El monitoreo autónomo de la integridad del receptor ( RAIM ) es una tecnología desarrollada para evaluar la integridad de las señales individuales recopiladas e integradas por las unidades receptoras empleadas en un sistema global de navegación por satélite (GNSS). La integridad de las señales recibidas y la corrección y precisión resultantes de la ubicación del receptor derivada son de especial importancia en aplicaciones GNSS críticas para la seguridad , como la aviación o la navegación marítima .
El sistema de posicionamiento global (GPS) no incluye ninguna información interna sobre la integridad de sus señales. Es posible que un satélite GPS transmita información ligeramente incorrecta que haga que la información de navegación sea incorrecta, pero no hay forma de que el receptor determine esto utilizando las técnicas estándar. RAIM utiliza señales redundantes para producir varias correcciones de posición GPS y compararlas, y una función estadística determina si una falla puede asociarse o no con alguna de las señales. RAIM se considera disponible si hay 24 satélites GPS o más en funcionamiento. Si el número de satélites GPS es 23 o menos, la disponibilidad de RAIM debe verificarse utilizando un software de predicción terrestre aprobado.
Varios sistemas relacionados con el GPS también proporcionan señales de integridad independientes del GPS. Entre ellos se encuentra el sistema WAAS , que utiliza señales independientes emitidas desde distintos satélites para indicar estos problemas directamente.
RAIM detecta fallas a través de la medición redundante de pseudodistancias GPS . Es decir, cuando hay más satélites disponibles de los necesarios para producir una posición fija, las pseudodistancias adicionales deben ser todas consistentes con la posición calculada. Una pseudodistancia que difiere significativamente del valor esperado (es decir, un valor atípico ) puede indicar una falla del satélite asociado u otro problema de integridad de la señal (por ejemplo, dispersión ionosférica). El RAIM tradicional utiliza solo detección de fallas (FD), sin embargo, los receptores GPS más nuevos incorporan detección y exclusión de fallas (FDE) que les permite continuar operando en presencia de una falla del GPS.
La estadística de prueba utilizada es una función del residuo de medición de pseudorango (la diferencia entre la medición esperada y la medición observada) y la cantidad de redundancia. La estadística de prueba se compara con un valor umbral, que se determina en función de la probabilidad requerida de falsa alarma (Pfa).
El monitoreo autónomo de la integridad del receptor (RAIM) permite monitorear la integridad del GPS para aplicaciones de aviación. Para que un receptor GPS pueda realizar funciones de RAIM o detección de fallas (FD), debe poder ver al menos cinco satélites visibles con una geometría satisfactoria. RAIM tiene varios tipos de implementaciones; una de ellas realiza verificaciones de consistencia entre todas las soluciones de posición obtenidas con varios subconjuntos de los satélites visibles. El receptor envía una alerta al piloto si las verificaciones de consistencia fallan.
La disponibilidad de RAIM es un tema importante cuando se utiliza este tipo de algoritmo en aplicaciones críticas para la seguridad (como las aeronáuticas); de hecho, debido a la geometría y al mantenimiento del servicio satelital, RAIM no siempre está disponible, lo que significa que la antena del receptor a veces podría tener menos de cinco satélites a la vista.
La disponibilidad es también un indicador de rendimiento del algoritmo RAIM. La disponibilidad es una función de la geometría de la constelación que se está observando y de otras condiciones ambientales. Si se considera la disponibilidad de esta manera, queda claro que no es una característica de encendido y apagado, es decir, que el algoritmo podría estar disponible pero no con el rendimiento requerido para detectar un fallo cuando se produce. Por lo tanto, la disponibilidad es un factor de rendimiento del algoritmo y caracteriza a cada uno de los diferentes tipos de algoritmos y metodologías RAIM.
Una versión mejorada de RAIM empleada en algunos receptores se conoce como detección y exclusión de fallas (FDE). Al menos un satélite, además de los necesarios para la navegación, debe estar a la vista para que el receptor realice la función RAIM; por lo tanto, RAIM necesita un mínimo de cinco satélites a la vista o cuatro satélites y un altímetro barométrico (baro-asistencia, un método para aumentar la solución de integridad del GPS mediante el uso de una fuente de entrada que no sea un satélite) para detectar una anomalía de integridad. Para los receptores capaces de hacer esto, RAIM necesita seis satélites a la vista (o cinco satélites con baro-asistencia) para aislar la señal satelital corrupta y eliminarla de la solución de navegación. [1]
Tras la detección, la exclusión adecuada de fallas determina y excluye la fuente de la falla (sin identificar necesariamente la fuente individual que causa el problema), lo que permite que la navegación GNSS continúe sin interrupción. La disponibilidad de RAIM y FDE será ligeramente menor para las operaciones en latitudes medias y ligeramente mayor para las regiones ecuatoriales y de alta latitud debido a la naturaleza de las órbitas. El uso de satélites de múltiples constelaciones GNSS o el uso de satélites SBAS como fuentes de medición de distancia adicionales pueden mejorar la disponibilidad de RAIM y FDE.
El GNSS se diferencia de los sistemas de navegación tradicionales en que los satélites y las zonas de cobertura degradada están en constante movimiento. Por lo tanto, si un satélite falla o se lo saca de servicio para realizar tareas de mantenimiento, no está claro de inmediato qué zonas del espacio aéreo se verán afectadas, si es que hay alguna. La ubicación y la duración de estas interrupciones se pueden predecir con la ayuda de análisis informáticos e informar a los pilotos durante el proceso de planificación previo al vuelo. Sin embargo, este proceso de predicción no es totalmente representativo de todas las implementaciones RAIM en los diferentes modelos de receptores. Las herramientas de predicción suelen ser conservadoras y, por lo tanto, predicen una disponibilidad menor que la que realmente se encuentra en vuelo para brindar protección a los modelos de receptor de gama baja.
Debido a que RAIM funciona de manera autónoma, es decir, sin la ayuda de señales externas, requiere mediciones de pseudodistancia redundantes. Para obtener una solución de posición 3D, se requieren al menos cuatro mediciones. Para detectar una falla, se requieren al menos cinco mediciones, y para aislar y excluir una falla, se requieren al menos seis mediciones; sin embargo, a menudo se necesitan más mediciones según la geometría del satélite. Por lo general, hay entre siete y doce satélites a la vista.
La estadística de prueba utilizada es una función del residuo de medición de pseudodistancia (la diferencia entre la medición esperada y la medición observada) y la cantidad de redundancia. La estadística de prueba se compara con un valor umbral, que se determina en función de los requisitos de probabilidad de falsa alarma (Pfa) y el ruido de medición esperado. En los sistemas de aviación, la Pfa se fija en 1/15000.
El límite de integridad horizontal (HIL) o nivel de protección horizontal (HPL) es una cifra que representa el radio de un círculo centrado en la solución de posición GPS y que garantiza que contiene la posición real del receptor dentro de las especificaciones del esquema RAIM (es decir, que cumple con los Pfa y Pmd). El HPL se calcula como una función del umbral RAIM y la geometría del satélite en el momento de las mediciones. El HPL se compara con el límite de alarma horizontal (HAL) para determinar si RAIM está disponible.
Para permitir que los pilotos determinen rápidamente si el RAIM en ruta o en nivel de aproximación estará disponible, la FAA y EUROCONTROL han creado sitios web de "nivel de despacho" que predicen el estado del RAIM para cumplir con los requisitos de verificación previa al vuelo.
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