do tráfego aéreo;


118

poderá ser efetivo em áreas remotas e montanhosas com cobertura de um radar

somente ou em locais onde a cobertura de radar é limitada como em TMA; e

pode ser adaptado para uso na aviação geral, atendendo principalmente jatos

executivos e serviços de táxi aéreo.

6.5 Resultados da proposta para o Brasil

Como resultado da análise, a Fig. 6.11 destaca potencial interoperabilidade

GBAS&GRAS com PSs, juntamente o ADS-B para apoio em todas as fases de vôo.

ADS-B: capacidade para prestar apoio em todas as fases de vôo.

Fig. 6.11 - Cobertura integrada dos sistemas de acréscimo aliada ao ADS-B em todas as fases de vôo (Figura adaptada de: DECEA, 2004).

Assim, duas frentes, tecnológica e de capacitação (Fig. 6.12), são identificadas na

composição do sistema CNS/ATM para atender às necessidades de tráfego aéreo brasileiro.

Fig. 6.12 - Formação paralela de duas frentes que atendam às necessidades do transporte aéreo nacional.


119

Recursos tecnológicos podem ser obtidos através de parcerias (governo-empresas-

institutos de pesquisa) em um plano que estabeleça as prioridades de pesquisa que viabilizem

a proposta GBAS&GRAS e ADS-B. Paralelamente, esforços para a formação de recursos

humanos devem ser feitos para validar pesquisas e permitir o avanço tecnológico do país.

Com isso, a integração dos sistemas propostos neste trabalho (configuração

GBAS&GRAS com PSs associada à tecnologia ADS-B) pode viabilizar uma estrutura que

atenda às necessidades de gerenciamento do tráfego aéreo (ATM) brasileiro.

A Tabela 6.5 destaca os pontos principais do sistema proposto com base na proposta de

um sistema de navegação para o cenário brasileiro.

Tabela 6.5 - Análise SWOT: Pontos relevantes da configuração proposta.


GBAS&GRAS: viabilidade econômica; a curto prazo,

utilização em aeroportos de maior movimento; não depende

de satélites geoestacionários, resultando em medidas de maior

acurácia por não sofrer os efeitos da ionosfera; e aproximação

em curva com a pista.

GBAS&GRAS com PSs e ADS-B: atendem a todas as fases

de vôo; cumpre os requisitos de navegação; maior número de

aproximações para uma mesma pista com otimização no

intervalo de tempo entre pousos.

PS: garante redundância no sistema (envio de mensagem de

correção e sinais adicionais de navegação quando há perdas

de sinais GNSS); a localização dos pseudo-satélites permite

uma melhoria da geometria entre as fontes de sinais e o

receptor, melhor acurácia e integridade; e baixo custo.

ADS-B: não há uma avaliação de custos

associados.

PS: o problema near/far pode resultar em

saturação ou ofuscamento dos sinais dos

satélites GPS.


GBAS&GRAS: potencial para fornecer acurácia e

integridade regional utilizando infra-estrutura existente.

GBAS: Com a certificação GBAS para operações CAT II e III

e de solo, restrições como condições meteorológicas

desfavoráveis e congestionamentos em aeroportos poderão ser

superadas.

Interferências intencionais de radiofreqüência

(rádio pirata): instaladas nas proximidades de

aeroportos, com potência elevada e operação

nos extremos da faixa (perto de 108 ou de 118

MHz).

Capítulo 7: Conclusões e Futuros Trabalhos 120

Capítulo 7

Conclusões e Futuros Trabalhos

7.1 Quanto aos objetivos propostos

Foram cumpridos os objetivos delineados no Capítulo 1, com detalhamento ao longo

dos capítulos seguintes, associados a uma análise SWOT (vantagens, desvantagens,

oportunidades e riscos) das tecnologias. A abordagem holística do sistema de navegação aérea

e a efetivação de um benchmarking favoreceram a apresentação de uma estrutura com base no

sistema CNS/ATM idealizado pela ICAO. Dentro dessas premissas, avaliaram-se os auxílios

de navegação convencionais, tecnologias via satélite GNSS (GPS, GLONASS e Galileo),

sistemas de acréscimo (ABAS, GBAS, GRAS e SBAS), conceitos operacionais (RNP, RNAV

e RVSM) e futuras tecnologias. Isto tudo para fornecer condições para propor uma

configuração de sistema de navegação que possa favorecer as operações da navegação aérea

no Brasil.

7.2 Quanto aos auxílios de navegação convencional

Constatou-se através de dados técnicos que o custo de instalação e manutenção de

infra-estrutura de auxílios convencionais é um fator bastante limitante no emprego destas

tecnologias. Ciente destes fatores, o Comando da Aeronáutica planeja o início da desativação

de radioauxílios convencionais para 2008 podendo se estender até 2011. Entretanto, poderá

haver modificação nestas datas.

7.3 Quanto à modernização das tecnologias G+SS

No estudo das tecnologias GNSS, verificou-se a importância do programa de

Capítulo 7: Conclusões e Futuros Trabalhos

121

modernização do GPS. O novo sinal L5 fornecerá maior acurácia no sinal de navegação e

minimização de interferências através do serviço ARNS (Aeronautical Radio #avigation

Service). Adicionalmente, a modernização do sinal L1c fornecerá maior capacidade de

interoperabilidade com sinais GLONASS e Galileo. Semelhantemente, no programa de

modernização do GLONASS, sinais de maior acurácia para usuários civis estarão disponíveis

nas freqüências L1, L2 e L3, além da capacidade de receber e transmitir sinais para serviço de

busca e resgate. Um ponto promissor é a diversidade de sinais do sistema Galileo. Este

sistema fornecerá cinco tipos de serviços e oferecerá assim suporte a diversas aplicações, com

diferentes níveis de acurácia de acordo com a necessidade do usuário.

7.4 Quanto à aplicação das tecnologias de navegação G+SS

A análise das ferramentas tecnológicas existentes demonstrou a oportunidade de

aplicação da tecnologia de navegação via satélite não só para a aviação, mas também em

diversos setores que beneficiam a sociedade, como por exemplo: serviços comerciais

(localização); de busca e resgate; de aplicação governamental (segurança); e outros serviços

que necessitam de informações mais precisas e de um maior grau de integridade.

7.5 Quanto aos participantes do sistema de navegação aérea

Verificou-se que a atuação dos participantes (stakeholders) em uma posição de

cooperação é fundamental no desenvolvimento de um sistema de navegação aérea viável

técnica e economicamente, garantindo a segurança e aumentando eficiência e capacidade no

sistema de transporte aéreo. Constatou-se que é preciso haver integração entre os diversos

participantes (órgão regulamentador, fiscalizador, infra-estrutura aeroportuária, fabricantes de

aeronaves e equipamentos de navegação, institutos de pesquisa e outros) para captação tanto

de recursos financeiros, como também de recursos humanos (formação de controladores de

tráfego aéreo, pilotos e técnicos), e também para definição de um plano de longo prazo (15 a


122

20 anos) que estabeleça as prioridades de pesquisa e metas de desenvolvimento da indústria e

infra-estrutura do país. Neste ponto, entendeu-se que a criação de comitês integradores

(indústria-governo-institutos de pesquisa) tem mostrado bons resultados nos Estados Unidos,

a exemplo do JPDO (Joint Planning & Development Office), que tem membros da Boeing,

FAA, NASA, Universidade de Stanford, MIT, United Airlines, Rockwell Collins, Toyota

Motors USA e Embraer, entre muitos outros.

7.6 Quanto à viabilidade da configuração proposta

Seguindo a proposta de uma abordagem holística, ou seja, considerando a atuação e o

impacto de cada uma das partes envolvidas (empresas aéreas, órgãos de controle do espaço

aéreo, fabricantes de aeronaves e outras) e o estudo de benchmarking das diversas tecnologias

no resultado final do sistema, entendeu-se que estas análises foram indispensáveis para

identificar a melhor proposta. Constatou-se que a integração dos conceitos GBAS&GRAS e

da tecnologia ADS-B é uma solução viável:

Economicamente: é possível obter um custo de implantação menor com a

configuração GBAS&GRAS do que com a SBAS. A arquitetura GBAS substitui o satélite

geoestacionário com a implantação de pseudo-satélites, enquanto a configuração GRAS se

utiliza das estações de VHF para enviar as mensagens de correção ao usuário, independentes,

portanto, de satélites geoestacionários (maior valor agregado).

Tecnicamente: a configuração integrada GBAS&GRAS pode cumprir todas as fases

de vôo de acordo com os requisitos de desempenho especificados para cada operação. Efeito

minimizado da ionosfera (Anomalia Equatorial Ionosférica, por exemplo) que prejudica a

recepção de sinais de correção e, conseqüentemente, as operações de vôo. Nesta configuração

o grande diferencial será a utilização de pseudo-satélites com a função de enviar correções ao

usuário e também melhorar o fator de geometria DOP, aumentando a confiabilidade do


123

sistema.

Desta forma, a integração dos conceitos GBAS e GRAS e da tecnologia ADS-B

permite obter um sistema de melhor desempenho se comparado com cada um isoladamente.

7.7 Futuros Trabalhos

Para dar continuidade a este estudo, é fundamental uma atitude de cooperação dos

participantes no desenvolvimento prático da proposta lançada como um sistema de navegação

aérea viável técnica e economicamente. A integração entre os participantes (institutos de

pesquisa-governo-empresas) é indispensável para a elaboração de um plano que estabeleça as

prioridades de pesquisa que viabilizem a proposta GBAS&GRAS e ADS-B.

Importante seria, além do estudo já efetuado, obter recursos financeiros para a

realização de testes em campo para validar o conceito apresentado com parcerias entre Órgãos

Governamentais, Indústrias e Institutos de Pesquisa.

Análise custo-benefício mais detalhada do projeto proposto com participação efetiva

de órgãos governamentais para auxiliar na obtenção de valores de equipamentos e custos de

implantação.

Especificação técnica de equipamentos (estações GBAS com pseudo-satélites e GRAS,

estações de VHF) para avaliação de desempenho.

Uma análise de aplicação de longo prazo (15 a 20 anos) pode ser útil para identificar

potenciais tecnologias como, por exemplo, SVS (Synthetic Vision System), que poderão

satisfazer necessidades como operação em condições meteorológicas mais restritivas que

prejudicam diretamente o funcionamento dos aeroportos.

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Apêndice A: Sistemas de #avegação Convencional 133

Apêndice A

Sistemas de +avegação Convencional

A.1 Introdução

No processo evolutivo dos sistemas de navegação aérea, novos instrumentos tornaram

mais seguras e menos complicadas a tarefa de orientar-se no espaço. O sistema de

radionavegação permite ao piloto guiar-se a partir de equipamentos instalados ao longo de

rotas e nas proximidades de aeroportos.

Nesta seção serão descritos os principais equipamentos convencionais existentes no

Brasil para auxílio às operações de vôo: em rota (ADF/NDB, VOR, DME) e em aproximação

e pouso (ILS).

A.2 Sistema de +avegação em Rota

A radionavegação em rota consiste em determinar a posição geográfica e a orientação

de uma aeronave por meio da interpretação de informações emitidas por estações terrestres de

posição conhecida.

A.2.1 ADF

O ADF (Automatic Direction Finder ou Localizador Automático de Direção) é um

sistema aviônico utilizado para determinar a direção de uma estação, podendo ser um

radiofarol não direcional (NDB) ou qualquer estação de radiodifusão em AM (Amplitude

Modulation). O sistema ADF funciona em LF (Low Frequency) e MF (Medium Frequency),

na faixa de 200 kHz a 1.799 kHz. É o sistema mais simples de navegação e foi o primeiro

radioauxílio a ser usado para vôo por instrumentos (IFR).

Apêndice A: Sistemas de #avegação Convencional

134

A recepção do sinal ADF não está limitada à distância da linha de visada e segue a

curvatura da Terra. O sinal pode atingir distâncias de até 200 NM (370 km).

A.2.2 +DB

NDB (#on-Directional Beacon ou Radiofarol não direcional) é uma estação de rádio

de baixa ou média freqüência que transmite sinais não direcionais a partir dos quais o piloto

de uma aeronave adequadamente equipada pode determinar a direção do sinal transmitido

pela estação (Fig. A.1). A faixa de operação do NDB está entre 190 e 1.750 kHz e transmite

uma portadora contínua modulada tanto em 400 Hz quanto em 1.020 Hz. O sinal de 400 Hz

representa o ponto e o sinal de 1.020 Hz representa o traço do código Morse. Um radiofarol

transmite uma identificação contínua de código com três letras durante transmissões de voz.

Fig. A.1 - Estação NDB localizado no aeroporto internacional de Beijing, China.

Os radiofaróis estão sujeitos a distúrbios (relâmpagos, precipitação estática e outros)

que podem resultar em erro na informação de direção. Durante a noite, os radiofaróis são

vulneráveis à interferência de estações distantes. Todos os distúrbios nas proximidades que

afetam a marcação do ADF também afetam a identificação do equipamento. Voz e música

podem ser ouvidas quando uma marcação falsa está sendo mostrada. Para garantir a

integridade do sistema, caso os receptores ADF não tenham um sinal de aviso, o piloto deve

monitorar continuamente a identificação do NDB (FAA, 2006).


135

A.2.3 VOR

O VOR (Very High Frequency Omnidirectional Range ou VHF de Alcance Multi-

Direcional) é um sistema de navegação aérea que transmite sinais de direção para aeronaves

em rota entre duas estações VOR transmissoras. No Brasil, existem aproximadamente 80

estações VOR espalhadas pelo país. Em muitos casos, uma estação de VOR é colocada

juntamente com um DME (Distance Measurement Equipment) para disponibilizar medida de

distância (Fig. A.2).

O sistema VOR funciona na faixa de freqüência de VHF que varia de 108 a 117,95

MHz, com espaçamento entre canais de 50 kHz. Deste modo, podem existir 200 diferentes

canais de VOR.

Fig. A.2 - Estação VOR (Alemanha).

Operação

O princípio de operação do sistema VOR está baseado na comparação de fase, pelo

receptor de bordo, entre dois sinais transmitidos pela estação terrestre: um sinal de referência

(fase constante) e um sinal variável (fase dependente da posição do receptor ou da aeronave).

O sistema aviônico recebe os dois sinais, calcula a diferença e interpreta o resultado como

uma radial da estação para o piloto na aeronave (Fernandes, 2006).

Os dois sinais de um transmissor VOR geram 360 linhas denominadas radiais e o

aviônico VOR determina em qual das radiais a aeronave se encontra. A Fig. A.3 mostra uma

aeronave na radial 60°. A precisão na determinação da radial varia de 1 a 3 graus dependendo


136

da precisão das estações em solo e do aparelho receptor. A Fig. A.4 ilustra um indicador VOR

de bordo.

Fig. A.3 - Geração de linhas radiais pelo VOR. Fig. A.4 - Indicador VOR.

Os principais elementos no indicador VOR são (Soares, 1999):

OBI (Omni Bearing Indicator) - indica um curso de aproximação ou afastamento de

um VOR.

Indicador TO/FROM - indica se o rumo lido no OBI corresponde a um curso, rota que

conduz à estação VOR (TO), ou a uma radial que se afasta do VOR (FROM).

CDI (Course Deviation Indicator) - a barra vertical do CDI indica o deslocamento de

uma aeronave em relação à radial ou ao curso previamente selecionado. Cada ponto no eixo

horizontal representa 2,5 graus fora da rota.

Vantagens e desvantagens do VOR

O sistema de navegação VOR apresenta algumas vantagens, entre elas:

acurácia em torno de ±1,4°; e

o sinal do VOR é praticamente imune à precipitação estática e a interferências

causadas por tempestades e outros fenômenos meteorológicos por funcionar em altas

freqüências.

Por outro lado, o sistema VOR apresenta as seguintes desvantagens:


137

por ser transmitido em linha de visada, qualquer obstáculo (montanha, prédios e outras

características do terreno, inclusive a curvatura da Terra) bloqueia o sinal VOR. Ao

contrário dos sinais NDB, os sinais do VOR não conseguem acompanhar a curvatura

da Terra. O seu alcance fica limitado por obstáculos conforme a altitude da aeronave,

chegando no máximo a atingir 130 NM (240 km); e

como em altas altitudes o sinal VOR alcança grandes distâncias, uma aeronave pode

receber indicações de medidas não confiáveis se ocorrer a recepção de sinais de duas

estações operando em uma mesma freqüência. Geralmente, estações de mesma

freqüência são colocadas bem distante uma da outra para evitar este problema. Com

uma disponibilidade de 80 estações de VOR, este problema não ocorre em território

brasileiro.

A.2.4 DME

O DME (Distance Measurement Equipment ou Equipamento Medidor de Distância)

tem a função de fornecer a distância da aeronave a uma estação ou transponder do DME.

Operação

O sistema aviônico é formado por um transmissor chamado interrogador, por um

receptor e por um sistema que calcula a distância. A faixa de freqüência de operação do DME

é de 960 a 1.215 MHz.

O sistema de bordo transmite um sinal chamado interrogação para a estação em solo

(Fig. A.5). Após um atraso de 50 µs, a estação envia um sinal de resposta para a aeronave. Ao

receber a resposta, o sistema de bordo mede o tempo entre a transmissão e a recepção (∆t),

possibilitando o cálculo da distância (Dist DME) a partir da eq. A.1 (Fernandes, 1987):

cstDistDME 5,0)50( µ−∆= A.1


138

onde c é a velocidade da luz.

O atraso de 50 µs na estação é um valor padrão. A estação DME ou transponder DME

mede continuamente a distância entre a aeronave e a estação em milhas náuticas (NM). A

maior distância medida pelo DME é aproximadamente a sua projeção no plano horizontal

quando a aeronave se encontra muito afastada da estação (Distância Horizontal - DH). Pela

Fig. A.5, tem-se que (eq. A.2):

θcos*DistDMEDH = A.2

Por outro lado, a distância mínima medida pelo transponder DME ocorre quando uma

aeronave sobrevoa a estação e corresponde à altitude de vôo da aeronave (Distância Vertical -

DV).

Fig. A.5 - Distância medida pelo sistema DME.

A.3 Sistema de +avegação em Aproximação e Pouso

O mais perfeito e preciso sistema de navegação em rota não teria finalidade se no

aeródromo de destino não houvesse um seguro processo estabilizado de aproximação e pouso.

A etapa de aproximação final para o pouso é uma parte crítica de um vôo. Uma aeronave deve

estar rigorosamente dentro do perfil de descida, na velocidade certa e totalmente configurada


139

para pouso com auxílio de cartas de aproximação que contêm procedimentos padrão para

aproximação em cada aeroporto.

Os procedimentos são elaborados com a finalidade de garantir a segurança durante

todas as operações de vôo. No Brasil, além de outras funções, a DEPV (Diretoria de

Eletrônica e Proteção ao Vôo) é responsável pela elaboração destes procedimentos.

A.3.1 Categorias de Aproximação e Pouso

A ICAO estabelece três categorias de pouso por instrumentos. A Tab. A.1 mostra

resumidamente algumas características destas categorias.

Tabela A.1 - Categorias de aproximação e pouso por instrumento.

CAT III CAT

I

CAT

II A B C

Altura de Decisão (m) 60 30 0 0 0

Distância Visual da Pista (m) 800 400 200 50 0

A Altura de Decisão define o local onde o piloto deve tomar a decisão de pousar caso

visualize a pista ou arremeter. Esta decisão também está condicionada ao parâmetro de

distância visual da pista de acordo com a categoria de pouso.

O procedimento de pouso por instrumento segundo as categorias I, II e III exige infra-

estrutura aeroportuária adequada (medida de distância visual da pista, sinalização e aeroporto

habilitado), tripulação devidamente qualificada e aeronave homologada para operação.

Poucos aeroportos no mundo operam em CAT III, entre eles: aeroporto de Heathrow

(Londres, Inglaterra), Chicago (Illinois), Atlanta (Georgia), Nova York, Washington e São

Francisco (Califórnia), nos Estados Unidos. Destes aeroportos, apenas o de Heathrow opera

em CAT III-C.

O principal sistema de auxílio à aproximação e pouso é o ILS (Instrument Landing

System) apoiado por outros equipamentos, tais como radar altímetro e sistemas de


140

identificação como transponder e TCAS (Traffic and Collision Avoidance System). No Brasil,

existem pelo menos 27 auxílios ILS, como mostra a A.6.

Fig. A.6 – Equipamentos ILS instalados no Brasil (Cortesia: DECEA).

A.3.2 Componentes do ILS

O ILS é composto por um conjunto de auxílios instalados em solo que emitem sinais

para serem captados e processados por equipamentos de bordo usados para guiar uma

aeronave a uma pista de pouso (Kayton & Fried, 1997). O sistema de aproximação e pouso

ILS divide-se nos seguintes componentes:

Localizer: fornece guiagem lateral para o eixo de uma determinada pista. O receptor de

localizer é o mesmo do VOR. Opera na faixa de freqüência de VHF que varia de 108,10 a

111,95 MHz, totalizando 40 canais.

O sinal transmitido pelo localizer consiste de duas partes distintas (amarela e azul da

Fig. A.7 alinhadas com o centro da pista. O lado direito é modulado em 150 Hz, indicada pela

área azul da figura. O lado esquerdo é modulado em 90 Hz. A sobreposição entre estas duas

áreas fornece o sinal do caminho ideal para guiagem de uma aeronave. O alcance do sinal do

localizer é de 18 NM (33.000 m).


141

Fig. A.7 - Características padrão do ILS.

A Fig. A.8 mostra o posicionamento de uma rede de localizer e luzes de aproximação

na base da Força Aérea de Missouri, Estados Unidos.

Fig. A.8 - Rede de localizer.

A Fig. A.9 ilustra as três diferentes medidas que podem ser feitas por um localizer para

guiagem de uma aeronave em aproximação e pouso.

Fig. A.9 - Indicações do localizer para uma aeronave em aproximação.


142

Glideslope: indica a trajetória de planeio segundo um ângulo correto de descida para

posicionamento em relação à trajetória de aproximação (guiagem longitudinal). O glideslope

(Fig. A.10) opera na faixa de freqüência de UHF que varia de 328,6 a 335,4 MHz. Os 40

canais do localizer fazem par com as freqüências do glideslope. Desta forma, quando o piloto

sintoniza uma freqüência para recepção do localizer, automaticamente sintoniza o receptor de

glideslope no canal correspondente em UHF. O seu princípio de funcionamento é o mesmo do

localizer (identificação da predominância de modulação de 90 e 150 Hz).

O ângulo de projeção do glideslope normalmente é ajustado para 3° acima da

horizontal para que intercepte o marcador médio (MM) em aproximadamente 200 pés (60 m)

e o marcador externo (ME) em 1.400 pés (430 m) acima da elevação da pista de pouso. O

glideslope tem alcance de até 10 NM ou 19.000 m (FAA, 2006).

Fig. A.10 - Glideslope localizado no aeroporto internacional de Hanover, Alemanha.

Existem três indicações distintas que podem ser feitas pelo glideslope, como mostra a

Fig. A.11. Além do glideslope, alguns aeroportos possuem um indicador da trajetória de

planeio e, atualmente, existem dois tipos: VASIS (Visual Approach Slope Indicator System) e

PAPIS (Precision Approach Path Indicator). Estes indicadores são formados por conjuntos de

caixas emissoras de luzes que permitem a visualização da rampa de descida e do ponto de

toque na pista para uma aeronave em aproximação e pouso. No Brasil, existem em torno de

121 VASIS/PAPIS em funcionamento.


143

Fig. A.11 - Indicações do Glideslope.

Marcadores de Posição (Marker Beacon): transmitem uma portadora de 75 MHz

modulada em amplitude. A transmissão é feita na vertical de modo a interceptar a trajetória de

pouso de uma aeronave utilizando glideslope e localizer (Fig. A.7). Este sistema indica ao

piloto, por meio de sinais luminosos e tons de áudio, a passagem de um avião por

determinadas posições críticas de aproximação em relação à cabeceira da pista. Estas posições

são representadas por três marcadores:

Marcador Externo (ME): está localizado geralmente entre 4 e 7 NM (7.400 e 13.000

m) da cabeceira da pista. Ao ser sobrevoado, acende uma luz azul no display do cockpit e um

sinal auditivo de 400 Hz que, em código Morse, gera dois traços por segundo.

Marcador Médio (MM): indica o ponto de aproximação para arremetida em um

procedimento CAT I (altura de decisão de 60 m). Está localizado a aproximadamente 3.500

pés (1.000 m) da cabeceira da pista. Acende uma luz âmbar no display e um sinal auditivo de

1.300 Hz gera, em código Morse, um traço e um ponto a cada 3 segundos.

Marcador interno (MI): indica a cabeceira da pista. É usado para procedimentos CAT

II e III. Ao sobrevoá-lo, acende uma luz branca no display e um sinal auditivo de 3.000 Hz

gera, em código Morse, 6 pontos por segundo.

Apêndice B: Segmentos das Tecnologias G#SS 144

Apêndice B

Segmentos das Tecnologias G+SS

B.1 Introdução

As tecnologias GNSS são compostas por segmentos, estruturas responsáveis por

funções específicas que vão desde o envio do sinal de posicionamento GNSS até a

disponibilização deste ao usuário. Este apêndice descreve os três segmentos das tecnologias

GPS, GLONASS e Galileo.

B.2 GPS: Segmentos

A tecnologia GPS é um sistema bastante complexo constituído de três segmentos:

Segmento Espacial, Segmento de Controle e Segmento de Usuário, como mostra a Fig. B.1.

Fig. B.1 - Segmentos que constituem o GPS: Espacial, de Controle e de Usuário.

Apêndice B: Segmentos das Tecnologias G#SS

145

Segmento Espacial: é composto atualmente por 29 satélites22. Cada satélite é

identificado pelo número do PRN (Pseudo Random #oise - código pseudo-aleatório)23: 1 a

11, 13 a 18, 20, 21 e 23 a 31, sendo quatro reservas. O sistema pode comportar até 31 satélites

na constelação. O satélite GPS transmite continuamente um sinal que contém informações que

permitem determinar a posição do satélite, sua distância a um usuário e o erro do relógio do

satélite. Os satélites estão dispostos em órbitas quase circulares a aproximadamente 20.200

km e um período de meio dia sideral (≈ 11 h 58 min 2 s). Estão arranjados em seis órbitas

inclinadas de aproximadamente 55° em relação ao plano equatorial. Possibilita cobertura

global e navegação tridimensional em relação a um sistema de coordenadas denominado

“Earth Centered Earth Fixed” (ECEF), sistema ortogonal com origem no centro da Terra.

Segmento de Controle: monitorar e manter a saúde operacional dos satélites,

monitorar as órbitas dos satélites, manter o tempo GPS, atualizar as mensagens de navegação

dos satélites, comandar manobras dos satélites para mantê-los em órbita e realocar satélites.

Estas são algumas das funções do segmento de controle.

Este segmento é formado por uma Estação de Controle Mestre (Master Control Station

- MCS) localizada na Base da Força Aérea de Schriever (Colorado Springs - Colorado,

Estados Unidos), cinco Estações Monitoras (Monitor Station - MS): Ascension Island

(Oceano Atlântico), Diego Garcia (Oceano Índico), Kwajalein (Pacífico Oeste), Colorado

Springs e Havaí (Oceano Pacífico). As estações monitoras são analisadas remotamente pela

Estação Mestre que fornece as funções de comando e controle.

Segmento de Usuário: O Segmento de Usuário é constituído por receptores de uso

civil e militar que recebem os sinais da constelação GPS para calcular posição em três

dimensões, velocidade do usuário e tempo GPS (PVT).

Atualmente, cerca de 20 milhões de pessoas, entre civis e militares, utilizam o GPS em 22 Para obter a atualização do número total de satélites em órbita, consulte: <http://www.navcen.uscg.gov/ftp/GPS/status.txt>. 23 PRN é um código pseudo-aleatório que também é usado para identificar o satélite.


146

aplicações como transporte terrestre (monitoramento de veículos e cargas, rotas otimizadas,

sistemas de emergência), transporte marítimo (aproximação de embarcações em

ancoradouros, rotas marítimas), navegação aérea, minas e telecomunicações. No Japão, cerca

de 3,8 milhões de telefones celulares já são equipados com receptor GPS desde 2003 (Prasad

& Ruggieri, 2005).

Serviços de Posicionamento

Dois tipos de serviços de posicionamento estão disponíveis aos usuários GPS: SPS e

PPS.

SPS (Standard Positioning Service): a acurácia de posicionamento do Serviço de

Posicionamento Padrão é fornecida apenas pela medida do código C/A (Coarse Acquisition

ou Clear Acquisition) transmitido na freqüência L1 (1.575,42 MHz). Com a remoção do sinal

SA (Selective Availability), a acurácia é de 10 m na horizontal e 15 m (95% de

disponibilidade) na vertical (Rupprecht, 2002).

PPS (Precise Positioning Service): Serviço de Posicionamento Preciso

exclusivamente de uso militar sob responsabilidade do Departamento de Defesa dos Estados

Unidos. Apresenta uma acurácia da ordem de 10 vezes maior em relação ao SPS e fornece

medidas baseadas no código P (Precision) transmitido em L1 e L2 (1.227,60 MHz).

B.3 GLO+ASS: Segmentos

Segmento Espacial: o segmento espacial do GLONASS será composto por 24

satélites distribuídos igualmente em três planos orbitais. Os satélites operam em órbitas

circulares a 19.100 km com inclinação de 64,8o (CSIC, 2006 e ICAO, 2005). Cada satélite

completa sua órbita em aproximadamente 11 horas e 15 minutos. A configuração geométrica

entre os satélites permite cobertura global e contínua na superfície da Terra. O lançamento do


147

último satélite GLONASS ocorreu em 26 de dezembro de 2004 e entrou em operação em 6 de

outubro de 2005 (CSIC, 2006).

Segmento de Controle: o segmento de controle do GLONASS (Fig. B.2) executa

funções de monitoramento de satélites e de controle, correção de parâmetros orbitais e envio

de dados de navegação. É formado por um Sistema de Controle Central (System Control

Center - SCC), Estações de Telemetria, Rastreamento e Controle (Telemetry, Tracking and

Control - TT&C), além de estações de enlace de subida espalhadas pelo país.

Fig. B.2 - Segmento de Controle do GLONASS (Revnivykh, 2005).

B.4 Galileo: Segmentos

Segmento Espacial: o sistema Galileo será composto por uma constelação de 30

satélites, sendo 27 ativos e 3 reservas, em três planos orbitais igualmente distribuídos e

espaçados. Os satélites estarão dispostos em órbitas circulares a uma altitude de 23.616 km,

inclinação orbital de 56o e um período de 14 horas e 22 minutos (Comissão Européia, 2006).

Segmento de Controle: o segmento terrestre será composto por: Centro de Controle

Galileo (Galileo Control Center - GCC), Estações de Sensores Galileo (Galileo Sensors

Stations - GSS), Estações de Enlace de Subida (Ground Up-Link Station - GUS) e uma Rede


148

de Área Global (Global Area #etwork - GAN) para conectar todos os elementos do segmento

(Fig. B.3).

Fig. B.3 - Segmentos do sistema Galileo.

Apêndice C: Informações Adicionais dos Sistemas de Acréscimo G#SS 149

Apêndice C

Informações Adicionais dos Sistemas de Acréscimo G+SS

C.1 Introdução

Este apêndice traz informações adicionais dos sistemas de acréscimo ABAS e SBAS

da tecnologia GNSS.

C.2 ABAS: Técnicas de Monitoramento de Integridade

O objetivo do conceito ABAS é melhorar e/ou integrar informações obtidas do

segmento espacial do GNSS com informações de bordo. Estas informações são necessárias

para garantir que o desempenho do sistema será capaz de atender aos requisitos de

desempenho do Anexo 10 da ICAO (Tabela 5.1). O conceito ABAS requer o uso de uma das

seguintes técnicas para cumprir os requisitos operacionais da aviação:

Receptor de Monitoramento de Integridade (Receiver Autonomous Integrity

Monitoring - RAIM) que faz uso exclusivamente de informação GNSS; ou

Aviônico de Monitoramento de Integridade (Aircraft Autonomous Integrity Monitoring

- AAIM) que utiliza informação adicional de sensores embarcados como altímetro

barométrico e sistema inercial.

C.2.1 RAIM

Padrões de certificação de aviônicos exigem a função RAIM para detectar falha (Fault

Detection – FD) nos sinais dos satélites e alertar o piloto. A disponibilidade RAIM é

determinada pelo número de satélites visíveis, pelo ângulo de máscara do receptor, pela fase

Apêndice C: Informações Adicionais dos Sistemas de Acréscimo G#SS

150

de vôo e pelo algoritmo usado. Para isto, mais de cinco satélites devem estar visíveis.

Com a Detecção e Exclusão de Falha (Fault Detection and Exclusion - FDE), os

satélites que apresentam falhas são excluídos do cálculo. A FDE requer seis ou mais satélites

em vista.

C.2.2 AAIM

Utiliza informações de sensores adicionais de bordo para fornecer dados de integridade

GPS e redundância de posições estimadas de múltiplos sensores para fornecer desempenho de

integridade que seja no mínimo equivalente à função RAIM. Um exemplo é o uso de um

sistema inercial como um verificador de integridade dos dados GNSS quando a técnica RAIM

estiver indisponível mas a informação de posicionamento continua válida.

C.3 Conceito SBAS

Nesta seção serão apresentadas informações adicionais das configurações WAAS,

EGNOS e MSAS e outras configurações SBAS em desenvolvimento.

C.3.1 WAAS

Para determinados usuários, atender aos parâmetros de navegação (requisitos RNP) é

essencial, principalmente para o caso de aproximação de precisão e pouso de aeronaves. As

características técnicas dos parâmetros RNP para o WAAS são definidas pelo US DOD/DOT

(1999) na Tabela C.1.

Tabela C.1 - Parâmetros R+P para WAAS.

Parâmetros R+P em rota +PA PA CAT I Acurácia (95%) 100 m 7,6 m Disponibilidade 0,99999 0,999

PHMI 10-7 / hora 4 x 10-8 / aproxim. Integridade Tempo de Alarme 8 s 5,2 s

Satélites Geoestacionários

Dois satélites da Inmarsat estão sendo utilizados no serviço WAAS de acordo com a


151

Fig. C.1(a): POR-E (Pacific Ocean Region-East) e AOR-W (Atlantic Ocean Region-West).

Estes satélites foram realocados para fornecer maior cobertura sobre os Estados Unidos, como

mostra a Fig. C.1(b).

(a) (b) Fig. C.1 - Cobertura dos satélites geoestacionários: (a) Localização dos satélites Inmarsat antes de fevereiro

de 2006; e (b) Localização dos satélites após março de 200624.

O início da capacidade operacional dos serviços WAAS L1/L5 foi marcado pelo

lançamento, em 8 de setembro de 2005, do satélite geoestacionário Telesat Anik F1R da

República do Cazaquistão. No dia 13 do mesmo mês, o segundo satélite, PanAmSat Galaxy

15, foi lançado de Kourou, Guiana Francesa25 (Fig. C.2).

Fig. C.2 - Nova cobertura dos satélites GEO WAAS fornecidos pela Telesat e pela PanAmSat26.

De acordo com estimativas, a Telesat e a PanAmSat começarão transmitindo um sinal

operacional WAAS entre final de 2006 e início de 2007, respectivamente, para garantir

continuidade da transmissão WAAS. Estes novos satélites geoestacionários fornecerão maior

cobertura do que o par de satélites da Inmarsat. A futura cobertura a ser oferecida pelos

24 Disponível em: <http://gps.faa.gov/programs/index.htm>. Acesso: 19/02/2006. 25 Disponível em: <http://gps.faa.gov/programs/waasnews.htm>. Acesso: 12/01/2006. 26 Disponível em: <http://gps.faa.gov/Library/Data/waas/Dec2004_2.doc>. Acesso: 10/01/2006


152

satélites se estenderá por todo o país. Assim, se uma falha ocorrer em um dos satélites, o outro

será capaz de prover cobertura em país todo.

C.3.2 EG+OS


O segmento espacial consiste de três satélites geoestacionários que fornecem cobertura

sobre a Europa, o Mediterrâneo e a África, como mostra a Fig. C.3 (Solari, 2003). A próxima

geração de satélites Inmarsat-4 terá um payload de navegação que fornecerá simultaneamente

serviços de transmissão ao usuário nas freqüências L1 e L5 do GPS.

Fig. C.3 - Área de cobertura dos satélites geoestacionários.

C.3.3 MSAS


Dentro do programa MSAS, o JCAB decidiu desenvolver o satélite MTSat (Multi-

functional Transport Satellite). O MTSat é multifuncional por assumir funções como AMSS

(Aeronautical Mobile Satellite Service), meteorológica e GNSS.

A missão aeronáutica do MTSat contribuirá com cada elemento do sistema CNS. O

satélite MTSat fornecerá comunicação direta entre piloto e controlador por voz e dados


153

(enlace digital de comunicação controlador-piloto: CPDLC), informações de acréscimo GPS e

capacidade de vigilância ADS. O sistema MTSat não somente será capaz de suprir

comunicações ATS oceânicas dentro de FIRs no Japão mas também para a comunidade da

aviação civil na região Ásia / Pacífico (Kondo et al., 2001).

Com o objetivo de prover serviço de navegação por satélite com alta integridade e

confiabilidade, o MSAS será configurado para ter dois satélites geoestacionários para oferecer

redundância suficiente e manter o desempenho operacional dos serviços ATC mesmo na

ocorrência de falhas em um dos satélites. As informações de acréscimo geradas pelo MSAS

incluem correções de erro nos satélites GPS, correções no atraso ionosférico e informação de

integridade dos satélites GPS (KASC, 2005).

Após o sucesso no lançamento do satélite MTSat-1R em 26 de fevereiro de 2005,

testes com sinais MSAS já foram realizados para ajustar o desempenho do sistema e verificar

se a informação de acréscimo atende aos requisitos de navegação RNP. A Fig. C.4 (a)

apresenta o novo satélite MTSat-1R em substituição ao satélite perdido na primeira tentativa

de lançamento em 1999 e a Fig. C.4 (b) mostra a área de cobertura do satélite MTSat-1R.

(a) (b)

Fig. C.4 - (a) Imagem do satélite MTSAT-1R27; e(b) Área de serviço dos satélites MTSAT (ICAO, 2001).

Missões aeronáuticas de cada satélite MTSat são designadas para tempo de serviço de

10 anos e satélites MTSat adicionais serão lançados em intervalos regulares para substituir os

já existentes (ICAO, 2001).

27

Disponível em: <http://www.mlit.go.jp/koku/04_hoan/e/serv/satellite/00.html>. Acesso: 22/02/06.


154

C.3.4 C-WAAS

C-WAAS (Canadian Wide Area Augmentation System) é uma extensão do sistema

WAAS norte-americano. É baseado em uma rede de estações de referência posicionadas no

território canadense que se conectam com a estação mestre da FAA nos Estados Unidos. A

Fig. C.5 traz a localização da primeira estação de referência instalada no Canadá em junho de

2005.

Fig. C.5 - Primeira estação de referência WAAS instalada em Gander, New Foundland, Canadá28.

Outras instalações internacionais serão implementadas em Goose Bay, no Canadá e

também na Cidade do México, Merida e Puerto Vallarta, no México, aumentando a área de

operação do WAAS. Neste plano de cooperação, a integração das estações de referência dos

Estados Unidos e de seus países vizinhos, Canadá e México, proporcionará a realização de

testes e análises de segurança do sistema WAAS. Estas estações de referência serão instaladas

no México e no Canadá em 2006, com previsão para entrarem em operação em 2007.

C.3.5 S+AS

O sistema de posicionamento de acréscimo SNAS (Satellite #avigation Augmentation

System) ou Beidou em chinês está sendo desenvolvido para disponibilizar cobertura regional

abrangendo a China e alguns países vizinhos. Terá como missão realizar posicionamento e

navegação de resposta rápida e enviar mensagem de comunicação em dupla direção (Wei et

al., 2004). Poderá ser utilizado em aplicações terrestres, marítimas e na aviação civil.

28

Disponível em: <http://gps.faa.gov/Library/Data/waas/June_2005_Gander.doc>. Acesso: 19/02/2006.


155

Evolução do S+AS

Em 1980, após considerar vantagens e desvantagens do sistema GPS, um grupo de

especialistas da China propôs o programa SNAS, um sistema de posicionamento rápido por

satélites que, apesar de apresentar baixa acurácia, era uma solução de baixo custo.

Assim, dois satélites foram lançados. O primeiro, denominado Beidou #avigation Test

Satellite-1 (BNTS-1), posicionado em 140°E foi lançado em 31 de outubro de 2000. O

segundo, BNST-2, posicionado em 110°E, foi lançado em 21 de dezembro de 2000. Um

terceiro satélite foi lançado como reserva em 25 de maio de 2003 (Prasad & Ruggieri, 2005).

Os satélites seguem uma órbita circular com inclinação de 60° em relação ao plano do

Equador a uma altitude 36.000 km (Fig. C.6).

Fig. C.6 - Área de cobertura do satélite do sistema Beidou (Xu, Deng e Huang, 2004).

C.3.6 GAGA+

A Índia iniciou o processo de implantação do sistema CNS/ATM com o

desenvolvimento do sistema SBAS denominado GAGAN (GPS Aided GEO Augmented

#avigation). A Organização de Pesquisa Espacial da Índia (Indian Space Research

Organization – ISRO) e a Autoridade Aeroportuária da Índia (Airports Authority of India -

AAI) uniram forças para estabelecer os segmentos espacial e de controle para atender às

operações CAT I, de forma semelhante ao sistema norte-americano WAAS.

A Índia planeja utilizar o sistema SBAS inicialmente em 40 aeroportos que necessitam

de capacidade de pouso CAT I no futuro próximo (Mathur, 2006). O novo sistema GAGAN


156

estará operacional a partir de 2007 (Deccan Herald, 2006).

Configuração do sistema de acréscimo GAGAN

O sistema de acréscimo indiano é formado por:

8 Estações de Referência (Indian Reference Station - INRES);

1 Centro de Controle de Missão Indiano (Indian Mission Control Center - INMCC);

1 Estação de Enlace de Subida (Indian #avigation Land Uplink Station - INLUS); e

1 Payload geosíncrono a bordo do satélite GSAT-4.

A Fig. C.7 ilustra a configuração preliminar do GAGAN.

Fig. C.7 - Arquitetura preliminar do GAGAN (Deccan Herald, 2006).

Operação do GAGA+

O principal objetivo é preencher a área não coberta entre os sistemas EGNOS europeu

e MSAS japonês. A Índia está localizada no eixo de rotas que conectam a Europa e o sudeste

da Ásia, apresentando grande vantagem em termos de importância estratégica e de mercado.

Um componente essencial do projeto GAGAN é o estudo do comportamento

ionosférico sobre a região da Índia. De modo semelhante ao Brasil, especial atenção tem sido

dada ao comportamento incerto da camada da ionosfera nesta região. O maior acontecimento

do programa será marcado pelo lançamento do primeiro payload de navegação no satélite

GSAT-4, que deverá ser lançado em julho de 2007 (Somasekhar, 2005).

Apêndice D: Fundamentos da #avegação via Satélite 157

Apêndice D

Fundamentos da +avegação via Satélite

D.1 Cálculo da posição do Usuário

O princípio básico de funcionamento do GNSS consiste em determinar as coordenadas

de posição do usuário a partir do conhecimento das coordenadas de posição de três pontos

(denominados “fixos”) e da distância entre o usuário e cada um dos fixos. Os fixos são os

satélites. Cada satélite envia um sinal digital informando sua posição. Portanto, é preciso

decodificar a mensagem dos satélites para obter as coordenadas de posição de cada “fixo”

(satélite). O usuário mede a distância a cada fixo através do tempo de propagação do sinal

transmitido pelo satélite (o satélite envia na mensagem digital o instante de transmissão da

mensagem e o usuário possui um relógio sincronizado com o relógio do satélite). Este tempo

de propagação do sinal é conhecido como tempo de chegada (Time of Arrival-TOA) e é

definido como na eq. (D.1):

TOA = Instante de tempo de chegada – Instante de tempo de transmissão (D.1)

Para medir o tempo de propagação do sinal transmitido, deve-se saber exatamente

quando o sinal partiu do satélite. Para isso os relógios do receptor e do satélite devem estar

sincronizados de modo que estejam gerando o código exatamente ao mesmo tempo. Assim o

receptor consegue saber quanto tempo o sinal levou para chegar até o receptor.

O método empregado na determinação de posição de usuário em sistemas GNSS é o de

trilateração, no qual os tempos de chegada dos sinais transmitidos pelos satélites são

mensurados. O conceito de trilateração é usado em sistemas de navegação por satélites para

fixar a posição do usuário em três dimensões (Prasad & Ruggieri, 2005, p. 26).

Apêndice D: Fundamentos da #avegação via Satélite

158

Assumindo-se que 3 satélites estão em vista, obtém-se 3 equações e 3 incógnitas e as

coordenadas (xU, yU e zU) do usuário podem ser determinadas. Contudo, são necessárias

medidas de no mínimo quatro satélites para que se possa obter a posição do usuário (latitude,

longitude, altitude e correção do relógio do receptor, ∆tU).

De modo geral, sabendo-se a exata posição de um satélite (fixo) em relação a um

usuário U, pode-se dizer que o usuário U encontra-se em alguma posição na superfície de uma

esfera (Fig. D.1). Utilizando-se um segundo satélite, pode-se afirmar que U está em algum

ponto na circunferência que se forma pela intersecção entre estas duas esferas (Fig. D.1).

Utilizando-se um terceiro satélite, pode-se afirmar que U está em um dos dois pontos que se

formam pela intersecção das três esferas. Considerando que uma das posições determinadas é

um valor improvável, pode-se encontrar o valor da posição de U. O erro de relógio do

receptor (∆tU) pode ser encontrado utilizando-se a medida de um quarto satélite.

Fig. D.1 - Posição do usuário caso tridimensional (Oliveira, 2003b)

O cálculo da distância entre cada satélite e o usuário é dado pela eq. (D.2):

Utc ∆+−+−+−= .)z(z)y(y)x(xd 2Ui

2Ui

2UiUi, , para i = 1,2, ... , k. (D.2)


159

A Fig. D.2 ilustra o cálculo da posição do usuário com a utilização de quatro satélites

em vista.

Fig. D.2 - Idéia básica do cálculo da posição do usuário.

D.2 Fontes de Erro do G+SS

O sinal do GPS se propaga em um canal (atmosfera) não homogêneo, dispersivo e

variável com o tempo, fazendo com que a velocidade de propagação, além de ser diferente da

velocidade de propagação no espaço livre, seja também variável com o tempo.

O tempo de chegada (TOA) ou tempo de propagação do sinal transmitido é traduzido

em distância através do cálculo de pseudodistâncias. A pseudodistância é a distância

geométrica do receptor ao satélite incluindo erros dos relógios do satélite, do receptor e outros

atrasos como por exemplo, os provocados pela atmosfera e multicaminho.

Para se analisar o efeito de erros na exatidão de posicionamento, presume-se que os

erros das diversas fontes possam ser transferidos para as pseudodistâncias de cada satélite,

resultando em um erro equivalente em seus valores.

A acurácia do valor de pseudodistância é expresso pelo UERE (User-Equivalent Range

Error). Para um dado satélite, o UERE é considerado como sendo a soma (estatística) de cada

fonte de erro associada ao satélite, supostas independentes, com o UERE composto

apresentando distribuição gaussiana com média zero e variância dada pela soma das


160

variâncias individuais de cada componente. Supõe-se normalmente que o UERE seja

independente e identicamente distribuído entre os satélites (Zandonadi, 2005).

Em termos do equivalente temporal, a pseudodistância corresponde à diferença entre a

leitura de tempo do relógio do receptor quando o sinal foi recebido e a leitura do relógio do

satélite quando o sinal foi enviado. Estas relações são vistas na Fig. D.3.

Fig. D.3 - Relações de equivalências temporais de medidas de distâncias.

Onde:

∆ t = equivalente temporal da distância geométrica (verdadeira);

Ts = tempo do sistema quando o sinal deixou o satélite;

Tu = tempo (teórico) do sistema quando o sinal deveria ter chegado no receptor sem

erros;

T ’u = tempo do sistema quando o sinal de fato chegou no receptor com atraso δ tD;

tu = desvio do relógio do receptor;

Ts + δ t = leitura do relógio do satélite quando o sinal deixou o satélite;

T ’u + tu = leitura do relógio do receptor quando o sinal chegou ao receptor;

δ t = desvio sistemático (offset) do relógio do satélite; e

δ tD = desvio de tempo total inserido por diversas fontes de erro (atmosfera,

multicaminho, ruídos do receptor, truncamentos, hardware, desvios intencionais).

A pseudodistância ρ medida entre os satélites em vista e o receptor é dada por:

tc ∆⋅=ρ (D.3)

Onde c é o valor da velocidade da luz no espaço livre igual a 299794258 m/s e ∆t é o


161

intervalo de tempo que o sinal levou para chegar ao usuário levando em consideração os erros

do sistema. Esta distância é diferente da distância geométrica r (distância real) que não leva

em consideração os erros do sistema. Segue que:

)()()()(

)()'()]()'[(

DusuusDu

ususuu

tttcTTcttcTtTc

ttcTTctTtTc

δδδδ

δδρ

+−+−=−+−+=

−+−=+−+= (D.4)

Porém, de acordo com a Fig. D.3, a distância geométrica (r) pode ser dada por:

)( su TTcr −= (D.5)

Desta forma tem-se que:

( ) ( ) ( )DuDusu tttcrtttcTTc δδδδρ +−⋅+=+−⋅+−⋅= (D.6)

E ainda, o desvio de tempo total inserido por diversas fontes de erro δ tD equivale a:

ε+δ+δ+δ+δ+δ+δ=δ tropionruidompSAefemD ttttttt (B.7)

Onde:

efemtδ = atraso equivalente devido ao erro das efemérides transmitidas;

SAtδ = atraso produzido pela degradação intencional do serviço SPS, conhecida como

Disponibilidade Seletiva ou SA (Selective Availability);

mptδ = atraso introduzido devido ao efeito de multicaminho (Multipath);

ruidotδ = atraso devido ao ruído e erros de processamento do receptor;

iontδ = atraso do sinal ao passar pela ionosfera;

troptδ = atraso do sinal ao passar pela troposfera; e

ε = erros não considerados.

Assim, substituindo-se a eq. (D.7) na eq. (D.6) obtém-se:

( ) ( ) εδδδδδδδρ +++++++−⋅+= tropionruidompSAefemu ttttttcttcr (D.8)

Os erros que afetam os cálculos de distâncias podem ser agrupados nas seis seguintes

classes (Parkinson & Spilker Jr, 1996a):


162

Erro de Efemérides: Ocorre quando a mensagem enviada pelo GPS não transmite a

posição correta do satélite. As informações de posição do satélite são transmitidas através das

efemérides calculadas e parâmetros orbitais transmitidos para o cálculo da órbita dos satélites,

atualizados de duas em duas horas.

Erro do Relógio do Satélite: A maior fonte de erro do relógio do satélite era

proveniente do sinal SA (Selective Availability – Disponibilidade Seletiva) introduzido pelo

DoD com o objetivo de impedir que o GPS fosse utilizado por forças hostis. O sinal SA insere

um erro intencional nas mensagens de efemérides e na correção do relógio do satélite,

resultando em um erro adicional na determinação de pseudodistância. Porém, o DoD começou

a desativar este sinal no dia 1 de maio de 2000 e deverá ser totalmente desativado até 2006.

Atualmente, é possível obter melhor precisão nas medidas. Os satélites do sistema GPS

possuem 3 relógios atômicos para garantir a confiabilidade do sistema e são de grande

acurácia (Rubídio, 10-11 s a 10-12 s e Césio, 10-12 s a 10-13 s). Por exemplo, uma medida de

erro em torno de 10-8s equivale a aproximadamente 3,50 m (Parkinson & Spilker, 1996a).

Erro da Ionosfera: A região próxima ao equador geomagnético, localizada entre -20º

e +20º de latitude geomagnética, é caracterizada por uma anomalia no comportamento

ionosférico denominada Anomalia Equatorial Ionosférica (AEI), como ilustra a Fig. D.4 (a).

A AEI, caracterizada por picos de VTEC (Vertical Total Electron Content - Conteúdo

Eletrônico Total Vertical), é resultado da difusão dos elétrons ao longo de uma linha

magnética. Este fenômeno está relacionado com a atividade solar e um dos índices analisados

é o Kp (Índice planetário que representa a atividade geomagnética). A Fig. D.4 (b) mostra o

mesmo conteúdo eletrônico em formato 3D e os picos na figura indicam a presença da

anomalia equatorial (Oliveira et al., 2004). O trabalho de Oliveira (2003b) aborda a AEI.


163

(a) (b) Fig. D.4 - Mapa Global VTEC durante um período de tempestade solar: (a) Formato 2D; e (b) Formato 3D.

Erro da Troposfera: A velocidade de propagação do sinal GPS na camada da

troposfera é inferior a velocidade da onda eletromagnética no espaço livre. Variações em

temperatura, pressão e umidade podem contribuir para variações nesta velocidade. Estas

variações foram estudadas por Balvedi (2006) para avaliar a influência dos dutos

troposféricos, um comportamento anômalo que pode prejudicar operações de aproximação e

pouso em aeroportos localizados próximos ao litoral.

Erro de Multicaminho: Além do sinal de visada direta, um receptor GPS pode

receber sinais provenientes de reflexão e difração, sendo esses sinais denominados de

Multicaminho. Este sinal, além de apresentar um atraso adicional em relação ao de visada

direta, pode também sofrer um Doppler adicional se o objeto no qual foi refletido estiver em

movimento (Gonçalves & Walter, 2005). O trabalho de Castro (2006) mostra a utilização do

algoritmo adaptativo LMS (Least Mean Square) para minimização do erro de multicaminho.

Erro no Receptor: Diversos tipos de erro podem estar associados ao receptor, em

especial, pode-se citar o método usado para conversão analógico-digital, influenciado

principalmente pelos processos de quantização e amostragem adotados, desvios entre canais,

efeito de ruído térmico, além das condições de operação do usuário, como por exemplo, em

operações em alta dinâmica de vôo de uma aeronave.


164

Diluição de Precisão (DOP)

Além destes erros, existe também o erro associado à geometria satélites/receptor

conhecido como Diluição de Precisão (Dilution of Precision - DOP).

O fator DOP é dado por:

2

2

UERE

i

iDOPσ

σ≅ (D.9)

Onde i representa as direções dos eixos do sistema de coordenadas (x, y ou z); 2iσ é a

variância dos erros nas direções dos eixos e 2UEREσ é a variância do UERE (User Equivalent

Error - Erro equivalente na distância do usuário) associado aos satélites (Rosa et al., 2000 e

Rosa, 2006).

Definições e relações de DOPs são mostradas no trabalho de Zandonadi (2005) e

podem ser encontradas também em Kaplan (1996, p. 261), Parkinson & Spilker Jr. (1996a, p.

474) e em Strang & Borre (1997, p. 462-463).

O erro estimado para o desempenho de posicionamento horizontal do GPS é mostrado

na Tabela D.1. Observa-se que após a remoção da degradação SA, o atraso ionosférico tem

maior contribuição entre as fontes de erro.

Tabela D.1 - Modelo de erros padrão em GPS – Código C/A (Fonte: Prasad & Ruggieri, 2005, p. 55).

Erro com um sinal (m) Fonte de erro

com SA sem SA

Erro com dois sinais (m)

SA 24 0 0 Troposfera 0,2 0,2 0,2 Ionosfera 7,0 7,0 0,1 Relógio e dados de efemérides

2,3 2,3 2,3

Ruído do receptor 0,6 0,6 0,6 Multicaminho 1,5 1,5 1,5 UERE Total 25,0 7,5 2,8 HDOP (típico) 1,5 1,5 1,5 Acurácia horizontal 75,0 22,5 8,5

O uso de receptores de dupla freqüência proporcionará medidas de posicionamento

com maior acurácia comparadas com a utilização de receptores de uma freqüência.

Glossário 165

Glossário

As definições de termos técnicos e acrônimos fornecidas neste glossário devem ser

vistas como um auxílio ao entendimento geral deste trabalho pelo leitor e não expressa a

opinião de nenhum órgão como ANAC, DECEA ou ICAO.

AAIM Aircraft Autonomous Integrity Monitoring. Técnica que utiliza informação

adicional de sensores embarcados como altímetro barométrico e sistema inercial. ABAS Aircraft-Based Augmentation System. Sistemas e equipamentos a bordo de uma

aeronave capazes de fornecer acréscimos de navegação através de técnicas de monitoramento de integridade.

Acurácia

Acurácia de posição é a diferença entre a posição estimada e a posição verdadeira de uma aeronave.

ADF Automatic Direction Finder ou Localizador Automático de Direção. Sistema

aviônico utilizado para determinar a direção de uma estação, podendo ser um radiofarol não direcional (NDB) ou qualquer estação de radiodifusão em AM.

ADS-B Automatic Dependent Surveillance-Broadcast. Técnica de vigilância na qual uma

aeronave fornece automaticamente dados como posição 4-D, identificação, velocidade, altitude, tipo de manobra e intenção de vôo.

AEI Anomalia Equatorial Ionosférica. A região próxima ao equador geomagnético é

caracterizada por uma anomalia no comportamento ionosférico. Está relacionado com a atividade solar e provoca erros na medida GNSS.

ATM Gerenciamento de Tráfego Aéreo. Inclui serviços de tráfego aéreo, gerenciamento

de fluxo de tráfego e de espaço aéreo com o objetivo de capacitar pilotos a cumprirem o tempo de decolagem e pouso planejados em perfis de vôo adequados.

Benchmarking Processo contínuo de comparação de produtos, serviços e práticas empresariais entre

os mais fortes concorrentes. Neste trabalho, a realização de um benchmarking visa identificar principais tecnologias e procedimenos que farão parte do setor aeronáutico nos próximos anos dentro do cenário brasileiro.

CAT I Categoria I. Operação com altura de decisão de 60 m e visibilidade de 800 m. É o

tipo mais comum. CAT II Categoria II. Operação com altura de decisão de 30 m e visibilidade de 400 m. No

Brasil, apenas os aeroportos de Guarulhos e do Galeão operam em CAT II. CAT III Categoria III. Operação com altura de decisão zero e visibilidade que se divide em:

CAT III A: visibilidade mínima de 200 m. CAT III B: visibilidade mínima de 50 m. CAT III C: visibilidade zero.

C+S Comunicação, +avegação e Vigilância. Sistema que inclui as funções de

comunicação, navegação e vigilância necessárias no processo de se conduzir uma aeronave de forma segura e eficiente ao seu destino.

C+S/ATM Comunicação, +avegação, Vigilância/Gerenciamento de Tráfego Aéreo.

Glossário

166

Conceito criado pela ICAO em 1991 com o objetivo de estimular o desenvolvimento de tecnologias via satélite para uso em CNS e atender às necessidades de ATM, como eficiência, capacidade e segurança do sistema de transporte aéreo.

Continuidade Probabilidade de um sistema operar sem interrupção durante todo o curso da

operação planejada. DG+SS Differential Global +avigation Satellite System. Acréscimo do GNSS para

determinar erros de posição de uma ou mais estações com localizações conhecidas e, posteriormente, transmiti-los aos usuários para aumentar a acurácia de posição.

Disponibilidade

Porcentagem de tempo que os serviços de um sistema de navegação podem ser usados em uma área de cobertura específica.

DME Distance Measurement Equipment ou Equipamento Medidor de Distância.

Formado por equipamentos em solo e embarcado que fornecem informação de distância para operações em rota e área terminal.

DOP Dilution Of Precision ou Diluição de Precisão. Erro associado à geometria

satélites/receptor. FA+S Future Air +avigation System. Comitê nomeado pela ICAO para identificar

potenciais tecnologias para compor a navegação aérea futura. FIS-B Flight Information Services-Broadcast. Serviços de informação de vôo e

condições meteorológicas ao piloto. Free Flight Capacidade de operação de vôo segura e eficiente sob uso de IFR, nas quais

operadores têm liberdade de escolher rota e velocidade em tempo real. GBAS Ground-Based Augmentation System. Sistema instalado nas proximidades de

aeroportos para complementar o serviço de posicionamento do GNSS e fornecer melhores níveis de serviço nas fases de vôo de aproximação de precisão, operações de solo e decolagem dentro de uma área de cobertura.

Galileo Sistema de navegação global baseado na transmissão de sinais via satélite, em

desenvolvimento pela Comunidade Européia, tem previsão para entrar em operação a partir de 2010.

GLO+ASS Global +avigation Satellite System. Sistema de navegação global baseado na

transmissão de sinais via satélite, operado e mantido pela Federação Russa desde 1996.

G+SS Global +avigation Satellite System. Sistema de cobertura global para determinação

de posição e tempo que inclui uma ou mais constelações de satélites, aviônicos, sistemas de monitoramento de integridade e sistemas de acréscimo necessários para dar suporte na aviação. É composto pelo GPS, GLONASS e pelo futuro Galileo.

GPS Global Positioning System. Sistema de navegação global baseado na transmissão de

sinais via satélite, operado e mantido pelos Estados Unidos desde 1994. GRAS Ground-based Regional Augmentation System. Sistema de acréscimo GNSS de

ampla cobertura que utiliza estações de VHF em solo em sua configuração básica para apoio às operações em rota até NPA. Os primeiros ensaios deste sistema estão sendo realizados pela Austrália.

ILS Instrument Landing System. Sistema composto por transmissores em solo e

receptores a bordo de aeronaves que, em conjunto, fornecem guiagem para aproximação de precisão e pouso.

Integridade

Capacidade de um sistema fornecer avisos ao usuário quando o sistema não deve ser usado para uma operação de vôo.

Glossário

167

+DB +on-Directional Beacon. Estação de rádio que transmite sinais não direcionais a

partir dos quais o piloto de uma aeronave adequadamente equipada pode determinar a direção do sinal transmitido pela estação.

+PA +on-Precision Approach. Procedimento padrão de aproximação por instrumento

com guiagem lateral somente. Equipamentos como VOR, LORAN-C e NDB oferecem esta função.

PA Precision Approach. Procedimento padrão de aproximação por instrumento com

guiagem lateral e vertical. É fornecida pelo ILS. PPS Precise Positioning Service. Sinais de navegação GNSS reservados para uso militar.

PR+ Pseudo Random +oise ou Código pseudo-aleatório. Seqüência previsível de 1s e de -1s que pode ser reproduzida em um intervalo de tempo. O código PRN também é usado para identificar o satélite.

PS Pseudo-satélite. Transmissor situado em solo, ou próximo, projetado para enviar

sinais GNSS compatíveis com o propósito de melhorar acurácia, integridade, confiabilidade e disponibilidade do sistema.

Pseudo-

distância

Distância geométrica do receptor ao satélite incluindo erros dos relógios do satélite, do receptor e outros atrasos como, por exemplo, os provocados pela atmosfera e por multicaminho.

PSR Primary Surveillance Radar ou Radar de Vigilância Primário. Sistema terrestre

que utiliza sinais de rádio para determinar a posição de uma aeronave. RAIM Receiver Autonomous Integrity Monitoring. Técnica através da qual um receptor

GNSS determina a integridade dos sinais de navegação GNSS independente de sistemas externos.

R+AV aRea +AVigation ou +avegação de Área. Método de navegação que permite uma

aeronave operar em qualquer trajetória desejada, dentro da cobertura de auxílios de referência ou dos limites da capacidade dos sistemas autônomos de navegação.

R+P Required +avigation Performance. O conceito RNP especifica desvios laterais

com acurácia de desempenho de navegação necessária para operar dentro de um espaço aéreo definido em um nível apropriado de vôo.

RVSM Reduced Vertical Separation Minimum ou Separação Vertical Mínima

Reduzida. Redução da separação vertical mínima de 2.000 pés para 1.000 pés entre FL 290 e FL 410. No Brasil, a RVSM foi implementada em janeiro de 2005.

SATS Small Aircraft Transportation System. Conceito desenvolvido pela NASA em

conjunto com a FAA com o objetivo de desenvolver tecnologias que viabilizem a criação de um sistema de transporte aéreo mais ágil e com redução de custos.

SBAS Space-Based Augmentation System. Sistema de acréscimo GNSS de ampla

cobertura que utiliza satélites geoestacinários em sua configuração básica para apoio às operações em rota até NPA. Diversos sistemas estão em desenvolvimento, entre eles: WAAS (Estados Unidos), EGNOS (Comunidade Européia), MSAS (Japão), SNAS (China), C-WAAS (Canadá) e GAGAN (Índia).

Sistemas de

Acréscimo

Também conhecido como Sistemas de Aumentação, visam melhorar os requisitos de desempenho de navegação das tecnologias GNSS, uma vez que estas não podem ser usadas como meio primário de navegação aérea. Os sistemas atualmente existentes são: ABAS, GBAS, GRAS e SBAS.

SPS Standard Positioning Service. Sinais de navegação GNSS de uso civil.

Glossário

168

SSR Modo S Secondary Surveillance Radar Mode S ou Radar de Vigilância Secundário Modo S. Enquanto uma estação SSR tradicional interroga todas as aeronaves em sua região de alcance, uma estação SSR Modo S (Selective) estabelece interrogação seletiva e endereçada com uma aeronave dentro de sua cobertura, fornecendo melhor desempenho ao sistema de vigilância do espaço aéreo.

SVS Synthetic Vision System. Tecnologia de navegação que gera imagens 3D foto-

realísticas do ambiente externo sobre o qual a aeronave sobrevoa ou taxia através de informações coletadas pelos sensores da aeronave e de um banco de dados de mapeamento 3D da superfície terrestre.

SWOT Strengths, Weaknesses, Opportunities e Threats. Ferramenta de gestão muito

utilizada por empresas privadas e instituições como parte do planejamento estratégico de negócios para avaliar os pontos fortes, os pontos fracos, as oportunidades e os riscos de uma organização no mercado onde atua. Neste trabalho, a aplicação da análise SWOT será do ponto de vista de: vantagens, desvantagens, oportunidades e riscos que uma tecnologia ou sistema podem proporcionar no setor da aviação.

TCAS Traffic and Collision Avoidance System. Equipamento aviônico computadorizado

projetado para reduzir riscos de colisão aérea entre aeronaves. Monitora o espaço aéreo ao redor da aeronave, independente de ATC, e avisa o piloto da presença de outra aeronave que pode representar riscos de colisão.

TIS-B Traffic Information Services-Broadcast. Envio de informação de tráfego do centro

ATC não equipado com ADS-B ao piloto. UAV Unmanned Aerial Vehicle ou Veículo Aéreo +ão Tripulado. Denominado VANT

no Brasil, é definido como veículo aéreo que não carrega operador humano, pode voar independentemente ou ser pilotado remotamente. Diversos países estão investindo recursos para dominar esta tecnologia voltada a aplicações civis.

VLJ Very Light Jet. Aeronaves de pequeno porte e custo reduzido com objetivo de

utilizar tecnologias que viabilizem a criação de um sistema de transporte aéreo mais ágil e que permita maior liberdade de operação aos usuários como, por exemplo, viabilizando conceitos como Free Flight.

VOR Very High Frequency Omnidirectional Range. Sistema de navegação aérea que

transmite sinais de direção para aeronaves em rota entre duas estações VOR transmissoras.

FOLHA DE REGISTRO DO DOCUMENTO

1. CLASSIFICAÇÃO/TIPO

TM

2. DATA

06 de março de 2007

3. DOCUMENTO N°

CTA/ITA-IEE/TM-001/2007

4. N° DE PÁGINAS

168 5. TÍTULO E SUBTÍTULO:

Tecnologias de navegação aérea por GNSS e DGNSS para operação CNS/ATM: aplicações para o Brasil

6. AUTOR(ES):

Amália Massumi Chujo 7. INSTITUIÇÃO(ÕES)/ÓRGÃO(S) INTERNO(S)/DIVISÃO(ÕES): Instituto Tecnológico de Aeronáutica. Divisão de Engenharia Eletrônica e Computação – ITA/IEE

8. PALAVRAS-CHAVE SUGERIDAS PELO AUTOR:

1. CNS/ATM; 2. GNSS; 3. Sistemas de acréscimo; 4. ADS-B; 5. Futuras tecnologias 9.PALAVRAS-CHAVE RESULTANTES DE INDEXAÇÃO:

Controle de tráfego aéreo; Sistemas de navegação por satélites; Auxílios à navegação; Inovações tecnológicas; Telecomunicações; Engenharia eletrônica 10. APRESENTAÇÃO: X +acional Internacional

ITA, São José dos Campos, 2007, 168 páginas.

11. RESUMO:

A navegação aérea por meio de equipamentos convencionais como NDB, VOR, DME e ILS está saturada

na estrutura atual. Estes equipamentos apresentam desempenho de navegação limitado e custos de

aquisição e operação expressivos. Por outro lado, as tecnologias GNSS têm se destacado como um

caminho promissor para a implantação do sistema CNS/ATM e para novas aplicações na aviação.

Dentro de uma abordagem holística (integrada) foi estudado o desenvolvimento de um sistema de

navegação aérea por GNSS (GPS, GLONASS e Galileo) e de sistemas de acréscimo (ABAS, GBAS,

SBAS e GRAS). Avaliaram-se como os diversos participantes do setor aéreo (stakeholders) interagem

neste ambiente dinâmico para: 1) solucionar os desafios enfrentados pelo sistema de transporte aéreo

(garantir segurança e aumentar capacidade) e 2) conseguir oferecer um sistema de navegação confiável

com boa relação custo-benefício.

Diversos países têm investido em pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias em GNSS (Galileo,

modernização do GPS, GAGAN, MSAS) e em tecnologias inovadoras dependentes do GNSS (ADS-B,

SVS, UAV). Um benchmarking destas tecnologias foi feito para identificar quais destas poderiam ser

desenvolvidas e implantadas no Brasil em parcerias entre instituições de pesquisa, empresas e órgãos

governamentais.

Por fim, é apresentada uma proposta para o sistema de navegação aérea nacional com base nos conceitos

GBAS e GRAS aliados à tecnologia ADS-B. Foi incluída também uma análise do sistema proposto em

termos de vantagens, desvantagens, oportunidades e riscos (análise SWOT).

12. GRAU DE SIGILO:

(X ) OSTE+SIVO ( ) RESERVADO ( ) CO+FIDE+CIAL ( ) SECRETO

cns/atm - tecnologias navegação aérea gnss brasil

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