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 derivada del receptor son de especial importancia en aplicaciones GNSS críticas para la seguridad , como en 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 provocará que la información de navegación sea incorrecta, pero el receptor no tiene forma de determinarlo utilizando las técnicas estándar. RAIM utiliza señales redundantes para producir varias posiciones GPS fijas y compararlas, y una función estadística determina si se puede asociar o no una falla con alguna de las señales. RAIM se considera disponible si hay 24 satélites GPS o más operativos. Si la cantidad 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 separadas transmitidas desde diferentes satélites para indicar estos problemas directamente.
RAIM detecta fallas mediante medición de pseudodistancia GPS redundante . Es decir, cuando hay más satélites disponibles de los necesarios para producir una posición fija, todos los pseudodistancias adicionales deben ser consistentes con la posición calculada. Un 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 únicamente detección de fallas (FD); sin embargo, los receptores GPS más nuevos incorporan detección y exclusión de fallas (FDE), lo que les permite continuar funcionando en presencia de una falla del GPS.
La estadística de prueba utilizada es una función del residuo de medición del 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) proporciona monitoreo de la integridad del GPS para aplicaciones de aviación. Para que un receptor GPS realice la función RAIM o detección de fallas (FD), debe ser visible para él un mínimo de cinco satélites visibles con una geometría satisfactoria. RAIM tiene varios tipos de implementaciones; uno de ellos realiza comprobaciones de coherencia entre todas las soluciones de posición obtenidas con varios subconjuntos de satélites visibles. El receptor proporciona una alerta al piloto si fallan las comprobaciones de coherencia.
La disponibilidad de RAIM es una cuestión 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 podría tener a veces menos de cinco satélites a la vista.
La disponibilidad también es un indicador de rendimiento del algoritmo RAIM. La disponibilidad es función de la geometría de la constelación a la vista y de otras condiciones ambientales. Si la disponibilidad se ve de esta manera, queda claro que no es una característica de encendido y apagado, lo que significa que el algoritmo podría estar disponible pero no con el rendimiento requerido para detectar una falla cuando ocurre. Entonces la disponibilidad es un factor de desempeño 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 (baroayuda, un método para aumentar la solución de integridad del GPS mediante el uso de una fuente de entrada no satelital) para detectar una anomalía de integridad. Para receptores capaces de hacerlo, RAIM necesita seis satélites a la vista (o cinco satélites con ayuda de baro) para aislar la señal satelital corrupta y eliminarla de la solución de navegación. [1]
Tras la detección, la exclusión de fallas adecuada determina y excluye la fuente de la falla (sin identificar necesariamente la fuente individual que causa el problema), permitiendo así que la navegación GNSS continúe sin interrupción. La disponibilidad de RAIM y FDE será ligeramente menor para operaciones en latitudes medias y ligeramente mayor para regiones ecuatoriales y de latitudes altas 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 adicionales pueden mejorar la disponibilidad de RAIM y FDE.
El GNSS se diferencia de los sistemas de navegación tradicionales porque los satélites y las zonas de cobertura degradada están en constante movimiento. Por lo tanto, si un satélite falla o es puesto fuera de servicio para su mantenimiento, no está inmediatamente claro qué áreas del espacio aéreo se verán afectadas, si es que las hay. La ubicación y duración de estas interrupciones se pueden predecir con la ayuda de análisis por computadora e informar a los pilotos durante el proceso de planificación previa 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 más baja.
Como RAIM funciona de forma 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 dependiendo de la geometría del satélite. Normalmente hay entre siete y 12 satélites a la vista.
La estadística de prueba utilizada es una función del residuo de medición del 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 los requisitos de probabilidad de falsa alarma (Pfa) y el ruido de medición esperado. En los sistemas de aviación, el 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 que está centrado en la solución de posición GPS y que garantiza que contiene la verdadera posición del receptor dentro de las especificaciones del RAIM. (es decir, que cumpla con la Pfa y la Pmd). El HPL se calcula en función del umbral RAIM y de 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 a los pilotos determinar rápidamente si estará disponible RAIM en ruta o en el nivel de aproximación, la FAA y EUROCONTROL han creado sitios web de "nivel de despacho" que predicen el estado de RAIM para cumplir con los requisitos de verificación previa al vuelo.
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