Capitolo 1 - Requisiti fondamentali per la Navigazione Aerea

Tra i sistemi che hanno avuto una notevole diffusione in passato, ma che non sono più in uso, ricordiamo LORAN, DECCA, OMEGA, CONSOL, ormai definitivamente soppiantati dall’avvento del GPS (Global Positioning System).

Le precisioni ottenibili sono generalmente buone, variabili a seconda del tipo di Radioaiuto considerato e della distanza da questo. Anche le aree di copertura sono molto variabili a seconda del sistema impiegato.

Nella stessa categoria di Radioaiuti comprendiamo sistemi che sono in grado di fornire una Posizione ovunque nel mondo, come era l'OMEGA e sistemi per l'avvicinamento di precisione come l'ILS che può essere utilizzato soltanto nelle vicinanze della stazione trasmittente e all'interno di un fascio ben determinato.

La caratteristica comune è quella di utilizzare segnali radio, benché aventi differenti caratteristiche e frequenze.

 

1.3       Navigazione d'area (RNAV).

 

E' condotta per mezzo di computer in grado di elaborare luoghi e linee di Posizione determinate in funzione di segnali ricevuti dalle stazioni di Terra (VOR e DME) e di parametri inseriti dal pilota.

E' possibile con questo sistema volare da Punto a Punto, con la stessa precisione delle Radioassistenze da cui il computer di bordo riceve i dati.

 

 

1.4       Navigazione inerziale.

 

E' condotta grazie a piattaforme inerziali, in grado di determinare la Posizione istantanea, partendo dalla Posizione iniziale conosciuta dell'aeromobile al parcheggio, che viene poi costantemente aggiornata mediante doppia integrazione dei segnali di accelerazione.

Il sistema non dipende da alcuna stazione terrestre e permette di navigare ovunque sulla Terra.

La precisione è molto buona, ma diminuisce progressivamente con il Tempo di volo.

Questo sistema è attualmente adottato dalla maggioranza degli aeromobili che effettuano voli di lungo raggio.

 

 

1.5       Navigazione doppler.

 

Un apparato trasmittente a bordo dell'aeromobile invia dei segnali radio che vengono riflessi dalla superficie terrestre e ricevuti nuovamente a bordo. Partendo da una Posizione iniziale inserita prima della partenza ed elaborando in continuazione i segnali di ritorno, che subiscono una variazione di frequenza proporzionale alla componente della Velocità nella direzione dell'emissione, è possibile avere la Posizione costantemente aggiornata, e condurre quindi la Navigazione in modo simile a quella effettuata con Sistemi inerziali.

La precisione è buona ma tende a diminuire con il Tempo, a causa del sommarsi degli errori cui è soggetto il sistema.

Per esempio sorvolando superfici marine in presenza di vento, avremo una deriva sottovento della Posizione indicata per l'effetto di trascinamento che il Vento al suolo provoca sullo strato superficiale; in condizioni di mare perfettamente calmo che non dà alcun ritorno radio, il sistema sarà inutilizzabile.

Il Navigatore doppler ha il vantaggio di non richiedere una piattaforma ferma e di non necessitare di tempi lunghi per l'allineamento come il sistema di Navigazione inerziale, ed è quindi adatto, per esempio, per aeromobili imbarcati su navi.

 

 

1.6       Navigazione griglia.

 

Era usata su Rotte polari da aeromobili non equipaggiati con piattaforme inerziali. Il sistema consiste nell'usare Carte sulle quali al normale reticolato geografico è sovrapposta una griglia di linee parallele al Meridiano di Greenwich. Queste linee vengono chiamate Meridiani griglia. La Navigazione viene riferita ai Meridiani griglia invece che ai veri Meridiani per ovviare agli inconvenienti derivanti dalla elevata Convergenza di questi vicino ai poli. Il sistema è in disuso per l'ampio affermarsi dei sistemi inerziali.

 

 

1.7       Navigazione isobarica.

 

Si tratta di tecniche basate sulla conoscenza del campo barico in quota per la determinazione di Rotte di minimo Tempo (brachistocrona) e volo per Prua unica.

Attualmente si usano sofisticati sistemi computerizzati per il calcolo di Rotte di minimo carburante (Minimum Fuel Track).

 

1.8       Navigazione astronomica.

 

E' la forma più antica di navigazione, che permette di risalire alla probabile posizione attraverso la misurazione della posizione degli astri.

Utilizzata in antichità in campo marittimo, fino a quando non sono stati disponibili strumenti di misura del tempo, poteva fornire solo indicazioni di latitudine, in quanto l’errore nel tempo si ripercuote integralmente come errore di longitudine. In campo aeronautico è stata utilizzata sui voli di lungo raggio attraverso l’utilizzazione di sestanti a bolla che potevano essere utilizzati in volo attraverso una sorta di periscopio che si estendeva al di fuori della cabina di pilotaggio.

 

Attualmente è completamente in disuso, soppiantata da sistemi più moderni, veloci e precisi; i sestanti sono diventati strumenti da antiquari o da amatori. 

 

1.9       Navigazione stimata.

 

E' condotta a partire dalla conoscenza degli elementi cinematici propri del moto dell'aereo (Prua vera, Velocità Vera all’aria o TAS, Tempo), e dall'influenza che su questi hanno le condizioni meteorologiche (Vento), al fine di ottenere il percorso effettivo al suolo (Rotta vera, Velocità al suolo).

La Navigazione stimata, operando appunto una stima, ovvero una determinazione approssimata della Posizione, non dipende da alcun Radioaiuto esterno.

La precisione della stima si degrada abbastanza rapidamente con il Tempo a causa degli inevitabili errori nella conoscenza dei fattori cinematici dell'aeromobile e del Vento. Si ha quindi un cerchio di incertezza della Posizione che si allarga progressivamente.

E’ quindi necessario procedere a periodiche verifiche della Posizione con altri sistemi di Navigazione, in modo da determinare in quale Punto effettivamente si trovi l'aeromobile all'interno del cerchio di incertezza, per poi ripartire con una stima corretta verso i punti successivi.

La determinazione della Posizione stimata, ed un preciso apprezzamento delle dimensioni del cerchio di incertezza, (ovvero la consapevolezza da parte del pilota della sua Posizione a prescindere dalle indicazioni di altri mezzi di Navigazione), è tutt'oggi mezzo indispensabile per la verifica del buon funzionamento dei Radioaiuti e dei sistemi di Navigazione automatica. Anche sui moderni aerei esiste sempre la possibilità di malfunzionamenti, di interferenze con apparati elettronici accesi a bordo (compact disk player, computer, videocamere), di problemi di software, e di occasionali, ma estremamente insidiosi, map-shift.

 

Fino a quando Posizione stimata e sistemi radioelettrici danno risultati sufficientemente concordanti, è ragionevole confidare sulla maggior precisione di questi ultimi, al fine di effettuare un aggiornamento della Posizione. Quando però il Punto stimato (che non vuol necessariamente dire Punto tracciato sulla Carta ma nella maggioranza dei casi il Punto calcolato a mente dal pilota) e il Punto determinato con i Radioaiuti differiscono di un valore superiore a quanto ritenuto ragionevole in considerazione di tutte le variabili del volo, allora è necessario effettuare una valutazione molto attenta, e considerare con molta cautela la possibilità di abbandonare il vecchio Punto stimato per il nuovo. Bisogna sempre ricordare che i sistemi elettronici quando funzionano bene (quasi sempre), danno delle precisioni ottime, ma che esiste sempre la possibilità di un malfunzionamento subdolo come una lancetta bloccata, uno strumento che pur non funzionando correttamente non dà avvisi di avaria ecc. Per questo è sempre necessario avere più indicazioni concordanti (effettuazione del cross-check o controllo incrociato), e non fidarsi mai di una singola indicazione, che potrebbe essere errata.

 

1.10    Problemi riguardanti la condotta della Navigazione.

 

Si riportano a titolo di esempio alcuni estratti di Operational bullettins in versione originale, inerenti problemi di Navigazione che possono riguardare anche aerei dell'ultima generazione.

 

The US Federal Aviation Administration plans to purchase a portable interference monitoring detection system to help officials in its spectrum engineering services directorate track down and shut down illegal GPS jammer activity.

Personal privacy devices, more commonly referred to as GPS jammers, being used on a highway near the Newark International airport, derailed the rollout of a GPS-based instrument landing system at the airport in late 2009. Continental Airlines at the time had equipped a portion of its fleet with avionics to use the ground-based augmentation system (GBAS) approaches.

After several years of analysis and radio frequency interference (RFI) upgrades to the Honeywell-built ground equipment, United-Continental and the FAA are once again preparing to begin testing GBAS both at Newark and the Houston Intercontinental airport.

 

     FMS Position errors

Map Shift: cases of FMS position errors, often called "map shift" have been experienced for some years on several airplanes types.

They consist of an error affecting the FMS COMPUTED position, typically displaced 4 to 5 NM apart from actual airplane position, reaching 10 NM on some occurrences.

Possible origins include software errors, IRU problems, improper initialization, inaccurate navigation aid location, co-located DME's unreliable navigation aids and operator error.

FMS position errors have been reported during APPROACH PROCEDURE at Hong Kong, Seoul, Buenos Aires, Santiago, Algiers, Mexico City, Cali, Quito, St. Marten, Aruba and Monterey; other phases of flight however, might be affcted as well.

Since similar occurrences on MD11 cannot be excluded, it is required to be watchful, exercise caution, particularly while operating at the above mentioned airports, and log into the Technical Log Book any occurrence which could occur to ensure all possible investigations.

 

     False Localizer capture

Investigations have been conducted with airplane and avionics equipment manufacturers after the publication of a Transport Canada Aviation Notice on the subject matter.

The preliminary results of the investigations show that false LOC captures may be commanded by Auto Flight System, particularly on the last generation airplanes equipped with "digital" avionics and under specific conditions of radiated LOC signals.

One of the possible cause of the anomaly seems to be the localizer capture criteria developed for the digital Flight Control Computers (FCC) where the LOC deviation threshold for triggering the capture phase was fixed at values greater than those previously used for "analog" computers.

It may happen on some airports that high modulation levels of radiated signals be present when close to the published Localizer course at approx. 8°-12° azimuth and at a distance greater than 18 nm from threshold; this is generally due to the calibration of the ground system necessary to maintain it within the ICAO tolerances.

The above conditions might cause the deviation output generated by the onboard LOC receiver to decrease below the FCC capture threshold thus triggering a false LOC capture.

The use of all available navigation information and cross-checking of the raw data will make the false LOC captures evident.

In order to minimize the possibility of such occurrences Approach-Land mode should be selected once the airplane is within 18 nm from threshold and within 8° of the inbound ILS course.

 

     FMS NDB data base erroneous course display

A report of erroneous course display on the Navigation Display map when a Non-Directional Beacon (NDB) approach was activated has been attributed to an anomaly in the FMS software. This condition, if not corrected, could result in an airplane deviating from the published approach to the runway, which could lead to premature ground contact before reaching the runway.

This does not restrict the crew from executing a manual NDB approach by positioning the airplane solely by reference to the NDB raw data. Non-directional beacons may be used as waypoints to build and execute a manual NDB approach.

 

     Interferenze

Il segnale di una Radioassistenza (in particolar modo VOR e ILS) può essere soggetto, anche entro l'area di copertura, ad interferenze che compromettono, in varia misura, l'attendibilità delle relative indicazioni a bordo.

 

NOTA: Oltre che da fenomeni atmosferici naturali, interferenze possono essere provocate da emissioni in radiofrequenza (in particolar modo in modulazione di frequenza, FM) che, pur non appartenendo alle bande riservate ai servizi aeronautici, tuttavia generano anche emissioni spurie che interessano dette bande; tali interferenze danno luogo, nei ricevitori di bordo, a fenomeni di intermodulazione o di de-sensibilizzazione.

Anche la sola forte intensità di un segnale estraneo (da emittenti commerciali, impianti industriali, elettrodotti, installazioni scientifiche) può provocare interferenze.

Inoltre, dispositivi elettronici portatili di vario genere, se attivati a bordo, possono interferire con il funzionamento degli apparati radio/elettronici dell'a/m.

Gli avvisi del tipo "Flag alarm" possono non comparire, sulla strumentazione interessata, per interferenze; per ovviare ai casi che non siano di per se stessi evidenti, va sempre rammentato che le indicazioni di una Radioassistenza vanno accettate come attendibili subordinatamente alla loro coerenza con il progredire del volo e, ove possibile, al Cross-check di altre Radioassistenze.

Le interferenze alle Radioassistenze, se riconosciute come tali, vanno segnalate all'ente ATS con cui si è in contatto e riportate sul "Flight log".

 

* Criteri di utilizzazione delle Radioassistenze

Va sempre tenuto presente che, anche in condizioni di apparente regolarità di funzionamento, le indicazioni di una Radioassistenza sugli strumenti di bordo vanno accettate come attendibili subordinatamente alla loro coerenza con il progredire del volo e, ove possibile, al cross-check di altre Radioassistenze.

NOTA 1: L'uso di Sistemi inerziali di Navigazione lungo Rotte ATS radioassistite (aerovie, etc.) è ammesso purché non si verifichino scostamenti dell'a/m rispetto alle indicazioni delle Radioassistenze.

NOTA 2: Durante la Navigazione con sistemi inerziali lungo Rotte non radioassistite (ad es. Rotte RNAV) è buona norma, se entro la portata utile di Radioassistenze, controllare Posizione e Rotta dell'a/m anche con riferimento ad esse, per quanto possibile.

NOTA 3: Durante una guida radar vanno utilizzate tutte le Radioassistenze disponibili per verificare la Posizione dell'a/m e gli adeguati margini di sicurezza dagli ostacoli.

Copertura: i segnali irradiati da una Radioassistenza sono garantiti entro un'area nominale di copertura, definita secondo le specifiche ICAO.

Al di fuori di tali aree i segnali possono non essere attendibili, anche se apparentemente tali.