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FLIGHT CORNER
RUBRICA DI CULTURA TECNICA AERONAUTICA
a cura di Leonardo Ricci
L’evoluzione della navigazione satellitare nell’aviazione: sistemi di correzione ed affidabilità operativa
La navigazione satellitare ha trasformato profondamente l’aviazione, fornendo un livello di precisione e affidabilità mai raggiunto prima nella determinazione della posizione degli aeromobili. Tuttavia, i sistemi globali di navigazione satellitare (GNSS), come il GPS (Global Positioning System) e il GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System), presentano alcune limitazioni che possono compromettere la sicurezza e l’efficienza delle operazioni di volo.
Tra i principali fattori che influenzano le prestazioni dei GNSS troviamo le interferenze elettromagnetiche, gli errori ionosferici e le interruzioni temporanee del segnale. Queste problematiche possono ridurre la disponibilità e l'affidabilità della navigazione satellitare, rendendo necessaria l’implementazione di sistemi di correzione avanzati per garantire il rispetto dei rigorosi standard aeronautici in termini di accuratezza, integrità, continuità e disponibilità.
Per ovviare a queste criticità, sono stati sviluppati diversi sistemi di supporto e miglioramento del segnale GNSS, in grado di aumentare la precisione della navigazione, ridurre il margine di errore e migliorare l'affidabilità operativa, anche in condizioni critiche. Vediamo nel dettaglio le principali soluzioni adottate nell'aviazione moderna.
Ground-Based Augmentation System (GBAS): il futuro dell’atterraggio di precisione
Il GBAS (Ground-Based Augmentation System) rappresenta un'evoluzione dei tradizionali sistemi di navigazione strumentale, fornendo correzioni del segnale GNSS direttamente dagli aeroporti tramite stazioni di terra.
Un'implementazione avanzata del GBAS è il GLS (GBAS Landing System), che trasmette correzioni in tempo reale tramite radiofrequenze VHF per guidare gli aeromobili con elevata precisione verticale e laterale.
Perché il GLS è così innovativo?
- Supporta avvicinamenti di precisione di Categoria I, II e III, migliorando la flessibilità operativa degli aeroporti.
- Riduce la dipendenza dai sistemi ILS, che richiedono infrastrutture fisiche più complesse.
- Funziona indipendentemente dalle condizioni meteo avverse e dalla presenza di ostacoli fisici, migliorando la sicurezza degli atterraggi.
Nota: in Europa, diversi aeroporti hanno già implementato il GLS, tra cui Francoforte, uno dei primi a sperimentare questa tecnologia.
Satellite-Based Augmentation System (SBAS): la rete globale di supporto satellitare
Il SBAS (Satellite-Based Augmentation System) è un sistema di correzione che migliora la precisione dei segnali GNSS attraverso una rete di stazioni di riferimento a terra e satelliti geostazionari. Un esempio di SBAS in Europa è EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service).
Come funziona il sistema SBAS?
- Monitoraggio continuo: le stazioni di riferimento a terra analizzano costantemente i segnali GNSS, rilevando errori ionosferici e anomalie nei satelliti.
- Calcolo delle correzioni: i centri di elaborazione generano dati correttivi basati sulle informazioni raccolte.
- Trasmissione via satellite: i satelliti geostazionari inviano i dati correttivi agli aeromobili, migliorando la precisione del GNSS.
- Integrazione con i sistemi di bordo: gli strumenti avionici processano le correzioni, aumentando l’affidabilità della navigazione.
Vantaggi del sistema SBAS per l’aviazione
- Maggiore precisione: riduzione degli errori di posizionamento fino a pochi metri.
- Maggiore integrità: monitoraggio costante della qualità del segnale GNSS.
- Accesso agli avvicinamenti LPV (Localizer Performance with Vertical guidance): consente di effettuare atterraggi di precisione comparabili a quelli con ILS (Instrument Landing System) di Categoria I, anche in aeroporti privi di infrastrutture di atterraggio avanzate.
L’implementazione degli avvicinamenti LPV amplia il numero di aeroporti in cui gli aerei possono operare in sicurezza, migliorando accessibilità e flessibilità operativa.
Airbone-Based Augmentation System (ABAS): il supporto dei sistemi avionici di bordo
L’Airborne-Based Augmentation System (ABAS) è il terzo sistema di incremento e controllo dell’integrità del segnale GNSS, completando la triade insieme a GBAS e SBAS.
A differenza degli altri due, l’ABAS opera interamente a bordo dell’aeromobile, sfruttando esclusivamente risorse di bordo per monitorare la qualità del segnale satellitare e rilevare eventuali anomalie, senza il supporto di infrastrutture esterne.
Il principio di funzionamento si basa sull’impiego di elementi ridondanti all’interno della costellazione GNSS, oppure sulla combinazione delle misurazioni satellitari con dati provenienti da altri sensori di bordo, come sistemi inerziali o radioassistenze, così da effettuare un controllo incrociato e garantire l’affidabilità delle informazioni di navigazione.
Si distinguono due modalità operative principali:
Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM)
• Utilizza esclusivamente le informazioni fornite dal GNSS.
• Verifica la coerenza delle misurazioni di distanza rispetto a più satelliti, basandosi sulla ridondanza e sulla geometria della costellazione visibile.
• Garantisce l’integrità del segnale, pur senza migliorarne la precisione.
• Per il funzionamento sono necessari almeno cinque satelliti; un sesto consente di individuare ed escludere dalla soluzione di navigazione un satellite difettoso.
Aircraft Autonomous Integrity Monitoring (AAIM)
• Combina il segnale GNSS con dati provenienti da sensori di bordo aggiuntivi, aumentando sia la capacità di rilevare errori sia l’accuratezza della posizione calcolata.
• Le configurazioni operative più comuni includono:
• GPS/IRS: il GPS corregge le derive a lungo termine dell’Inertial Reference System, mentre l’IRS rileva eventuali errori del GPS.
• GPS/Radioassistenze (VOR/DME, DME/DME): il GPS incrementa la precisione dei sensori radionavigazionali, che a loro volta sono in grado di individuare anomalie del GPS.
• Altimetro barometrico: fornisce dati di quota utilizzabili per procedure di avvicinamento con guida verticale (APV I).
Grazie a questa architettura, l’ABAS consente di mantenere un costante controllo sull’integrità del segnale GNSS anche in assenza di sistemi di augmentation esterni, offrendo un importante livello di sicurezza aggiuntiva in tutte le fasi del volo, incluse quelle più critiche.
Tecnologia e competenza umana: un binomio insostituibile
L’adozione di sistemi avanzati come ABAS, SBAS e GBAS ha migliorato radicalmente la precisione della navigazione e la sicurezza operativa. Tuttavia, nessuna tecnologia può sostituire il ruolo fondamentale del pilota.
Il Pilota resta il principale attore nelle decisioni operative, integrando le informazioni provenienti dagli strumenti di bordo con la propria esperienza e la valutazione delle condizioni ambientali. La capacità di interpretare correttamente i dati e rispondere prontamente a situazioni impreviste è essenziale per garantire la sicurezza del volo.
L’evoluzione tecnologica, dunque, non mira a sostituire il pilota, ma a fornirgli strumenti sempre più affidabili per operare in scenari complessi. In questo contesto, sistemi come EGNOS e gli avvicinamenti LPV rappresentano un significativo passo avanti per l’aviazione europea, rendendo le operazioni più sicure ed efficienti, senza la necessità di costose infrastrutture di terra.
Grazie a queste innovazioni, il futuro della navigazione aerea sarà caratterizzato da una maggiore precisione, sicurezza e accessibilità, con un equilibrio perfetto tra tecnologia e competenza umana.
