Fly by data link: feasibility of a relative navigation solution for aviation relying on a future L-band data link

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pereira, Jorge Afonso
Data de Publicação: 2015
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.21/6006
Resumo: Trabalho final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações
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spelling Fly by data link: feasibility of a relative navigation solution for aviation relying on a future L-band data linkTráfego aéreoNavegação aeronáuticaEspectro na banda LNavegação por satéliteComunicações Data linkNavegação relativaFiltro KalmanDistânciaAir trafficAeronautical navigationL-Band spectrumSatellite navigationAir-Ground data linkRelative navigationKalman filterGlobal navigation satellite system (GNSS)Distance measuring equipment (DME)RangingTime difference of arrivalSatellite outagesOFDM technologyTrabalho final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e TelecomunicaçõesO presente trabalho estuda uma solução alternativa de navegação aeronáutica que contribua para a racionalização da infrastrutura terrestre de ajudas-rádio de navegação na Europa. O conceito designado de “Performance Based Navigation (PBN)” emerge actualmente ao nível da Organização Internacional de Aviação Civil, visando o aperfeiçoamento do sistema de gestão do tráfego aéreo ao nível da eficiência, segurançae capacidade. O conceito PBN promove a modernização da infrastrutura aeronáutica com base na utilização preferencial de sistemas de navegação por satélite, designadamente mediante o recurso a sinais disponibilizados pelas constelações “Global Navigation Satellite System (GNSS)”. Face às vulnerabilidades dos sistemas GNSS a interferências RF, “jamming” deliberado ou fenómenos solares, foi decidido manter uma infrastrutura de recurso/”backup”, para mitigar falhas GNSS, baseada numa redede rádio-ajudas terrestres “Distance Measuring Equipment (DME)”. Visto que estes DMEs não facultam uma boa cobertura, especialmente a baixa altitude, e tratando-se de equipamentos próximos da obsolescência tecnológica e pouco eficientes em termos de espectro rádioeléctrico, a sua racionalização requer uma tecnologia alternativa. O presente trabalho explora o recurso a novas tecnologias aeronáuticas de comunicações dados ar-solo, designadamente o futuro “data link” OFDM/TDMA de banda L (LDACS), verificando a sua adequação para suportarem as funções de navegação descritas substituindo os DMEs. Pretende-se confirmar a viabilidade com base no conceito de Navegação Relativa (RELNAV) usado em contexto militar recorrendo a filtros Kalman. As características da tecnologia LDACS são descritas e são apresentados resultados de testes do seu desempenho em termos de medição de distâncias (“ranging”). Com base nas capacidades RELNAV militares são propostos melhoramentos baseadosem filtros Kalman, simulando para demonstrar que o LDACS pode ser usado para funçãode navegação. Demonstrada a viabilidade, fica em aberto a oportunidade para sinergias que poderão viabilizar a racionalização da infrastrutura terrestre de navegação e aviónicos.Abstract: The main purpose of this work is to study an alternative solution for aeronautical aircraft navigation contributing to the rationalization of the existing European ground navigation infrastructure. The emerging Performance Based Navigation (PBN) concept, described in the document 9613 of the International Civil Aviation Organization (ICAO), calls for increased reliance on Global Navigation Satellite Systems (GNSS) (and its augmentation/differential correction systems1) but retaining ground beacons such as the Distance Measuring Equipments (DME) to cope with Global Positioning System (GPS) and GALILEO outages (e.g. jamming/solar storms). The present work will focus on demonstrating the feasibility of an alternative technology to allow the decommissioning of such DME beacons based on the re-use offuture L-Band Air Ground Data Link (LDACS) communication solutions being subject of research studies. Such data links may support the required levels of positioning, navigation and timing required to complement GNSS when the aircraft fly in an area navigation environment. This work will describe the LDACS data link technologies2 and will explain how such communications enablers would be able to support a “relative navigation” function similar to the one available in military data link technologies usinga geodetic grid. The feasibility of the proposed solution will be demonstrated on the basis of lessons learnt from military relative navigation and simulations which will evidence the technical performance/error parameters of the system in terms of ranging, bearing and horizontal positioning and other relevant QoS aspects. In addition, the multipath and co-site interference effects will be also discussed. Should the proposed solution be demonstrated as viable, it may open the door, not only for synergies leading to a more seamless aircraft equipage but also to the rationalization of aeronautical systems in the spectrum band 960-1215 MHz, which is highly congested and subject of stringent non-interference basis operational limitations.Instituto Superior de Engenharia de LisboaVieira, Pedro Manuel de Almeida CarvalhoRCIPLPereira, Jorge Afonso2016-04-16T10:22:12Z2015-122015-12-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.21/6006TID:201701243engPEREIRA, Jorge Afonso - Fly by data link: feasibility of a relative navigation solution for aviation relying on a future L-band data link. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2015. 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