CC BY
172Ссылка на статью:
// Радиооптика. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 05. С. 128-136.
Б01: 10.7463/п1о1*.0515.0825966
Представлена в редакцию: 07.08.2015 http://radiooptics.ru Исправлена: 26.08.2015
© МГТУ им. Н.Э. Баумана
УДК 656.7; 629.7.08
Анализ целевых направлений развития технических средств наблюдения глобальной аэронавигационной системы
ШуМОВ А. В.1' . "5Ьит_оу@тай:ги
1МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия
Радиооптика
Мировое сообщество определило основные цели и задачи развития мировой аэронавигации, что нашло свое отражение в Глобальном аэронавигационном плане ИКАО на 2013-2028 гг. и ряде международных программ, определяющих требования к перспективным техническим средствам. При этом развитие российской аэронавигационной системы, в настоящее время заметно отстающей по уровню используемых технических решений по сравнению с американским и европейским сегментами, не должно ограничиваться лишь копированием основных новшеств. Запланированные западом технические средства хоть и могут обеспечить потенциальное значительное увеличение пропускной способности как аэродромных зон, так и остального воздушного пространства Российской Федерации, но совершенно недостаточно учитывают климатические факторы, региональную специфику малых аэропортов России и вопросы безопасности. Перспективным средством решения таких задач является на сегодняшний день использование многоспектральных систем наблюдения, использующих как сигналы от радиолокационных, так и оптико-электронных средств видимого и инфракрасного диапазонов.
Ключевые слова: аэронавигация, траектория, радиолокация, диспетчерский пункт, система наблюдения
Введение
Глобальный аэронавигационный план ИКАО на 2013-2028 гг. определяет концепцию развития мировой аэронавигационной системы, а также содержит указания о технологиях наземных и бортовых радиоэлектронных средств следующего поколения, которые будут использоваться во всем мире [1]. В соответствии с Глобальным аэронавигационным планом ИКАО рядом государств - членов ИКАО реализуются программы совершенствования их аэронавигационных систем. Основную роль на мировой арене здесь играют программы SESAR в Европе и NextGen в США. Остальные
государства, в том числе Российская Федерация, в настоящее время увязывает свои мероприятия с глобальным планом и программами с целью обеспечения глобальной интеграции своих аэронавигационных решений.
Поскольку европейская система организации воздушного движения работает на пределе своих возможностей (воздушное пространство сильно фрагментировано, аэронавигационные службы и системы недостаточно интегрированы и базируются на технологиях, работающих на пределах своих возможностей) и с целью удовлетворения постоянно растущего спроса на воздушные перевозки участники европейской системы ОрВД пришли к сотрудничеству в рамках программы SESAR (Single European Sky ATM Research - Исследование системы ОрВД Единого европейского неба) [2-4]. Долгосрочная цель программы состоит в том, чтобы разработать систему ОрВД нового поколения, способную обеспечить безопасность и пропускную способность воздушного транспорта на последующие 30 лет.
К числу основных ожидаемых функциональных изменений возможностей ОрВД воздушных судов в период от настоящего времени до 2025 г. и далее относится поддержка четырехмерных траекторий и особых типов захода на посадку с оптимизированными криволинейными траекториями и траекториями со смещением.
В настоящее время идет этап развёртывания - Deployment phase (2014-2020г.г.), на котором будет развёрнуты полномасштабное производство и внедрение новой инфраструктуры системы организации воздушного движения.
Ключевым постулатом развития мировой системы ОрВД является переход к PBN -навигации, основанной на характеристиках.
1. Развитие навигации
1.1 Навигационные спецификации RNAV и RNP
Применение VOR позволило создать наземную сеть радионавигационных средств, на основе которой в свою очередь была построена сеть воздушных трасс. Воздушные трассы строго привязаны к наземным средствам, так как при этом традиционном способе навигации воздушное судно осуществляет навигацию посредством пролета над наземным средством либо же по пересечению траектории (рис. 1а) [6].
а) б)
Рис. 1. Навигация: традиционная (а), RNAV (б), RNP (в) [3]
в)
Следующим за традиционным способом навигации стал метод зональной навигации RNAV, который позволяет воздушному судну осуществлять навигацию по любой горизонтальной траектории полета как в пределах зон действия наземных средств, так и в пределах допустимых точностных характеристик бортовых навигационных средств, либо при их совместном использовании. RNAV стала возможной по мере появления спутниковых средств навигации GNSS, а также за счет усовершенствования бортовых инерционных средств навигации INS. Зональная навигация позволяет осуществлять полеты по точкам на трассе, не привязанным к наземным радионавигационным средствам, что значительно повышает гибкость дизайна воздушных трасс (рис. 1б).
С добавлением к RNAV функциональной возможности мониторинга требуемых навигационных характеристик - RNP, стала возможной еще большая оптимизация использования воздушного пространства (рис. 1в). Мониторинг эксплуатационных характеристик и выдача предупреждений на борту ВС указывают на нахождение ВС в заданных точностных пределах.
На рис. 2 представлены варианты применения навигационной спецификации по этапам полета.
Навигационная спецификация Этап полёта
Маршрут (Океан.] Маршрут (кОнТин.) Прибытие Заход на посадку Вылет
Начальн. 9ТАП Промежут. этап Конечный этап У к од на второй круг
10 10
5 5
2 2 2
НИЛУ 1 1 1 1 1 1 1
4
1*МР2 2 2
1 1 1 1 1
А-(МР 2 2 или 1 1 1 1 0,3 1 1
НИРАРСН 1 1 0,3 1
1ШР АНАРСН 1-0,1 1-0,1 0,3-0,1 1-0,1
Рис. 2. Применение навигационной спецификации по этапам полета [7]
Основное различие систем заключается в том, что в КЫР в отличие от RNAV есть требование осуществлять контроль за выдерживанием характеристик и выдавать предупреждения. Применение спецификаций зональной навигации резко улучшило навигационную обстановку в аэродромной зоне (рис. 3).
Рис. 3. Траектории захода на посадку в аэропорту Чикаго: слева - с применением традиционных средств
навигации, справа - с применением КЫР1 [8]
1.2. Навигация, основанная на характеристиках
ИКАО сосредоточила свои усилия на разработке и внедрении навигации, основанной на характеристиках (PBN), производства полетов в режиме непрерывного снижения (CDO), производства полетов в режиме постоянного набора высоты (ССО) и на оптимизации использования ВПП на основе установления очередности (AMAN/DMAN) [1].
Достигнутый прогресс в части заходов на посадку по PBN ИКАО призвала государства внедрять схемы захода на посадку по PBN с использованием требуемых навигационных характеристик (RNP) с вертикальным наведением (APV) с применением спутниковой системы функционального дополнения (SBAS) или с барометрической вертикальной навигацией (Baro-VNAV).
Усовершенствованная RNP (А-RNP) обеспечит единое квалификационное требование в отношении воздушных судов для всех видов аэродромных и маршрутных операций. А-RNP включает требования RNP 0,3 на конечном этапе захода на посадку, RNP 1 на всех других этапах в районе аэродрома и на континентальных маршрутах, полет в зоне ожидания по RNAV и функциональные возможности выдерживания дуги постоянного радиуса до контрольной точки (RF) за пределами конечного этапа захода на посадку в воздушном пространстве аэродрома (рис. 4).
BLOCK 0
BLOCK 1
BLOCK 2
BLOCK 3
En route Oceanic and Remote Continental
RNAV 10 (RNP 10) RNP 4 RNP2
Enroll te Continental
RNAV5 RNP2
RNAV 2 RNAV 1
Advanced RNP
RNP 0.3 HslicepwrorUrl
Terminal Airspace: RNAV 1 Arrival & Departure Basic RNP1
Advanced RNP
RNP 0.3 «юор».ony>
Approach
RNP APCH (SBAS: LPV, BARO VNAV: LNAV/VNAV, Basic GNSS: LNAV)
RNPARAPCH {wtere beoetcial)
Migration path based on Region/State requirements
Рис. 4. Навигация, основанная на характеристиках (РВ№): Маршрутное, океаническое и удаленное континентальное воздушное пространство. Маршрутное, континентальное воздушное пространство. Воздушное пространство районов аэродромов: прибытие и вылет. Заход на посадку [1]
Для выполнения полетов по маршруту будет использоваться RNP 2 - в океаническом и удаленном воздушном пространстве, а также RNP 1 - в континентальном воздушном пространстве.
Предполагается, что развитие PBN будет включать вылеты по RNP AR (санкционируемые требуемые характеристики) и новые варианты А-RNP, в том числе управление временем прибытия в аэродромном воздушном пространстве, полеты с совершенствованием вертикальной навигации и улучшение навигационных характеристик при полете в зоне ожидания.
В настоящее время проработка PBN ведется в сторону согласования требований к продольным и боковым характеристикам (т.е. 2D) для спецификаций RNAV и RNP, а в будущем ожидается включение операций на основе использования 4D-траекторий полета. Хотя реализация PBN по-прежнему будет основываться как на спецификациях RNAV, так и на RNP, основная роль отводится новым спецификациям RNP.
1.3. Четырехмерные (4D) траектории
Дальние планы развития УВД предполагают, что самолеты будут летать по точным четырехмерным (4D) траекториям. Процедуры управления, полностью основанные на пространственно-временных 4D-траекториях (TBO, Trajectory-Based Operations) потребуют от оператора самолета и диспетчеров воздушного движения согласовывать 4D-траекторию полета от взлета до посадки, сопровождая и обновляя ее в ходе полета ВС.
Программой SESAR предусмотрены новые способы эшелонирования, которые будут включать Диспетчерские разрешения на полет по точной траектории (РТС). В каждом РТС воздушное судно будет выдерживать свою траекторию с оговоренными параметрами удержания. Программой SESAR предусматриваются:
- двухмерные маршруты (PTC-2D) с удерживанием в горизонтальной плоскости;
- трехмерные маршруты (PTC-3D) с удерживанием в горизонтальной и вертикальной плоскостях;
- четырехмерные маршруты (PTC-4D), определяющие требования по выдерживанию траектории во всех четырех измерениях. Разрешение на использование четырехмерных маршрутов будет применяться в отношении определенного времени (например, в течение 30 мин.).
1.4. Планируемые технические средства реализации PBN
GNSS является основным техническим средством, наличие которого обеспечило возможность разработки PBN (рис. 5) [7]. SBAS, основанная на использовании GPS, имеется в Северной Америке (WAAS), Европе (EGNOS) и Японии (MSAS), в ближайшее время она будет использоваться в Индии (GAGAN) и России (SDCM). На данный момент (преимущественно в Северной Америке) внедрено несколько тысяч схем захода на посадку с использованием SBAS. Как правило SBAS обеспечивает выполнение схем
захода на посадку с вертикальным наведением (APV), однако эта система может также обеспечивать точные заходы на посадку (категория I). Однако влияние ионосферы создает трудности для обеспечения SBAS точных заходов на посадку в экваториальных регионах при использовании одночастотной GPS.
Рис. 5. Навигация: инструменты реализации, функциональные возможности (обычные средства - PBN, спутниковые средства - точный заход на посадку) [1]
В Российской Федерации эксплуатируется основанная на GPS и ГЛОНАСС система GBAS CAT I, а в некоторых аэропортах ряда государств - основанная на GPS. В настоящее время эксплуатационную проверку проходят SARPS для GBAS САТ II/III. Для GBAS также характерно наличие проблем при обеспечении точных заходов на посадку с высокой степенью готовности, особенно, как уже было отмечено, в экваториальных регионах.
В глобальном масштабе широко используются обычные навигационные средства (VOR, DME, NDB, ILS), и большинство воздушных судов оснащены соответствующим бортовым радиоэлектронным оборудованием. Уязвимость сигналов GNSS для помех привела к выводу о необходимости использования альтернативных решений предоставления навигационного обслуживания в качестве средств резервирования GNSS.
С внедрением PBN полеты на основе зональной навигации будут производиться повсеместно. DME является наиболее приемлемым обычным средством для обеспечения зональной навигации (при наличии на борту возможностей мультилатерации DME).
Аналогичным образом, ILS, которая по-прежнему широко используется, будет обеспечивать, альтернативные возможности выполнения заходов на посадку и посадок в случае отказа GNSS.
Наибольший риск, связанный с обеспечением GNSS, является для случая преднамеренных помехи или отказа в обслуживания, и, здесь требуются механизмы резервирования. Переход к операциям, основанным на GNSS, приведет к выводу из эксплуатации традиционных навигационных средств (VOR, NDB/ADF).
1.5. Навигационное поле России
Основу навигационного поля Российской Федерации при полетах по маршрутам составляют приводные радиостанции (NDB) [9]. Кроме того, навигация осуществляется с помощью всенаправленных азимутальных ОВЧ-радиомаяков VOR и всенаправленных ультравысокочастотных радиомаяков дальномерных DME, которые, как правило, установлены на совмещенных позициях в районе аэродрома. Однако, поле VOR/DME полностью не перекрывает воздушное пространство Российской Федерации в особенности в малонаселенных и труднодоступных районах севера России. Для полетов по воздушным трассам применяется глобальная навигационная спутниковая система.
Навигационное поле в районе аэродромов характеризуется наличием поля VOR/DME в ряде международных аэродромов, аэродромов федерального значения и аэродромах с высокой интенсивностью воздушного движения. Практически все аэродромы Российской Федерации оснащены NDB, расположенных на продолжении осевой линии ВПП, что позволяет осуществлять неточный заход на посадку с использованием двух NDB. Для осуществления точных заходов на посадку практически все международные аэропорты оснащены радиомаячной системой инструментального захода ВС на посадку (системами посадки по приборам ILS). Кроме этого, системами ILS оснащены аэропорты федерального значения и ряд крупных аэропортов.
В настоящее время использование DME/DME для процедур RNAV в Российской Федерации пока не используется [9]. Предполагается в ближайшее время установить необходимое количество DME для использования метода DME/DME в аэропортах Московской воздушной зоны (Домодедово, Шереметьево, Внуково) и ряде других крупных международных аэропортах (рис. 6).
Траектории по планам полетов Фактические траектории
Рис. 6. Траектории полетов в Московской воздушной зоне (80 минут наблюдения) [10]
В соответствии с приказом Министерства транспорта Российской Федерации от 09 ноября 2010 года № 242 утверждены следующие типы RNP для маршрутов зональной навигации [11]:
RNP-10 -для полетов воздушных судов по трассам зональной навигации над акваторией Северного Ледовитого океана и других открытых вод, где Российская Федерация ответственна за ОрВД, а также трассам, расположенным в удаленных континентальных районах со слаборазвитой инфраструктурой ОрВД на базе навигации, основанной на применении автономной бортовой системы навигации и ГНСС;
RNAV-5 -для полетов воздушных судов по маршрутам зональной навигации в континентальных районах на базе навигации, основанной на применении автономной бортовой системы навигации, VOR/DME, DME/DME и ГНСС;
RNAV-1 -для полетов воздушных судов по маршрутам зональной навигации в районе аэродрома на базе навигации, основанной на DME/DME и ГНСС.
Ведутся активные проработки по дополнению вышеприведенного перечня указанием типов требуемых навигационных характеристик для этапа захода на посадку RNP APRH, RNP AR-для захода на посадку на базе навигации, основанной на DME/DME и GNSS.
2. Развитие наблюдения
Наблюдение играет важную роль в системе воздушных перевозок. От способности точно определять, отслеживать и обновлять информацию о местоположении воздушных судов прямо зависит минимальное расстояние, которое должно выдерживаться между воздушными судами (т. е. нормы эшелонирования), и следовательно, эффективность использования участка воздушного пространства [12].
2.1. Планы развития средств наблюдения
Программа SESAR после 2020 года выделяет четыре основных принципа наблюдения [3]:
- независимое не кооперативное наблюдение с помощью первичных радиолокаторов (PSR) - будет продолжать использоваться, как необходимо для обеспечения безопасности полетов и авиационной безопасности, а также обнаружения ВС с выключенным транспондером или неопознанных транспортных средств.
- кооперативное независимое наблюдение, которое обеспечивает основной способ наблюдения в 2020 году, основанный на SSR режиме или WAM (широкозонное многопозиционное). WAM включает использование наземных неподвижных антенн вместо экономически невыгодного вращающегося (радиолокационного) оборудования;
- кооперативное зависимое наблюдение - основано на предоставлении воздушным судном своего местоположения, высоты, позывного и других параметров посредством линии передачи данных, и полностью зависящего от работы систем воздушного судна;
- наблюдение «воздух — воздух»: на основе ADS-BIn/Out.
По плану ИКАО [1] совместное наблюдение будет осуществляться в основном на основе имеющихся в настоящее время технических средств с использованием полос радиочастот 1030/1090 МГц (ВОРЛ, режима S, WAM и ADS-B) (рис. 7).
г SURVEILLANCE BLOCK 0 es BLOCK 1 BLOCK 2 BLOCK 3
GROUND-BASED t t PSR
BO-ASUR, BO-SN ET B1-SN ET
Рис. 7. Наблюдение с помощью наземных средств [1]
Сильно возрастет значение бортового компонента системы наблюдения, планируется постепенная передача функций, выполняемых наземным оборудованием, бортовым системам. Произойдет активное развертывание систем совместного наблюдения: ADS-B, MLAT, WAM.
Начинают появляться первые системы общесистемного управления информацией -SWIM [13]: все элементы сети ОрВД в необходимых масштабах будут обмениваться информацией о траекториях, начиная с этапа разработки траекторий, а затем в ходе полета и реализации мероприятий после его завершения. Процессы планирования ОрВД, совместного принятия решений и выполнения тактических операций будут всегда основываться на использовании самых последних и наиболее точных данных о траектории. Каждое воздушное судно станет элементом сети SWIM с полномасштабной интеграцией бортовых систем (рис. 8).
V BLOCK 0 BLOCK 1 1 BLOCK 2 BLOCK 3
SWIM С ON OPS SWIM G-G SWIM A-G
SWIM B1 RCE. DAIM. SWIM SWIM (Ground-Ground): Fight Intent* before departure, ATM information exchanges
B2-FICE SWIM (Ground-Ground» Inter-Centre coordination
B2-SW1M SWIM (Ajr-Groundf. Aircraft integration
ATM Information Reference and Service Model, Common Governance, ISO, OGC, etc
Рис. 8. Общесистемное управление информацией (SWIM) [1]
Ожидается, что в распоряжение органов ОВД поступят мультистатические первичные обзорные радиолокаторы (МПОРЛ), а их развертывание обеспечит получение значительной экономии.
Планируются к активному внедрению дистанционно управляемые аэродромные диспетчерские пункты, использующие средства дистанционного визуального наблюдения.
Начнется применение систем ADS-B для обеспечения основных функций эшелонирования (делегированная функция) с использованием бортового оборудования. Система ADS-B будет использоваться для обеспечения самоэшелонирования в ограниченных масштабах в удаленном и океаническом воздушном пространстве.
Планируется, что объем использования первичных радиолокаторов будет постепенно уменьшаться, поскольку они будут заменяться средствами совместного (кооперативного) наблюдения.
2.2. Аэропортовое наземное движение
Усовершенствованная система управления и контроля за наземным движением A-SMGCS [14] обеспечивает наблюдение и выдачу предупреждений о движении как воздушных судов, так и наземных транспортных средств на территории аэродрома, тем самым повышая уровень безопасности на любом аэродроме.
A-SMGCS улучшает доступ к тем участкам зоны маневрирования, которые скрыты от обзора аэродромного диспетчерского пункта в плане движения наземных транспортных средств и воздушных судов, что также позволяет повысить пропускную способность аэродрома в периоды пониженной видимости. A-SMGCS уменьшает количество несанкционированных выездов на ВПП.
ADS-B APT, как элемент системы А-SMGCS, обеспечивает ситуативную осведомленность диспетчера о движении, при этом наличие данных зависит от уровня оснащенности воздушных судов и наземных транспортных средств.
В настоящее время, на основе положений ИКАО, Евроконтроль определил два функциональных уровня системы A-SMGCS:
- первый уровень обеспечивает идентификацию ВС на площади аэродрома и оснащенных ответчиками автомашин в зоне маневрирования;
- второй уровень предусматривает функции оповещения диспетчера в случае проникновения ВС или транспортных средств в заранее определенную зону маневрирования в районе ВПП.
В стадии разработки находятся:
- третий уровень, где планируется добавление маршрутизации;
- четвёртый уровень, где планируется добавление ситуационной осведомленности, «каждый видит каждого».
2.3. Дистанционно управляемые аэродромные диспетчерские пункты RTC
Основными пользователями услуг одиночных или групповых дистанционно управляемых аэродромных диспетчерских пунктов «Удаленных вышек» являются небольшие региональные аэропорты, которые в настоящее время вынуждены функционировать в нерентабельных условиях. Также RTC целесообразно размещать в средних и крупных аэропортах как резервное средство наблюдения.
Наиболее выгодно предоставление дистанционного диспетчирования сразу нескольким региональным аэропортам с одного (главного) диспетчерского центра (рис. 9, 10). Системы синтетического видения в видимом и инфракрасном диапазонах спектра могут обеспечить возможность работы в круглосуточном режиме в широком диапазоне погодных условий. Здесь следует понимать, что тем не менее имеются серьезные ограничения по применению таких систем в условиях интенсивного дождя, снега, тумана
[15].
Contingency Solution
Рис. 9. Схема применения RTC [15]
Впервые в мире реализация RTC началась в 2011 году в Швеции. В системе дистанционно управляемого аэродромного диспетчерского обслуживания «SAAB Remote Tower System» используется множество камер высокого разрешения, микрофонов, сигнальных огней и метеорологических сенсоров, установленных у взлетно-посадочной
полосы. Совместный Центр дистанционного управления диспетчерским пунктом вышки (RTC, Remote Tower Center), расположенный в Аэропорту Sundsvall, получил разрешение на обслуживание воздушного движения полетов для двух аэропортов в Швеции - на аэродромах Sundsvall и Örnsköldsvik (расстояние между аэродромами по прямой линии -123,09 км). Воздушное движение в аэропортах Sundsvall и Örnsköldsvik управляется из совместного Центра дистанционного управления диспетчерским пунктом вышки, расположенного в Аэропорту Sundsvall.
Рис. 10. Состав оборудования RTC [15]
Известно, что большой объем подобных разработок осуществляется в других государствах и регионах ИКАО, в частности в США, Канаде и Австралии. При наличии некоторых различий общие концепции в целом совместимы с европейскими на основе разрабатываемого под эгидой ИКАО глобального подхода к вопросу о дистанционном управлении аэродромным диспетчерским обслуживанием.
В 2011-2014 г.г. в Европейской аэронавигационной системе проведены проверочные эксплуатационные испытания технологий дистанционного управления воздушным движением в районе аэродрома, в том числе в рамках Программы SESAR в традиционных эксплуатационных условиях УВД в Швеции, Норвегии и в Германии, и планируется развертывание перспективных систем RTC.
3. Применимость планируемого комплекса технических решений реализации систем наблюдения для российского сегмента
3.1. Планируемый ИКАО комплекс технических средств наблюдения за воздушным
движением
Система авиационного наблюдения обеспечивает предоставление данных о местоположении воздушных судов и других объектов в службу ОрВД и/или авиационным пользователям. В большинстве случаев система дает пользователю информацию о том, «кто», «где» и «когда» находится, дополнительно могут представляться данные о горизонтальной и вертикальной скоростях.
В ИКАО планируются следующие инфраструктурные и технические решения для построения систем наблюдения:
- для районного диспетчерского обслуживания - системы зависимого наблюдения ADS-C (в первую очередь в океанических и удаленных районах), вторичные обзорные радиолокаторы (ВОРЛ), WAM и ADS-B, в виде исключения рассматривается использование совместно с ВОРЛ первичных радиолокаторов;
- для диспетчерского обслуживания подхода - первичный радиолокатор, ВОРЛ, системы мультилатерации (WAM) и ADS-B, также лля наблюдения за воздушными судами при заходе на посадку на близкорасположенные параллельные ВПП предусмотрено использование РЛС с электронным сканированием;
- для целей аэродромного диспетчерского обслуживания - первичный радиолокатор, средства мультилатерации и ADS-B, а также другие системы наблюдения (датчики миллиметрового диапазона, видеосистемы и др.).
Здесь важно понимать, что количество первичных радиолокаторов в соответствии с Глобальным аэронавигационным планом ИКАО на 2013-2028 гг. планируется резко сократить [1].
Для организации наземного движения транспорта на аэродроме будет использоваться концепция A-SMGCS. Важнейшей функцией системы A-SMGCS является осуществление наблюдения за ВС на поверхности аэродрома, включая начальный и заключительный этапы полета, при этом должна быть обеспечена идентификация и установление местоположения всех участников движения с требуемой частотой обновления и, при необходимости, определение скорости и направления движения.
Поскольку приоритет отдается системам кооперативного наблюдения, все объекты должны быть оборудованы средствами передачи в систему A-SMGCS идентификационных данных и данных о местоположении. Важно также наличие средств наблюдения, позволяющих системе обнаруживать некооперативные цели, прежде всего препятствия и посторонние предметы (FOD).
Необходимо обеспечить обнаружение различных деталей самолетов, забытые инструменты, нанесенный ветром мусор, животные и птицы - все это может представлять опасность для воздушного судна. Системы, подходящие для обнаружения FOD, включают
радиолокационные станции обзора летного поля (РЛС ОЛП) миллиметрового диапазона и оптико-электронные системы. От этих средств требуется высокая разрешающая способность и адекватная частота обновления данных
Предполагается использование системы наблюдения для наведения воздушного судна на ВПП на конечном этапе захода на посадку при неблагоприятных погодных условиях. Для обеспечения наведения воздушного судна по глиссаде система наблюдения должна обладать повышенными точностными характеристиками и располагать информацией об абсолютной высоте воздушного судна. Раньше для этого использовались специальные радиолокаторы - PAR, который в российский нормативных документах называется «посадочный радиолокатор» или «ПРЛ», в глобальном аэронавигационном плане эта роль практически полностью переводится на средства спутниковой навигации и вторичной радиолокации.
3.2. Основные недостатки предлагаемых технических решений применительно к
российским условиям эксплуатации
Как было от мечено выше, вся мировая аэронавигационная система движется в стороны повсеместного перехода на системы зависимого наблюдения, основанными на информации спутниковых данных, а в качестве резервной системы рассматриваются в основном системы вторичной радиолокации. Тем не менее, в документах ИКАО и, в частности, европейской программы SESAR отмечается, что построенная на таких технических решения система требует безусловного резервирования. Очевидна уязвимость сигналов GNSS для помех, причем здесь следует учитывать и преднамеренные помехи. Возможны также отказы бортового оборудования.
Как было отмечено выше, АЗН планируется использовать и как средство навигации, и как средство наблюдения, однако традиционно служба УВД требовала использовать раздельные и независимые системы навигации и наблюдения, что обеспечивает надежное резервирование в случае отказа одной из систем.
При использовании в качестве единственного средства наблюдения, ADS-B по существу объединяет бортовые функции навигации и наблюдения. Как следствие этого, потерю навигационной возможности нельзя будет компенсировать за счет только ADS-B, поскольку служба УВД потеряет наблюдение и поэтому не сможет предоставлять соответствующую информацию.
Возможен также крайне опасный скрытый отказ навигационной системы, приводящий, например, к постепенному накоплению ошибки, которая может не быть обнаружена, поскольку как пилот, так и наземный диспетчер, будут использовать по сути один и тот же информационный канал.
Безусловно, в качестве части технических средств, обеспечивающих резервирование систем зависимого наблюдения, как и предусмотрено глобальным планом ИКАО, могут выступить системы MLAT. Однако данные системы требуют наличия правильно работающего бортового оборудования, т.е такое комплексное решение не отменяет основные проблемы АЗН:
- отсутствие в описанной системе АЗН+MLAT информации от независимого и надежного источника при намеренном искажении информации о местоположении;
- отсутствие какого-либо сигнала от необорудованных (в том числе и умышленно) малых ВС;
- отсутствие информации о ВС с неисправным бортовым оборудованием.
Глобальный план ИКАО здесь предусматривает сопряжение с оптико-электронными
системами, которые должны обеспечить выполнение функции независимого наблюдения в наиболее сильно нагруженной и ответственной зоне аэродрома, однако, как было показано выше, их характеристики по обнаружению объектов крайне резко падают в условиях тумана, дождя и снега, которые являются совершенно обыденными для абсолютного большинства российских аэропортов и фактически сводят на нет основные достоинства таких систем.
Из всего вышесказанного следует вывод о необходимости наличия средств первичной радиолокации в перспективных системах наблюдения, которые и обеспечат требуемое резервирование в случаях:
- проникновения некооперативных целей;
- отказа приемоответчика;
- в сложных метеоусловиях.
Также не следует забывать о вопросах национальной безопасности.
Заключение
Развитие аэронавигационной структуры России невозможно без согласования с программами развития ведущих мировых сегментов - американского и европейского. Необходимость развития экономики регионов обуславливает растущие потребности в увеличении деловой активности гражданской авиации. С целью устранения возникшего существенного отставания России как в технических средствах, так и в процедурах ОрВД в своем воздушном пространстве необходимо активное внедрение новых технологий навигации и наблюдения.
Однако запланированные западом технические средства хоть и могут обеспечить потенциальное значительное увеличение пропускной способности как аэродромных зон, так и остального воздушного пространства Российской Федерации, но совершенно недостаточно учитывают климатические факторы, региональную специфику малых аэропортов России и вопросы безопасности. Перспективным средством решением таких задач является на сегодняшний день использование многоспектральных систем наблюдения, использующих как сигналы от радиолокационных, так и оптико-электронных средств видимого и инфракрасного диапазонов.
Статья выпущена в рамках НИОКТР "Реализация комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства радиолокационного комплекса для системы управления воздушным движением с удаленной диспетчеризацией", выполняемой МГТУ им. Н.Э. Баумана совместно с ОАО «РТИ» в рамках комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства, в целях реализации постановления Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 218 «О мерах
государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений, государственных научных учреждений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства», при финансовой поддержке по проекту Министерства образования и науки Российской Федерации.
Список литературы
1. Глобальный аэронавигационный план на 2013-2028 гг. Международная организация гражданской авиации. Монреаль. 2013. 147 с.
2. ЭТАП ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЕКТА SESAR. Отчет D1: Структура воздушного транспорта. Текущая ситуация. DLM-0602-001-03-00. SESAR Consortium 2006. 105 с.
3. Этап определения проекта SESAR Отчет D3: Целевая концепция ОрВД DLM-0612-001-02-00 SESAR Consortium 2007.
4. SESAR Master Plan D5. DLM-0710-001-02-00 SESAR Consortium 2008. 123 с.
5. Сайт FAA. Режим доступа: http://www.faa.gov/news/testimony/images/Figure1.jpg (дата обращения 20.11.2014).
6. Правила аэронавигационного обслуживания. Международная организация гражданской авиации. Монреаль: ИКАО. 2007. 481 с.
7. Руководство по навигации, основанной на характеристиках (PBN). Международная организация гражданской авиации. Монреаль. 2013. 444 с.
8. Липин А.В. Внедрение зональной авиации в России. Режим доступа: http://www.atminst.ru/up_files/doklad_9.pdf (дата обращения 20.11.2014).
9. Опыт разработки схем для применения процедур PBN // Доклад. Режим доступа: http://www.atminst.ru/up_files/doklad_rozeinzon%20_%20pbn_seminar%2024-09-13.pdf (дата обращения 20.11.2014).
10. Бобряков В., Мутовкин В. Управление воздушным движением: Какая АС нужна России? Режим доступа: http://gov.it-cnews.com/reviews/index.shtml?2008/09/05/316444_2 (дата обращения 20.11.2014).
11. Приказ Министерства транспорта Российской Федерации № 242. от 09.11.2010 «Об утверждении типов требуемых навигационных характеристик для маршрутов зональной навигации» (Зарегистрировано в Минюсте России 09.12.2010 №19144) // "Российская газета". №283. 15.12.2010.
12. Руководство по авиационному наблюдению. Международная организация гражданской авиации. Монреаль: ИКАО. 2012. 336 с.
13. Руководство по полетам и потокам движения: информация для совместного использования воздушного пространства (FF-ICE). Международная организация гражданской авиации. Монреаль: ИКАО. 2012. 172 с.
14. Руководство по усовершенствованным системам управления наземным движением и контроля за ним (A-SMGCS). Международная организация гражданской авиации. Монреаль: ИКАО. 2004. 100 с.
15. Сайт компании Frequentis. Режим доступа: www.frequentis.com (дата обращения 20.11.2014).
Radiooptics
Radiooptics of the Bauman MSTU, 2015, no. 05, pp. 128-136.
DOI: 10.7463/rdopt.0515.0825966
Received: 07.08.2015
Revised: 26.08.2015
http://radiooptics.ru © Bauman Moscow State Technical Unversity
Analysing the Target Surveillance Technology Development Trends of the Global Air Navigation System
A.V. Shumov
1,*
5hum_oviSmailju
1Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia
Keywords: air navigation, trajectory, radar, control station, monitoring system
The ICAO 2013-2028 Global Air Navigation Plan defines a development concept of the global air navigation system, as well as provides guidance on technologies of ground and airborne radio-electronic systems of the next generation to be used across the the globe. In accordance with the ICAO Global Air Navigation Plan a number of states - members of the ICAO implement programs to improve their air navigation systems. The SESAR program in Europe and the NextGen one in the United States play a main role on the world stage. Other countries, including the Russian Federation, are currently aligning their activities with the global plans and programs to ensure integration of their global aeronautical solutions.
Within the period to 2025 and further the main expected functional changes of the aircraft ATM capabilities are to provide support for the four-dimensional paths and specific types of landing approach, i.e. optimized curved approach and offset paths. Now a Deployment phase (2014-2020) is under way to deploy a full-scale production and implement a new infrastructure of the ATM system. A key tenet of the global ATM system development is the transition to the PBN.
The aeronautical structures of Russia cannot be developed without the consent with development programs of leading segments - American and European. The need to develop regional economies causes the growing demand for increased business activity of the civil aviation. Active introduction of new navigation and surveillance technologies are necessary to bridge the substantial Russia's gap both in technology and in ATM procedures in its airspace.
However, the planned West technologies may provide a potentially significant increase in capacity both of the aerodrome zones and of the rest airspace of the Russian Federation, but their capability of taking in consideration the climatic factors, regional specificity of small airports in Russia, and security issues is absolutely insufficient. A promising way to solve such problems is
to use multispectral surveillance systems, using the signals both from radar and from optoelectronic systems of visible and infrared ranges.
References
1. Global'nyj ajeronavigacionnyj plan na 2013-2028 gg. Mezhdunarodnaja organizacija grazhdanskoj aviacii. Monreal'. 2013. 147 s.
2. JeTAP OPREDELENLJa PROEKTA SESAR. Otchet D1: Struktura vozdushnogo transporta. Tekushhaja situacija. DLM-0602-001-03-00. SESAR Consortium 2006. 105 s.
3. Jetap opredelenija proekta SESAR Otchet D3: Celevaja koncepcija OrVD DLM-0612-001-02-00 SESAR Consortium 2007.
4. SESAR Master Plan D5. DLM-0710-001-02-00 SESAR Consortium 2008. 123 s.
5. Sajt FAA. Rezhim dostupa: http://www.faa.gov/news/testimony/images/Figure1.jpg (data obrashhenija 20.11.2014).
6. Pravila ajeronavigacionnogo obsluzhivanija. Mezhdunarodnaja organizacija grazhdanskoj aviacii. Monreal': LKAO. 2007. 481 s.
7. Rukovodstvo po navigacii, osnovannoj na harakteristikah (PBN). Mezhdunarodnaja organizacija grazhdanskoj aviacii. Monreal'. 2013. 444 s.
8. Lipin A.V. Vnedrenie zonal'noj aviacii v Rossii. Rezhim dostupa: http://www.atminst.ru/up_files/doklad_9.pdf (data obrashhenija 20.11.2014).
9. Opyt razrabotki shem dlja primenenija procedur PBN // Doklad. Rezhim dostupa: http://www.atminst.ru/up_files/doklad_rozeinzon%20_%20pbn_seminar%2024-09-13.pdf (data obrashhenija 20.11.2014).
10. 10. Bobrjakov V., Mutovkin V. Upravlenie vozdushnym dvizheniem: Kakaja AS nuzhna Rossii? Rezhim dostupa: http://gov.it-
cnews.com/reviews/index.shtml?2008/09/05/316444_2 (data obrashhenija 20.11.2014).
11. Prikaz Ministerstva transporta Rossijskoj Federacii № 242. ot 09.11.2010 «Ob utverzhdenii tipov trebuemyh navigacionnyh harakteristik dlja marshrutov zonal'noj navigacii» (Zaregistrirovano v Minjuste Rossii 09.12.2010 №19144) // "Rossijskaja gazeta". №283. 15.12.2010.
12. Rukovodstvo po aviacionnomu nabljudeniju. Mezhdunarodnaja organizacija grazhdanskoj aviacii. Monreal': LKAO. 2012. 336 s.
13. Rukovodstvo po poletam i potokam dvizhenija: informacija dlja sovmestnogo ispol'zovanija vozdushnogo prostranstva (FF-ICE). Mezhdunarodnaja organizacija grazhdanskoj aviacii. Monreal': LKAO. 2012. 172 s.
14. Rukovodstvo po usovershenstvovannym sistemam upravlenija nazemnym dvizheniem i kontrolja za nim (A-SMGCS). Mezhdunarodnaja organizacija grazhdanskoj aviacii. Monreal': LKAO. 2004. 100 s.
15. Sajt kompanii Frequentis. Rezhim dostupa: www.frequentis.com (data obrashhenija 20.11.2014).
