TRABAJO FIN DE GRADO Ingeniera Aeroespacial ESTUDIO Y

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

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

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

Introducción ü Menor implantación en Europa. ü Hasta 730 aeropuertos en 2020. ü ESPAÑA: Aeropuertos de Santander y Málaga. 4

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

Índice 1. SISTEMAS GNSS 2. SBAS 3. PBN 4. SESAR 5. LPV-200 6. REQUERIMIENTOS 7. VALIDACIÓN DE PROCEDIMIENTOS 8. FORMATO, OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS 9. RESULTADOS 10. CONCLUSIONES 6

Índice 1. SISTEMAS GNSS 2. SBAS 3. PBN 4. SESAR 5. LPV-200 6. REQUERIMIENTOS 7. VALIDACIÓN DE PROCEDIMIENTOS 8. FORMATO, OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS 9. RESULTADOS 10. CONCLUSIONES 7

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

Sistemas GNSS GLONASS GALILEO QZSS GPS Bei. Dou IRNSS o NAVIC 9

Sistemas GNSS Sistemas de Aumentación GBAS SBAS ABAS Diferencial de fase Diferencial de código Absoluto RAIM FDE 10

Índice 1. SISTEMAS GNSS 2. SBAS 3. PBN 4. SESAR 5. LPV-200 6. REQUERIMIENTOS 7. VALIDACIÓN DE PROCEDIMIENTOS 8. FORMATO, OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS 9. RESULTADOS 10. CONCLUSIONES 11

SBAS Actuales SDCM WAAS EGNOS SNAS MSAS GAGAN 12

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

Índice 1. SISTEMAS GNSS 2. SBAS 3. PBN 4. SESAR 5. LPV-200 6. REQUERIMIENTOS 7. VALIDACIÓN DE PROCEDIMIENTOS 8. FORMATO, OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS 9. RESULTADOS 10. CONCLUSIONES 14

PBN 15

Índice 1. SISTEMAS GNSS 2. SBAS 3. PBN 4. SESAR 5. LPV-200 6. REQUERIMIENTOS 7. VALIDACIÓN DE PROCEDIMIENTOS 8. FORMATO, OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS 9. RESULTADOS 10. CONCLUSIONES 16

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

Índice 1. SISTEMAS GNSS 2. SBAS 3. PBN 4. SESAR 5. LPV-200 6. REQUERIMIENTOS 7. VALIDACIÓN DE PROCEDIMIENTOS 8. FORMATO, OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS 9. RESULTADOS 10. CONCLUSIONES 18

LPV-200 Servicio de EGNOS que permite aproximaciones 3 D instrumentales equivalentes a ILS CAT I, cuya altura de decisión es 200 ft. Ventajas: ü Reducción de riesgos asociados con el aterrizaje en condiciones de mal tiempo. ü Mejor accesibilidad a los aeropuertos. ü Reducción de retrasos, desvíos y cancelaciones. ü Mantenimiento de los niveles de seguridad. ü Mayor robustez frente a perturbaciones ionosféricas (aumento de cobertura). ü Futura mejora del sistema para conseguir la cobertura completa de EU-28. ü Mayor eficiencia de las operaciones, reduciendo el consumo de combustible, emisiones de CO 2 y disminución del impacto medioambiental. 19

LPV-200 Beneficios de la utilización de EGNOS LPV-200: ü Provee de guiado lateral y vertical sin contacto visual del suelo hasta una altura de 200 ft. ü Habilita RNP APCH con los mínimos de LPV hasta los 200 ft. y proporciona ayuda en los procedimientos de aproximación 3 D de tipo A y B de CAT I. Requisitos: ü 10 m en operación condiciones de sistema ü Habilita las aproximaciones nominal, de precisión donde es posible establecidas a 10 -7 aún / por no aproximación. ü 15 m para operación condiciones de sistema realizarlas. degradado a 10 -5/por aproximación. ü Presenta mínimos en DH menores para APV-Baro. ü Presenta menor impacto operacional manteniendo los niveles de seguridad. 20

LPV-200 Problemas resueltos por LPV-200 ü Seguridad en los horarios en vuelos chárter o programados debido a la ausencia de ayudas tradicionales de aproximación en tierra en destinos remotos. ü Menor coste de nueva infraestructura. ü Ahorro de combustible en NPA. ü Menos “puntos débiles” que ILS. ü Reducción del mantenimiento del aeropuerto al eliminar las instalaciones ILS. ü Sustitución ILS CAT I. ü Menor dependencia de radioayudas terrestres. ü Seguridad mejorada debido al guiado vertical. ü Menos errores en la captura de la senda de planeo. ü Sin limitaciones por frío. 21

LPV-200 Funcionamiento conjunto con SBAS, un sistema de aumentación por satélite, incrementando precisión, integridad, continuidad y disponibilidad. Los satélites geoestacionarios proporcionan datos corregidos. Emplea el servicio So. L gratuito y abierto. Satélites operativos: PRN 136 y PRN 120 22

LPV-200 Implementación Estados Unidos Europa Implementación total (2009 -2013) Implementación en desarrollo WAAS EGNOS Interoperabilidad con EGNOS Gran parte de aeropuertos con LPV-200 para 2016 23

LPV-200 Implementación en España ü Desarrollo lento. ü Proceso completado entre 2016 y 2020. ü ¨Un único aeropuerto habilitado Santander ü Albacete Sin fecha establecida ü Aerolíneas: Air Nostrum, Inaer, HOP!, Air Baltic, Qatar Airways, Ethiopian Airways, Airbus Transport International, Etihad Airways. ü Compañías operativas en helipuertos: Osakidetza, Helicsa e Inaer.

Índice 1. SISTEMAS GNSS 2. SBAS 3. PBN 4. SESAR 5. LPV-200 6. REQUERIMIENTOS 7. VALIDACIÓN DE PROCEDIMIENTOS 8. FORMATO, OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS 9. RESULTADOS 10. CONCLUSIONES 25

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

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

Índice 1. SISTEMAS GNSS 2. SBAS 3. PBN 4. SESAR 5. LPV-200 6. REQUERIMIENTOS 7. VALIDACIÓN DE PROCEDIMIENTOS 8. FORMATO, OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS 9. RESULTADOS 10. CONCLUSIONES 28

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

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

Validación de procedimientos Por debajo de los límites establecidos. Precisión: CUMPLE percentil 95 de los errores de navegación tanto horizontal como vertical. nov-15 dic-15 ene-16 feb-16 mar-16 abr-16 HNSE (m) 1. 1 1. 2 1. 1 VNSE (m) 2. 1 2 2. 4 2. 5 31

Validación de procedimientos Por debajo de 1 CUMPLE Integridad: análisis de los índices de seguridad horizontal y vertical, siempre inferior a uno. nov-15 dic-15 ene-16 feb-16 mar-16 abr-16 HSI (m) 0. 36 0. 31 0. 25 0. 39 0. 46 VSI (m) 0. 31 0. 36 0. 32 0. 35 0. 33 0. 4 32

Validación de procedimientos Continuidad: cociente entre el número de eventos de continuidad en un tiempo de 15 s (fallos de continuidad y muestras totales). Continuidad (1/15 s) Por encima de 1 -8· 10 -6 NO CUMPLE nov-15 dic-15 ene-16 feb-16 mar-16 abr-16 <0. 0001 33

Validación de procedimientos Disponibilidad: como porcentaje de tiempo en el que la Respecto al total: CUMPLE o señal en el espacio (SIS: Signal in Space) está disponible, Respecto a la señal: CUMPLE respecto del tiempo total nov-15 dic-15 ene-16 feb-16 mar-16 abr-16 PRN 120 y 136 99. 77% 99. 94% 99. 88% 99. 75% 99. 90% PRN 120 o 136 100% 100% PRN 120 99. 77% 99. 96% 99. 94% 99. 81% 99. 99% 99. 93% PRN 136 99. 99% 99. 98% 99. 96% 99. 94% 99. 96% 99. 97% HPL < 40 m y VPL 10 -35 m nov-15 dic-15 ene-16 feb-16 mar-16 abr-16 >99. 9% 34

Índice 1. SISTEMAS GNSS 2. SBAS 3. PBN 4. SESAR 5. LPV-200 6. REQUERIMIENTOS 7. VALIDACIÓN DE PROCEDIMIENTOS 8. FORMATO, OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS 9. RESULTADOS 10. CONCLUSIONES 35

Formato, obtención y manipulación de datos RTCM EDAS de EGNOS NTRIP Observación RINEX Mensaje de navegación RTCA NMEA 36

Índice 1. SISTEMAS GNSS 2. SBAS 3. PBN 4. SESAR 5. LPV-200 6. REQUERIMIENTOS 7. VALIDACIÓN DE PROCEDIMIENTOS 8. FORMATO, OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS 9. RESULTADOS 10. CONCLUSIONES 37

Resultados PRECISIÓN 1 de Mayo 2 de Mayo 38

Resultados PRECISIÓN 4 de Mayo 5 de Mayo En todos los casos: HNSE < 16 m VNSE < 4 -6 m CUMPLE 39

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

Resultados INTEGRIDAD 1 de Mayo: Vertical 41

Resultados INTEGRIDAD 2 de Mayo: Horizontal 42

Resultados INTEGRIDAD 2 de Mayo: Vertical 43

Resultados INTEGRIDAD 3 de Mayo: Horizontal 44

Resultados INTEGRIDAD 3 de Mayo: Vertical 45

Resultados INTEGRIDAD 4 de Mayo: Horizontal 46

Resultados INTEGRIDAD 4 de Mayo: Vertical 47

Resultados INTEGRIDAD 5 de Mayo: Horizontal 48

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

Resultados CONTINUIDAD 1 de Mayo 2 de Mayo 50

Resultados CONTINUIDAD 3 de Mayo 4 de Mayo 51

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

Resultados DISPONIBILIDAD 1 de Mayo 2 de Mayo 53

Resultados DISPONIBILIDAD 3 de Mayo 4 de Mayo 54

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

Índice 1. SISTEMAS GNSS 2. SBAS 3. PBN 4. SESAR 5. LPV-200 6. REQUERIMIENTOS 7. VALIDACIÓN DE PROCEDIMIENTOS 8. FORMATO, OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS 9. RESULTADOS 10. CONCLUSIONES 56

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

GRACIAS POR SU ATENCIÓN 58