VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION ÚSTAV AUTOMATIZACE A MĚŘICÍ TECHNIKY DEPARTMENT OF CONTROL AND INSTRUMENTATION TESTOVÁNÍ PROPOJENÍ KOMPONENT SYSTÉMU GBAS GBAS INTERCONNECTION AND TESTING DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR Bc. Zbyszek Polok VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR doc. Ing. Petr Fiedler, Ph.D. BRNO 2016

Diplomová práce magisterský navazující studijní obor Kybernetika, automatizace a měření Ústav automatizace a měřicí techniky Student: Bc. Zbyszek Polok ID: 125600 Ročník: 2 Akademický rok: 2015/16 NÁZEV TÉMATU: Testování propojení komponent systému GBAS POKYNY PRO VYPRACOVÁNÍ: Cílem práce je návrh propojení prototypu pozemní stanice systému GBAS (Ground Based Augmentation System) s prototypem GBAS přijímače za účelem testování tohoto vybavení. 1. Seznamte se s problematikou GBAS systémů a komponentami tohoto systému. 2. Seznamte se a popište vám dostupné komponenty a laboratorní prostředky. 3. Navrhněte a popište testovací archirtekturu či možné architektury. 4. Navrhněte a popište metodiku testování komponent GBAS systému. DOPORUČENÁ LITERATURA: [1] Firemní dokumentace Honeywell [2] Dokumenty a standardy FAA Termín zadání: 8.2.2016 Termín odevzdání: 16.5.2016 Vedoucí práce: Konzultant diplomové práce: doc. Ing. Petr Fiedler, Ph.D. doc. Ing. Václav Jirsík, CSc., předseda oborové rady UPOZORNĚNÍ: Autor diplomové práce nesmí při vytváření diplomové práce porušit autorská práva třetích osob, zejména nesmí zasahovat nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a musí si být plně vědom následků porušení ustanovení 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení části druhé, hlavy VI. díl 4 Trestního zákoníku č.40/2009 Sb. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, Vysoké učení technické v Brně / Technická 3058/10 / 616 00 / Brno

ABSTRAKT Tato práce se zabývá problematikou globálního družicového polohového systému, možných zdrojů chyb, jejích eliminace. Dále je rozepsaná základní charakteristika systémů: SBAS a GBAS. Cílem této práce je navrhnou testovací propojení systemu GBAS. KLÍČOVÁ SLOVA GNSS, GBAS, SBAS, navigace, testování zapojení, VHF, sériový port ABSTRACT This thesis deals with the problem of GNSS. The document will attempt to illustrate some possible sources of error and their corrections. The main characteristics of SBAS and GBAS are described. The aim of this work is to design GBAS interconnection. KEYWORDS GNSS, GBAS, SBAS, navigation, interconnection and testing, VHF, serial port POLOK, Zbyszek Testování propojení komponent systému GBAS: diplomová práce. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, Ústav automatizace a měřicí techniky, 2016. 27 s. Vedoucí práce byl doc. Ing. Petr Fiedler, Ph.D.

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že svou diplomovou práci na téma Testování propojení komponent systému GBAS jsem vypracoval samostatně pod vedením vedoucího diplomové práce a s použitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jsou všechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury na konci práce. Jako autor uvedené diplomové práce dále prohlašuji, že v souvislosti s vytvořením této diplomové práce jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a/nebo majetkových a jsem si plně vědom následků porušení ustanovení S 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon), ve znění pozdějších předpisů, včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení části druhé, hlavy VI. díl 4 Trestního zákoníku č. 40/2009 Sb. Brno................................................. podpis autora

PODĚKOVÁNÍ Rád bych poděkoval vedoucímu diplomové práce panu doc. Ing. Petru Fiedlerovi, Ph.D. za účinnou metodickou, pedagogickou a odbornou pomoc a další cenné rady při zpracování mé diplomové práce. Brno................................................. podpis autora

OBSAH Úvod 8 1 Satelitní navigace 9 2 Globální polohový systém 10 2.1 Signál................................... 11 2.2 Měření a zdroje chyb........................... 12 2.3 Diferenční GPS.............................. 13 3 Rozšiřující systémy GNSS 15 3.1 Satellite Based Augmentation System.................. 15 3.2 Ground Based Augmentation System.................. 16 3.2.1 Pozemní stanice GBAS firmy Honeywell............ 17 3.2.2 Vývoj GBAS........................... 17 3.2.3 Návrh propojení prototypu pozemní stanice a letadlové části systému GBAS.......................... 19 4 Propojení testovací architektury 20 4.1 Simulace referenčních GPS přijímačů.................. 20 4.1.1 Vstupní data a parsování hodnot................ 20 4.1.2 Generování RSMU zpráv..................... 21 4.1.3 Propojení mezi PC a GBAS stanici............... 21 4.2 Synchronizace Spirentu a PC...................... 22 4.3 Propojení VDB s letadlovou částí.................... 22 5 Testování navržené architektury 24 6 Závěr 25 Literatura 26 Seznam symbolů, veličin a zkratek 27

SEZNAM OBRÁZKŮ 2.1 Družice systému GPS kroužící kolem Země.[2]............. 10 2.2 Rozmístění stanic řídicího segmentu systému GPS........... 11 2.3 Struktura GPS kanálu L1 a kódu C/A................. 12 2.4 Zdroje chyb GPS signálu......................... 13 2.5 Princip diferenční GPS.[6]........................ 14 3.1 Regionální SBAS. [9]........................... 16 3.2 Ground Based Augmentation System[11]................ 17 3.3 Pozemní systém SmartPath (SLS-4000)................. 18 3.4 GNSS constellation simulator...................... 18 3.5 Návrh propojení.............................. 19 4.1 Generování RSMU zpráv......................... 20 4.2 Synchronizace Spirentu s PC....................... 22 4.3 Propojení VDB s letadlovou částí..................... 23

ÚVOD Ground Based Augmentation System (GBAS) je systém pro přesné přiblížení a přistání civilní letecké dopravy. Přináší vysokou spolehlivost a přesnost, ale je zapotřebí pro dosažení těchto parametrů řešit řadu technických překážek. Tato problematika je velmi rozsáhlá, a proto v následujících kapitolách se nachází pouze elementární záležitosti, aby čtenář byl schopen se zorientovat v základních typech a principu fungování systémů SBAS a GBAS. V dnešní době existuje řada navigačních technologií, které se navzájem doplňují a právě GBAS je jedním z hlavních pilířů. Tento systém je vyvíjen již řadu let a neustále se zvyšuje jeho přesnost a spolehlivost proto, aby bylo možné s jeho pomocí přistávat bez zásahu pilota za nepříznivých podmínek na civilních letištích. 8

1 SATELITNÍ NAVIGACE V této kapitole se nachází souhrnný přehled Globálních družicových polohových systémů (Global Navigation Satellite System). Jsou to služby umožňující pomocí družic určit polohu s celosvětovým pokrytím. Uživatelé používají malé rádiové přijímače, které na základě odeslaných signálů z družic umožňují vypočítat jejich polohu s přesností na desítky až jednotky metrů. Přesnost ve speciálních nebo vědeckých aplikacích může být až několik centimetrů až milimetrů.[8] Přehled zastaralých GNSS: Beidou-1(Čína), Transit(USA), Timation (USA), Tsiklon(USSR). Přehled provozovaných GNSS: BDS(Čína), DORIS(Francie), GLONASS(USSR/Rusko), GPS(USA). Přehled vyvíjených GNSS: Galileo(Evropa), IRNSS(Indie), QZSS(Japonsko). V současné době je v plném provozu pouze americký družicový navigační systém GPS a ruský GLONASS. Ostatní systémy jsou stále ještě ve stádiu vývoje. Následující části této práce se věnují pouze GPS. 9

2 GLOBÁLNÍ POLOHOVÝ SYSTÉM Globální polohový systém (Global Positioning System (GPS)) je americký navigační systém, spravován americkým ministerstvem obrany (Department of Defense (DoD)). GPS poskytuje přesné informace o poloze a času pro vojenské účely a civilní uživatelé mohou s menší přesností využívat tuto službu zdarma. GPS se skládá ze tří částí: kosmický segment, řídící segment, uživatelský segment. Kosmický segment obsahuje nejméně 24 satelitů (viz obrázek 2.1), které jsou situovány v šesti téměř kruhových oběžných drahách s orbitálním poloměrem 26560 km a Zemi obletí za dobu 11 h 58 min[1]. Obr. 2.1: Družice systému GPS kroužící kolem Země.[2] Řídicí segment (The Operational Control Segment (OCS)) provozuje systém a udržuje satelity na oběžné dráze, sleduje status satelitů ( zdraví ) a koriguje GPS čas. Celkem je pět monitorovacích stanic, které sledují satelity a předávají data řídící stanici (Control Station Master (MCS)) se sídlem v Colorado Springs (viz obrázek 2.2). Ta pak určuje dráhu, opravuje hodiny jednotlivých satelitů a aktualizace navigační zprávy určené pro uživatele. 10

Uživatelský segment - GPS přijímače, zařízení zpracovávající signál satelitů a vykonávající navigaci. Přijímač GPS získává umístění satelitů na základě přijatých navigačních zprávy a měří vzdálenost mezi uživatelem a satelity. Pro odhad polohy se využívá trilaterace, a je nezbytné pracovat s velmi přesnými hodinami. Toho je dosaženo pomocí synchronizace atomových hodin satelitů, ale u většiny GPS přijímačů se používá levné křemenné oscilátory, a proto je potřeba alespoň čtyř satelitů pro určení polohy uživatele a řešení časového posunu. Obr. 2.2: Rozmístění stanic řídicího segmentu systému GPS. 2.1 Signál GPS satelity vysílají na frekvencích: L1 = 1575.42 MHz, L2 = 1227.60 MHz. Tyto kanály jsou modulovány dvěma kódy (Pseudorandom noise (PRN)) C/A a/nebo P(Y) a navigační zprávou. Kód P(Y) se využívá jak pro L1 tak L2, je šifrovaný, přesnější a mají k němu přístup pouze autorizované osoby (vojáci atd.). Kód C/A se využívá pro kanál L1, není šifrovaný, méně přesný, určený pro veřejnost. Existují ovšem na trhu codeless přijímače, které umožňují uživatelům získat přesnější polohu (v řádu centimetrů) využívající L1 i L2. GPS C/A kód je unikátní sekvence 1023 bitů (tzv. čipy ), opakuje se každou milisekundu (viz obrázek 2.3). Sekvence P(Y) je dlouhá zhruba 10 14 čipů[1] a doba opakování je jeden týden. 11

Každý PRN kód je modulován navigačními daty. Je to binární kód zprávy přenášený rychlostí 50 bitů za sekundu[1]. Doba trvání jednoho bitu je 20 ms. Obsahem zprávy jsou: korekce satelitních hodin, status satelitu, afemeridy. Obr. 2.3: Struktura GPS kanálu L1 a kódu C/A 2.2 Měření a zdroje chyb Pro určení polohy, uživatel systému GPS potřebuje získat zdánlivou vzdálenost (pseudovzdálenost/pseudorange) a změřit posunuti fáze mezi přijatým signálem a fázi z oscilátoru přijímače v daném čase. Důležité pro uživatele je znát identifikační kód družice (PRN), neboť slouží nejen pro identifikaci družice, ale i pro měření. Uživatelský přijímač vyhledává, rozeznává a dekóduje signály jednotlivých družic. Dále musí identifikovat polohu družice a změřit zdánlivou vzdálenost mezi uživatelem a družicí. Mimo to měří také přesný čas a určuje okamžitou polohu uživatele. Přesnost GPS závisí na počtu přijímaných signálů z družic. Ovlivňuje ji špatný výhled na oblohu, např. v sevřených údolích nebo v hustém lese. Chyby v přesnosti mohou vyvolat[3]: změny v zemské ionosféře (cca 5 m), které ovlivňují rychlost rádiového signálu, chyba určení polohy družice (2,5 m), chyba hodin na družici (2 m), zkreslení odrazem signálu například od terénu na zemském povrchu (1 m), termální šum přijímače. Tyto chyby jsou zobrazeny na obrázku 2.4. Ionosféra je oblast ionizovaných plynů, které ovlivňují rychlost šíření GPS signálu z družice do přijímače. Toto zpoždění 12

je nepřímo úměrné frekvenci signálu a lze ho eliminovat pomocí multi-frekvenčního přijímače. Uživatelé používající standardní příjímače mohou využít Klobuchar ionospheric model a snížit zpoždění až o 50% [4]. Následně v troposféře tvořené z velké části vodní párou, dochází k malému ovlivnění signálu u satelitů vysoko na obloze a velkému ovlivnění, pokud se satelit nachází v blízkosti horizontu. Korekce se provádí pomocí atmosferického modelu [5]. Pokud provedeme korekci pomocí průměrných meteorologických hodnot, bude se výsledná chyba pohybovat kolem 0,1 až 1 metru. Zkreslení odrazem signálu lze eliminovat směrovou anténou nebo vhodně umístěným přijímačem. Obr. 2.4: Zdroje chyb GPS signálu. 2.3 Diferenční GPS Diferenciální GPS (DGPS) slouží ke zvýšení přesnosti GPS. Základní koncept DGPS, je znázorněno na obrázku 2.5. Pomocí jednoho nebo více stacionárních referenčních přijímačů umístěných ve zkoumané lokalitě, se určí korekce pro danou oblast. Jelikož tyto přijímače znají svojí přesnou polohu, porovnáním s polohou vypočítanou, je možné eliminovat chyby způsobené: změnami v zemské ionosféře vlivem troposféry, chybou určení polohy družice, chybou hodin na družici, 13

za předpokladu, že se uživatel nachází v blízkosti referenčních přijímačů. Vypočítané korekce jsou broadcastově vysílány a všichni uživatelé v oblasti pokrytí můžou využívat diferenční korekce ke zlepšení jejich přesnosti navigace. Vzhledem k tomu, že většina ionosférických, troposférických, efemeridických a časových chyb je korelována mezi přijímači prostorově i časově, zbytkové chyby jsou velmi malé. Nicméně, chyby způsobené odrazem signálu, touto metodou nelze odstranit. Pokud referenční stanice zjistí v měření některých z družic hrubé nesrovnalosti, které nelze korigovat, vyšle varovné hlášení a přijímače uživatelů přestanou tuto družici používat. Takto se dosahuje vedle vysoké přesnosti i vysoké spolehlivosti a věrohodnosti navigační informace [7]. Obr. 2.5: Princip diferenční GPS.[6] 14

3 ROZŠIŘUJÍCÍ SYSTÉMY GNSS Mezi nejznámější rozšiřující systémy GNSS patří například: SBAS (Satellite Based Augmentation Systems), GBAS (Ground Based Augmentation Systems), IGS (International GNSS Service), ILRS (International Laser Ranging Service). ILRS umožňuje nezávisle zjišťovat polohu družic na oběžných dráhách pomoci laserových měřidel. Pro měření je nutné vybavit družici odražečem a jejich nasazení je plánované pro GNSS II. generace. IGS sleduje a vyhodnocuje kosmické segmenty GNSS. Klíčovými produkty tří stovek stanic jsou zpětně dopočtené[10]: efemeridy družic GPS/GLONASS, přesné korekce pro palubní hodiny GPS, ionosférické a troposférické zpoždění, 3D souřadnice monitorovacích stanic, parametry rotace Země. Systémy SBAS a GBAS jsou podrobněji popsány v následujících kapitolách. 3.1 Satellite Based Augmentation System Satellite Based Augmentation System (SBAS) je to síť pozemních monitorovacích stanic, které poskytují uživatelům správné korekce navigačních dat. Pomocí SBASu se ověřuje řídící a kosmický segment globálních družicových polohových systém. Pozemní stanice přijímají signály obvykle z geostacionárních družic SBAS, které jsou pevně spojené s oběžnou dráhou nad rovníkem. V reálném čase měří pseudovzdálenost a poskytují korekce pro chyby: efemerid, času, ionosférické. Regionální SBAS (obvykle zřizovány vládními organizacemi a jsou volně dostupné): EGNOS (Evropa), WAAS (Spojené státy americké), MSAS (Japonsko), SDCM (Rusku), GAGAN (Indie), 15

SNAS (Čína). Obr. 3.1: Regionální SBAS. [9] Globální komerční SBAS systémy: Omnistar, StarFire, Starfix. SBAS se v letecké dopravě využívá pro oceánskou, kontinentální a přibližovací fázi letu na přistání. 3.2 Ground Based Augmentation System GBAS je to systém s pozemním rozšířením monitorující integritu prostřednictvím dat získaných z pozemního vysílače v lokalitě letišť. Tento systém výrazně zvyšuje přesnost satelitní navigace. Základní rozvržení systému je zobrazeno na obrázku 3.2. GBAS můžeme rozdělit na tyto tři základní části: satelitní konstelace, pozemní stanice, letadlové prvky. Pozemní stanice se skládá z aktivního vysílače VHF Data Broadcast (VDB), vysílacích antén, několika referenčních přijímačů a výpočetní jednotky. Letadla mohou být vybavena buď to GBAS přijímačem nebo přijímačem MMR (Multi-Mode Receiver). Do pozemní stanice se obvykle přes čtyři referenční přijímače získávají 16

Obr. 3.2: Ground Based Augmentation System[11] navigační data z družic. Následně se zpracují a pomocí aktivního vysílače VDB jsou korekce poslány letadlové části systému. VDB pracuje v pásmu 108 až 117,975 MHz. Aby bylo možné navigační přibližovací systémy standardizovat respektive certifikovat, Mezinárodní organizace pro civilní letectví (ICAO) definovala kategorie přistávacích provozních minim. Ty zaručují, že navigační systém je schopný zajistit bezpečné klesání letadla do dané výšky, při dané dohlednosti a s určitou pravděpodobnosti výskytu letecké nehody. V současné době se vyvíjejí systémy kategorie CAT III. Tato nejvyšší kategorie je určena pro provoz takových letadel, která jsou vybavená palubními systémy pro automatické přistání na letišti. 3.2.1 Pozemní stanice GBAS firmy Honeywell Pro ukázku zapojení pozemní stanice použiji systém SmartPath (SLS-4000). Firma Honeywell jako přijímač GPS kanálů používá Remote Satellite Measurement Unit (RSMU). Následně systém obsahuje výpočetní jednotku RSMU. Je to centrální prvek pozemní stanice a je propojený se všemi zbylými částmi, u kterých je nezbytné dodržet umisťovací omezení. Na obrázku 3.3 je zobrazená ukázka zapojení. 3.2.2 Vývoj GBAS Jelikož je GBAS velice sofistikovaný systém, který musí splňovat mnoho standardů a norem, je zapotřebí provést důkladné testování. Pro vytváření různých scénářů, ke 17

Obr. 3.3: Pozemní systém SmartPath (SLS-4000) kterým by mohlo docházet, se využívají simulační nástroje, generující GPS signál. Mezi takové patří například zařízení anglické společnosti Spirent Communications. Ukázka modelu Spirent GSS8000: Obr. 3.4: GNSS constellation simulator 18

3.2.3 Návrh propojení prototypu pozemní stanice a letadlové části systému GBAS Mým úkolem je navrhnout propojení prototypu pozemní stanice s letadlovou části systému GBAS a ověřit toto zapojení. Výsledkem tohoto projektu by měl být testovací nástroj, pomocí kterého bude možné otestovat GBAS v různých situacích aniž by bylo nutné ho přemisťovat. Vstupem tohoto systému jsou data ze Spirentu. Ten je možné propojit pouze s letadlovou části GBASu. Aby byla pozemní GBAS stanice schopna vypočítat korekce, je potřeba vytvořit simulátor GPS přijímačů, který zpracuje data ze Spirentu a bude je poskytovat současně s výstupem Spirentu. Zjednodušené schéma je zobrazeno na obrázku 3.5. Obr. 3.5: Návrh propojení. 19

4 PROPOJENÍ TESTOVACÍ ARCHITEKTURY 4.1 Simulace referenčních GPS přijímačů Pro vytvoření simulátoru referenčních GPS přijímačů se data vytvořená Spirentem musí převést na formát zpráv posílaných referenčními GPS přijímači (RSMU zprávy). Následně se RSMU zprávy musí posílat v pravidelných intervale na vstup GBAS stanice (viz obrázek 4.1). Obr. 4.1: Generování RSMU zpráv. 4.1.1 Vstupní data a parsování hodnot Vstupní data jsou generována pomocí Spirentu ve formátu CSV (Comma-separated values, hodnoty oddělené čárkami). Je to souborový formát určený pro výměnu tabulkových dat. Data jsou zapsána v řádcích a jednotlivé hodnoty se oddělují čárkou. Ukázka CSV souboru: Time_ms,Channel,Sat_type,Sat_PRN,Sat_Pos_X,Sat_Pos_Y,Sat_Pos_Z 100,1,0,3,14723561.5540,-5748785.6857,21286184.7876 100,2,0,6,-12633709.4221,-8843612.8039,21421740.4002 100,3,0,15,8443736.7629,12135043.0291,21800935.3612 100,4,0,21,23283916.8784,11844697.5164,6754088.8156 100,5,0,17,3636047.3366,15267962.6806,21349366.9731 100,6,0,27,-2883844.6917,-17694605.1978,19754253.1870 100,7,0,23,-6072922.1616,13687890.8531,22431078.2983 Tyto data se vygenerují pro jednotlivé referenční GPS přijímače před samotným spuštěním testu. Jelikož není potřeba parsovat data v reálném čase a rychlost běhu výsledného programu není prioritou, je vhodné, využít skriptovací programovací jazyk Python. Ten zaručuje jednoduché modifikace kódu, není potřeba provádět kompilaci, zpracování dat a jejich úpravu umožňují standardní knihovny. Během generování RSMU zpráv, bude potřeba opakovaně vyhledávat v uložených datech. V těchto případech se v Pythonu používá slovníky (dictionary), protože 20

základem jejich implementace je hašovací tabulka. Takový slovník může vypadat takto: data = {"Time_ms":{}, "Channel":{}, "Sat_type":{}, "Sat_PRN":{}, "Sat_Pos_X":{}, "Sat_Pos_Y":{}, "Sat_Pos_Z":{}} Aby byl kód přehledný a rychle čitelný, slovník obsahuje další slovník. To znamená, že každý parametr(klíč) obsahuje další slovník, ve kterém je také možno vyhledávat pomocí klíče. V tomto případě je struktura slovníků následující: "Channel":{čas:{hodnota}} Díky tomu lze jednoduše uložit hodnotu daného parametru v daném čase jako: data["channel"][čas] = hodnota 4.1.2 Generování RSMU zpráv V jazyce Python lze provádět pomocí modulu struct převod mezi Python hodnotami a datovými strukturami jazyka C reprezentovanými jako Python textové řetězce. Díky tomu je možné zpracované data jednoduše uložit do binárního souboru v daném formátu, například integer, float, double. Následující ukázka představuje vytvoření osmi bytů dat, kde první číslo 6 uložíme jako datový typ jazyka C unsigned int a druhé číslo 2,711 jako float: RSMU = struct.struct("i").pack(6) RSMU = RSMU + struct.struct("f").pack(2.711) 4.1.3 Propojení mezi PC a GBAS stanici Jakmile jsou vygenerovány RSMU zprávy pro všechny referenční GPS přijímače, data je nutné posílat na vstup GBAS stanice z danou periodou s vysokou přesností. Z toho důvodu je vhodné použít komerčně dostupné carrier boardy, navržené pro rychlou a spolehlivou komunikaci mezi PC a vybranou periferií. Použita karta je zapojená přes PCI sběrnici. 21

4.2 Synchronizace Spirentu a PC Díky tomu, že Spirent obsahuje výstup pro synchronizační impuls, který je možné propojit se sériovým portem PC, je možné ho využít pro spuštění simulace generující RSMU zprávy. Jak už simulace běží, není potřeba ji opětovně korigovat s impulsem od Spirentu, protože nainstalovaná PCI karta obsahuje velmi přesný generátor impulsů. Výsledné zapojení je zobrazeno na obrázku 4.2. Obr. 4.2: Synchronizace Spirentu s PC. 4.3 Propojení VDB s letadlovou částí Propojení VDB s letadlovou částí je nutné provést pomocí kabelového zapojení společně s útlumovým článkem, protože VDB využívá kmitočtové pásmo, které nelze použít pro testovací účely. Zapojení je zobrazeno na obrázku 4.3. 22

Obr. 4.3: Propojení VDB s letadlovou částí. 23

5 TESTOVÁNÍ NAVRŽENÉ ARCHITEKTURY Pro ověření navrženého konceptu je žádoucí otestovat jak celek tak jednotlivé části samostatně. Rozdělením na částí týkající se: komunikace, generování dat a synchronizace, a vytvořením testů pokrývajících všechny možné situace, lze ověřit funkci i spolehlivost návrhu. Tyto testy nejsou součástí této práce. 24

6 ZÁVĚR Práce se zabývá problematikou upřesňování polohy pomocí GBASu. Byla popsána problematika týkající se globálního polohovacího systém. Pro zjištění negativních vlivů byl proveden rozbor možných chyb v kapitole Měření a zdroje chyb. Následně byly popsány možné metody eliminace těchto chyb. V další části se nachází základní charakteristika SBASu a GBASu. V praktické části této práce je vytvořen návrh zapojení a je popsána jeho implementace. V kapitole týkající se ověření návrhu nejsou popsány použité metody ani výsledné zjištění. Tyto testy jsou nadále vyhodnocovány a budou posléze zhodnoceny. Dále je potřeba podrobněji popsat hardwarovou a softwarovou část. Cílem této práce bylo se seznámit s problematikou GBASu a navrhnout testovací zapojení komponent GBAS. Návrh zapojení je zobrazen na obrázku 3.5. 25

LITERATURA [1] PRATAP MISRA, Per Enge. Global positioning system: signals, measurements, and performance. Lincoln: Ganga-Jamuna Press, 2001. ISBN 0970954409. [2] PÜSCHEL, Dirk. U-Spy Canada [online]. [cit. 7. 1. 2016]. Dostupné z URL: <http://uspy.ca/gps>. [3] JOKEŠOVÁ, M. Možnosti využití GPS při analýze silničních nehod. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Ústav soudního inženýrství, 2012. 77 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Vladimír Panáček. [4] J. Klobuchar. Design and Characteristics of the GPS Ionospheric Time Delay Algorithm for Single Frequency Users. presented at Rec. IEEE 1986 Position Location and Navigation Symp., Las Vegas, NV, 1986. [5] J. J. Spilker. GPS Navigation Data, Global Positioning System: Theory and Applications. Vol. 1. Washington D.C.: AIAA, 1996. [6] Esri The GIS Software Leader [online]. [cit. 7. 1. 2016]. Dostupné z URL: <http://www.esri.com/news/arcuser/0103/differential1of2.html>. [7] HRDINA Z., PÁNEK P., VEJRAŽKA F. Rádiové určování polohy (Družicový systém GPS). 1. vyd. Praha: Vydavatelství ČVUT, 1995. ISBN 80-01-01386-3. 267s. [8] MERVART, Leoš a Miloš CIMBÁLNÍK. Vyšší geodézie 2. Praha: ČVUT, 1997. ISBN 80-01-01628-5. [9] BACH QUOC, T. Přesné přiblížení na přistání GNSS CAT II/III. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2013. 75 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Pavel Ptáček [10] IGS Products [online]. [cit. 1. 5. 2016]. Dostupné z URL: <http://www.igs. org/products/data>. [11] Satellite Navigation - Ground Based Augmentation System (GBAS) [online]. [cit. 7. 1. 2016]. Dostupné z URL: <http://www.faa.gov/about/office_org/ headquarters_offices/ato/service_units/techops/navservices/gnss/ laas/>. 26

SEZNAM SYMBOLŮ, VELIČIN A ZKRATEK GBAS FAA GPS GNSS DoD OCS MCS PRN DGPS VAL HAL IRNSS BeiDou SBAS ICAO VDB RSMU Ground Based Augmentation System Federal Aviation Administration Global Positioning System Global Navigation Satellite System Department of Defense The Operational Control Segment Control Station Master Pseudorandom noise Diferenciální GPS Vertical Alert Limit Horizontal Alert Limit Indian Regional Navigational Satellite System Beidou Navigation Satellite System Satellite Based Augmentation System International Civil Aviation Organization VHF Data Broadcast Remote Satellite Measurement Unit 27