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Le procedure RNAV GNSS, cosa sono?

Il tradizionale metodo di navigazione basato su radioassitenze al suolo è un concetto ormai superato e ritenuto vantaggioso solo in alcune situazioni di contingency. La navigazione d’area, chiamata RNAV, è un metodo di navigazione che permette di volare su qualsiasi traiettoria desiderata utilizzando sistemi di navigazione con sistemi di assistenza basati al suolo o nello spazio nei limiti della loro capacità. Negli ultimi anni ha preso campo il concetto di PBN con l’obiettivo di uniformare i requisiti. Il PBN (Performance-Based Navigation) è infatti uno standard globale che identifica i requisiti di un sistema di navigazione d’area (RNAV) in termini di precisione, integrità, continuità e funzionalità. L’operatore è libero di scegliere il proprio equipaggiamento da installare a bordo dell’aeroplano e in base alle caratteristiche dei sistemi di navigazione potrà essere certificato per volare determinate procedure. L’utilizzo del concetto PBN ha portato alla modifica di quasi tutte le procedure di partenza, arrivo e avvicinamento in tutti gli aeroporti italiani.

In un sistema di navigazione basato sull’RNAV, un computer utilizza gli inputs dei dati di navigazione per ottenere la posizione dell’aeroplano, calcolare rotta e distanza e fornire informazioni sulle virate da effettuare per navigare verso i prossimi punti pianificati. Tutti i punti possono essere identificati con le coordinate geografiche (latitudine/longitudine) mentre i dati di navigazione in entrata provengono dalle informazioni di posizionamento dell’aeroplano ottenute da:

  • Radiale, distanza o una combinazione di entrambi da VOR/DME;
  • Sistema di navigazione inerziale (INS);
  • Sistema di navigazione satellitare (GNSS).

Le specifiche di navigazione d’area si suddividono in specifiche RNAV e RNP (Required Navigation Performance). Per rispettare i requisiti RNAV non sono previsti e richiesti sistemi di monitoraggio e allerta in caso di deviazione dalla rotta: questo comporta un maggior buffer di sicurezza longitudinale nella progettazione delle procedure al fine di garantire la separazione dagli ostacoli. È per questo motivo che le procedure RNAV non sono utilizzabili quando viene fornito un servizio di avvicinamento procedurale ma è necessaria una sorveglianza radar. Il DOC 9613 ICAO definisce 4 tipologie di adeguatezza dei sistemi RNAV. Le denominazioni riportano in miglia nautiche l’offset laterale massimo dalla rotta prestabilita:

  1. RNAV 10: utilizzato per la navigazione oceanica e remota;
  2. RNAV 5: chiamato anche B-RNAV (Basic), è impiegato per la navigazione di rotta e terminale;
  3. RNAV 2: utilizzato principalmente nella fasi di crociera;
  4. RNAV 1: definito come P-RNAV (Precision), grazie alla suo basso margine di errore viene utilizzato per volare tutte le rotte ATS, SIDs, STARS e fino al FAF di una procedura di avvicinamento strumentale.

Nelle specifiche RNP è invece richiesto un sistema OBPMA (On Board Performance Monitoring and Alerting) che permette di monitorare e allertare i piloti nel caso di offset dalla rotta programmata garantendo una maggiore situation awareness. Le procedure RNP consentono anche la progettazione di traiettorie curvilinee (fixed radius path) e profili verticali. Un aeromobile approvato per le specifiche RNP è automaticamente conforme anche alle specifiche RNAV. Un sistema RNP è infatti un sistema RNAV le cui funzionalità comprendono un OBPMA. In fase di progettazione delle procedure RNP i buffer di separazione laterale verso gli ostacoli sono meno rigidi: questo permette alle procedure RNP di essere molto efficienti in quanto è possibile impiegare procedure strumentali in aree non servite dalle procedure convenzionali (zone montuose ad esempio). Le procedure RNP sono considerate talmente precise che le rendono utilizzabili anche in spazi aerei dove il servizio ATC è fornito con il metodo procedurale. Il DOC 9613 ICAO suddivide le specifiche RNP in:

  1. RNP 4 e 2: utilizzate per la navigazione in rotta;
  2. RNP 1: impiegate per le procedure nelle aree terminali;
  3. RNP 0.3: utilizzate principalmente dagli elicotteri;
  4. RNP APCH: specifiche per le procedure di avvicinamento.

Le specifiche di navigazione per le procedure RNAV sono riportate in AIP Italia, nelle tabelle descrittive (per esempio AD 2 LIRF 4-3).


Procedure di avvicinamento GNSS

L’utilizzo del concetto PBN con l’impiego dei sistemi di navigazione GNSS (Global Navigation Satellite System) sta rivoluzionando le procedure strumentali di avvicinamento. Tali procedure di avvicinamento sono definite RNP APCH e per volarle l’aeromobile deve essere dotato di un sistema GNSS indipendente o multisensore che comprenda almeno un GNSS. L’indipendenza dalle radioassistenze al suolo permette di aumentare la safety eliminando eventuali procedure di circling (come è accaduto a Pisa) o inserendo procedure strumentali laddove non è possibile farlo con radioassistenze tradizionali. Ma il segnale satellitare è un dato influenzato da errori (quali rifrazione atmosferica, stima inesatta della posizione dei satelliti, performance del ricevitore etc) che deve quindi essere corretto per l’impiego nelle procedure di avvicinamento. Per rendere affidabile l’impiego di un sistema GNSS sono utilizzati metodi per un aumento dell’accuratezza:

  1. SBAS (Sattelite Based Augmentation System): sistema di incremento dell’accuratezza basato su alcune stazioni di terra che conoscono con precisione la loro reale posizione e, mettendola in relazione con quella calcolata dai sistemi GNSS, possono calcolarne l’errore. Un sistema centralizzato elabora tali errori e attraverso satelliti geostazionari trasmette specifici messaggi che consentono agli utenti di correggere la loro posizione. In Europa il sistema SBAS utilizzano è l’EGNOS.;
  2. ABAS (Aircraft Based Augmentation System): sistema di incremento dell’accuratezza a bordo. È un sistema che integra le informazioni ottenute dagli altri elementi del sistema di navigazione satellitare. La forma più comune di ABAS è il RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring). Il ricevitore posto a bordo elabora un numero di satelliti maggiore dello stretto necessario ed è in grado di scartare quei satelliti che fornissero dati non attendibili.

I requisiti RNP richiesti durante l’utilizzo delle procedure RNP APCH sono:

  • RNP 1 per il segmento iniziale, intermedio e mancato avvicinamento;
  • RNP 0.3 per il segmento finale;
  • RNP 0.1 se la procedura associata è considerata RNP AR APCH (Authorization Required). Tali procedure possono essere utilizzate solo con preventiva approvazione di ENAC.

Le tipologie di avvicinamento RNP APCH si possono suddividere in:

  • LNAV (Lateral Navigation – 2D): avvicinamento non di precisione con la guida laterale fornita da un sistema GNSS ABAS mentre la guida verticale è gestita come un tradizionale avvicinamento di non precisione (es. VOR o NDB);
  • LNAV/VNAV (Lateral Navigation/Vertical Navigation – 3D): avvicinamento non di precisione con guida verticale. La guida laterale è fornita da un sistema GNSS ABAS mentre la guida verticale è fornita dalla funzione Baro-VNAV dell’aeromobile;
  • LPV (Localizer performance with vertical guidance – 3D): avvicinamento di precisione che utilizza i segnali GNSS SBAS sia per la guida laterale che per quella verticale;

In base alla tipologia di avvicinamento cambiano ovviamente le minime OCA (Obstacle Clearance Altitude). Si può notare come la procedura RNAV pista 16L di Fiumicino può essere eseguita LNAV, LNAV/VNAV o LPV. Se viene eseguita in LNAV la OCA per aeromobili categoria A è di 510 piedi, se viene eseguita in LPV è di 290 piedi. L’esecuzione dipenderà dalle certificazioni dell’aeromobile e dell’equipaggio.

È utile ricordare come a causa di carenza di standard negli anni passati ogni Stato ha utilizzato una nomenclatura differente per le procedure RNP APCH. Si possono trovare ad esempio “RNAV (GPS) RWY XX”, “RNAV (GNSS) RWY XX” oppure “RNAV (RNP) RWY XX”. L’Italia ha implementato negli scorsi anni “RNAV (GNSS) RWY XX“. L’ICAO, con circolare 336-AN/195 del 2015, ha imposto che dal 1 dicembre 2022 tutte le procedure RNP APCH dovranno chiamarsi “RNP RWY XX” con eventuali suffissi in caso di restrizioni, come “RNP RWY XX (LPV only)”, oppure lettere identificative quando ne esistono più di una, come “RNP Y RWY XX”.

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