CC BY
51
2013
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА
№ 189
УДК 621.396.98.004.1
КРИТЕРИЙ УМЕНЬШЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ОШИБКИ В РЕЖИМЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО ЗАВИСИМОГО НАБЛЮДЕНИЯ
Д.А. ЗАТУЧНЫЙ, А.И. ЛОГВИН
В данной статье рассматривается задача уменьшения ошибки определения местоположения воздушного судна в режиме АЗН. Приводится критерий уменьшения динамической ошибки.
Ключевые слова: автоматическое зависимое наблюдение, динамическая ошибка, суммарная ошибка.
1. Введение
АЗН (автоматическое зависимое наблюдение) представляет собой метод наблюдения, в соответствии с которым ВС (воздушное судно) автоматически предоставляет информацию, полученную от бортовых навигационных систем и систем определения местоположения. На ошибку при определении местоположения ВС влияет множество факторов, технических и внешних. Следовательно, возникает задача выбора манёвра ВС с целью уменьшения этой ошибки.
2. Факторы, влияющие на динамическую ошибку в режиме АЗН
Качество функционирования системы АЗН, как приведено, например, в [1-3], может характеризоваться вероятностью Р не превышения ошибки определения местоположения ВС при АЗН АхАЗН допустимой ошибки Ахдоп с заданной величиной Рзад , то есть
Р{АХАЗН < АХдоп )> Рзад, (1)
Точность определения местоположения ВС любым навигационным средством определяется ошибкой измерения Лхи . В режиме АЗН информация о местоположении ВС, определённая на
борту с помощью СРНС, передаётся по каналу связи в центр УВД.
Первая группа факторов зависит от точности навигационных средств и характера обработки навигационной информации в бортовом пилотажно-навигационном комплексе (БПНК). Она носит случайный характер и входит в суммарную ошибку определения местоположения ВС.
Вторая группа факторов, влияющих на ошибку АхАЗН, связана с дискретностью передачи
информации о местоположении ВС. В центре УВД по переданным дискретным сообщениям путём экстраполяции восстанавливается непрерывная траектория движения ВС.
В реальных условиях ВС может осуществлять управляемый манёвр, а также подвергаться воздействию атмосферных возмущений. Возникающую при этом ошибку в определении местоположения Ахд будем называть динамической, поскольку она определяется динамикой движения ВС. При этом динамическая ошибка Ахд будет максимальной в предположении, что ВС
сразу после передачи сообщения АЗН осуществит максимально допустимый манёвр при наиболее неблагоприятном атмосферном воздействии. При движении ВС ГА по трассе единственным допустимым манёвром, не считая смены воздушного эшелона, является горизонтальный вираж, осуществляемый вводом ВС в движение по окружности путём изменения угла крена. При этом максимальная интенсивность виража определяется минимальным радиусом разворота Я0, определяемым, в свою очередь, максимально допустимым углом крена у и максимальной истинной воздушной скоростью Уи [3]
Я =
С V2 ^
и %
где % = 9,8 м / с2 - ускорение свободного падения.
Наиболее неблагоприятным атмосферным воздействием, с точки зрения влияния на боковое отклонение ВС от линии заданного пути (ЛЗП), является ветер, направленный по нормали к линии экстраполяции и имеющий наибольшую скорость. Максимальная величина бокового отклонения ВС от линии экстраполяции за время At определяется выражением [3]
(At) = Ro [cosAy - cos(Ay + J)]+UmaxAt, (3)
где Ay0 - максимально возможный угол отклонения оси ВС от линии экстраполяции в момент передачи предыдущего сообщения; JJ - максимальный угол поворота ВС за время At, определяемый выражением
jj=VA.
Rn
(4)
Umax - максимальная скорость ветра в направлении нормали к линии экстраполяции; At - время
от момента начала передачи сообщения АЗН до момента получения следующего сообщения; остальные обозначения - прежние. Пример маневрирования ВС показан на рис. 1.
A"i
Уд 1/
\ ' \ J г к tifAi
Ro уУд
A-i Ao\
to
1 г
Рис. 1. Маневрирование ВС
Другая группа факторов, влияющих на Ахазн , связана с задержкой при передаче сообщений АЗН по каналам связи т , складывающейся из задержки при распространении сигнала Т р;
3 р
задержки при обработке сообщения в аппаратуре тап; задержки при анализе тан, определяемой временем, необходимым диспетчеру центра УВД для осмысления информации, и задержки при передаче сообщения по сети связи тс, связанной с повторной передачей сообщения при обнаружении ошибок, ожиданием в очереди при перегрузке сети, коммутацией сообщений при передаче их по трафику, содержащему несколько разнородных каналов связи.
В результате задержки при передаче сообщений АЗН время экстраполяции будет возрастать и составит величину
& = Т + т3 , (5)
где Т - период обновления информации при АЗН,
Т = Т + Т + Т + Т (6)
з р ап ан с \ )
t
Критерий уменьшения динамической ошибки в режиме автоматического зависимого наблюдения
7
Соответственно будет возрастать динамическая ошибка определения местоположения ВС, что приведёт к увеличению суммарной ошибки при АЗН
Лхлзи =d*U (At). (7)
Наиболее неопределённой является задержка при передаче сообщения по сети связи tc, поскольку она зависит от многих факторов. Так, используемые обычно в каналах передачи данных коды, обнаруживая ошибки в сообщении, не позволяют их исправить. При этом возникает необходимость в повторной передаче сообщения, что удлиняет задержку на период обновления информации T, при автоматической передаче сообщений АЗН равную примерно 10 с. Вероятность такой случайной задержки определяется вероятностью сбоя в сообщении и зависит от помехоустойчивости используемого канала связи.
3. Критерий уменьшения динамической ошибки в режиме АЗН
Сделаем следующее замечание: для уменьшения суммарной ошибки при АЗН необходимо снизить два вида ошибок:
1) ошибку, связанную с погрешностью навигационной аппаратуры Dxu ;
2) динамическую ошибку определения местоположения ВС Axd (At).
Так как предполагается, что скорость ветра Umax является величиной, не зависящей от действий экипажа ВС, то уменьшить динамическую ошибку можно тремя способами:
1) уменьшить минимальный радиус разворота R0;
2) уменьшить величину cos Ay0 - cos(Ay0 + b);
3) уменьшить время от момента начала передачи сообщения АЗН до момента получения следующего сообщения.
Для уменьшения величины R0 необходимо снизить истинную скорость ВС и угол крена,
для уменьшения величины cos Ay0 - cos(Ay0 + b) необходимо уменьшить угол fb. При этом наибольший вклад в динамическую ошибку ВС вносит истинная скорость ВС, далее увеличение угла крена, а затем увеличение времени АЗН.
Представляется желательным уменьшить в первую очередь величину R0 , так как она может
возрастать до величины, соответствующей максимально возможному углу крена g = 120, а cos Ay0 - cos(Ay0 +b)£ 2. Введём обозначения:
V 2
G(Vu ,g) = R0 = ^ tgg, g
F(A y0, b) = cos A y0 - cos(A y0 + b) Сделав необходимые преобразования, получим
F(A У0, b) = 2sin b sin[A y + b] . (8)
Очевидно, что эта величина становится минимальной, если b ® 0 . Это условие совпадает с условием уменьшения минимального радиуса разворота, а также с уменьшением интервала
времени на передачу сообщения. В случае, если Ay0 » 0, то F(Ay0,b) = b||Ay0 + , а если
b2
предел отношения Ay0 к b равен нулю, то F (Ay0, b)» . Если перейти к другим переменным
V и g, сделав замену F(Ay0,b) = F(Vu , g) = At g0 , то можно сформулировать критерий,
4Vu2tg 2g
cледуя которому, экипаж ВС может уменьшить динамическую ошибку
min G(Vu ,g) ;
F (Vu ,g)<a,
где a = 0,1 - величина, берущаяся из статистических данных.
Если представить, что истинная скорость ВС есть величина относительно постоянная, то величину R можно представить в виде: R0 = C1tgg, а учитывая, что угол крена желательно минимизировать, то tgg»g и R0 = Cgg. В этом случае величина ß может быть переписана в
виде ß = C2 — . Тогда критерий уменьшения динамической ошибки (с учётом, что угол крена g
снижается до минимально допустимого значения, дающего возможность осуществлять манёвр) может быть представлен в виде
g ® min, — <
— < a. g
Таким образом, сделаем следующие выводы:
1. В общем случае динамическая ошибка АЗН зависит от истинной скорости ВС, угла крена ВС и времени от момента начала передачи сообщения АЗН до момента получения следующего сообщения.
2. Динамическая ошибка АЗН прямо пропорциональна углу крена ВС и имеет квадратиче-скую зависимость от истинной скорости ВС.
3. Для уменьшения динамической ошибки при известной истинной скорости ВС необходимо снижать угол крена ВС до уровня, удовлетворяющего ограничению соотношения между временем от момента начала передачи сообщения АЗН до момента получения следующего сообщения и углом крена.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вдовиченко В.Н. Анализ обеспеченности полётов ВС средствами связи // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Радиофизика и радиотехника. - 2000. - № 31. - C. 7-10.
2. Логвин А.И., Вдовиченко В.Н. Оценка качества функционирования каналов связи в системе УВД при случайной интенсивности радиообмена // Тезисы докладов МНТК "ГА на рубеже веков". - М.: МГТУ ГА, 2001.
- C. 170-171.
3. Вдовиченко В.Н. Связь загруженности канала передачи данных в системах УВД с ИВД // Тезисы докладов НТС Концепция создания интегрированного оборудования, навигации, посадки, связи и наблюдения. - М.: МГТУ ГА, 2001. - С. 23-24.
CRITERION OF DYNAMICAL ERROR'S DECREASE IN ADS REGIM
Zatuchny D.A., Logvin A.I.
In this paper the problem of dynamical error's decrease for definition air ship's location in ADS regim is considered. Criterion of dynamical error's decrease is formulated.
Key words: automatic dependent surveillance, dynamical error, total error.
Cведения об авторах
Затучный Дмитрий Александрович, 1970 г.р., окончил МШУ им. В.И. Ленина (1992), кандидат технических наук, доцент кафедры технической эксплуатации радиотехнических систем воздушного транспорта МГТУ ГА, автор 45 научных работ, область научных интересов - навигация, организация воздушного движения.
Логвин Александр Иванович, 1944 г.р., окончил КГУ (1966), доктор технических наук, профессор кафедры управления воздушным движением МГТУ ГА, заслуженный деятель науки РФ, академик Российской академии транспорта, автор более 500 научных работ, область научных интересов - техническая эксплуатация РЭО, радиолокация, системы УВД.
