Virtuální ověření příjmu GNSS signálu během rušení za letu pro aplikace v letectví

Shodněme se na tom, že je vždy dobré vědět, kde se nacházíte – zejména když jste ve vzduchu? Problém ale je, že vaše přesná poloha nemusí být vždy známá. Moderní letadla – ať už jde o dopravní letouny nebo drony doručující balíky – určují svou polohu v reálném čase pomocí rádiových signálů (Radio Frequency – RF) vysílaných z družic systému GNSS (Global Navigation Satellite System). Pět satelitních sítí, které tvoří GNSS, se nachází zhruba 20 000 km nad povrchem Země a signály, které dopadají na anténu letadla, jsou velmi slabé. Pokud letoun proletí oblastí, kde silnější RF signál způsobí rušení (tzv. jamming) – ať už úmyslně nebo neúmyslně – může dojít ke ztrátě GNSS signálu. Dokud toto rušení nepomine, navigační systém nemusí být schopen určit aktuální polohu letounu – což může být zásadní problém, například při přistávání v mlze.

Jedním z řešení by bylo zdokumentovat konkrétní letovou trasu a zaznamenat, kdy a proč dochází ke ztrátě GNSS signálu. Tento přístup je ale neefektivní a nákladný – jednak by bylo nutné otestovat všechny běžné trasy a jednak může být rušení způsobeno i konstrukcí konkrétní antény, což by ovlivnilo jen letadla s touto anténou. Kromě toho může být příčinou i náhodný pozemní zdroj rušení, například kamion, jehož řidič používá nelegální rušičku, aby se vyhnul sledování přes mýtný systém. Naštěstí výzkumníci z Německého leteckého centra našli elegantnější a výrazně levnější řešení: použití simulačních nástrojů.

Začleněním reálných měření antény a analýzy její instalace do letových scénářů systému můžeme získat cenné poznatky o chování systému ještě před samotným letem. Tento přístup umožňuje realističtější zobrazení podmínek a parametrů, což přináší lepší predikci výsledků testů a výrazně šetří čas a peníze potřebné na více reálných letů. To ukazuje velký potenciál těchto nástrojů jako prediktivních řešení, která umožňují plánování experimentů nebo virtuální simulace různých konfigurací anténa–letoun v rušivých podmínkách s výsledky velmi blízkými reálným letům.

—Veenu Tripathi & Stefano Caizzone

Předpovídání reálných výsledků bez skutečných letů

Ve své studii „Virtuální ověření příjmu GNSS signálu během rušení za letu pro aplikace v letectví“ popsali autoři Veenu Tripathi a Stefano Caizzone svůj přístup, jak zajistit nepřerušený příjem GNSS signálu – a to bez nutnosti nákladných testovacích letů. Pomocí elektromagnetického simulačního softwaru Ansys HFSS a softwaru Ansys Systems Tool Kit (STK) pro digitální návrh misí vytvořili digitální dvojče, které rekonstruuje celý letový scénář (včetně dynamiky letu, skutečně použité antény na letadle a vlivu její instalace). Pomocí simulací pak předpovídali příjem a rušení signálu. Ukázali, že pomocí simulací lze analyzovat chování různých konfigurací anténa-letoun v konkrétních rušivých podmínkách.

Projekt probíhal ve fázích testování a ověřování. Nejprve navrhli pomocí HFSS kompaktní anténní pole o průměru 8,89 cm, které se skládalo z pěti prvků. Čtyři byly zaměřeny na pásma L1/E1 a jeden na pásmo L5/E5a. Tuto anténu následně vyrobili a testovali v polobezodrazové komoře v DLR, kde měřili elektromagnetická pole a převáděli je na ekvivalentní proudy pro další simulace. Poté použili software HFSS k propojení modelu antény s počítačovým modelem letounu. To jim umožnilo nejen sledovat vliv odrazů od trupu letadla na vyzařovací diagramy antény, ale také vytvořit digitální dvojče skutečného letadla s reálnou instalací antény.

Image

Využití elektromagnetického simulačního software Ansys HFSS ke spojení sítě antény s modelem letadla vytvořeným pomocí počítačového inženýrství (CAE), který později použili k ověření simulovaného výkonu antény během letu.