CC BY
72
УДК 621.396
О НЕКОТОРЫХ СПОСОБАХ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ОТОБРАЖЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КООРДИНАТ ВОЗДУШНОГО СУДНА
В.И. ВДОВИЧЕНКО
Статья представлена доктором физико-математических наук, профессором Козловым А.И.
Рассматриваются некоторые способы повышения точности отображения пространственных координат воздушного судна.
Ключевые слова: точность отображения информации, безопасность полетов.
Одной из важных характеристик средств контроля полета воздушного судна является точность отображения фактической высоты полета на участках с переменным профилем высоты, которая постоянно контролируется диспетчером путем непосредственного запроса экипажа.
Для уменьшения погрешности отображения местоположения ВС в процессе набора высоты (снижения) в СОИ можно воспользоваться методом корректировки местоположения метки ВС.
Пусть ВС следует из точки А в находящуюся от нее на расстоянии £ точку В с набором высоты от 3000 м до 10100 м. Известно фактическое время ^ пролета точки А и расчетное время Ь пролета точки В. Если СОИ будет обеспечивать отображение метки ВС в соответствии с линейным законом, то в момент времени I на экране ВО СОИ метка ВС будет отображаться на расстоянии ¿(¿) от точки А: ,^) = £(^ - ¿0)/(^ - t0).
С учетом погрешности определения местоположения ВС в процессе набора высоты СОИ должна отображать метку ВС на расстоянии s*(t) = s(t) - Лунаб(^, где Asнаб(t) - поправка, рассчитанная в соответствии с [1].
При снижении ВС СОИ должна отображать местоположение метки в соответствии с выражением ¿*(^ = £^) + Л£сн(^, где Л^сн(^ - поправка, рассчитанная в соответствии с [1].
СОИ может обеспечивать отображение высоты ВС на участках с переменным профилем движения в соответствии с выражением Н(М) = Н0 + VyДt, где Н0 - начальная высота; Дt - время, прошедшее с начала маневра изменения высоты; Vy - вертикальная скорость.
Данный метод может использоваться при условиях: а) СОИ обеспечивает ввод информации о начале изменения высоты ВС; б) СОИ обеспечивает возможность ввода и корректировки вертикальной скорости ВС; в) СОИ обеспечивает возможность корректировки текущей высоты ВС в произвольный момент времени.
Использование данного метода позволит обеспечить отображение текущей высоты полета в отличие от традиционных способов контроля ВД (диспетчерского графика и стрипов), не дающих такой возможности.
Ниже приведен алгоритм расчета координат метки ВС с учетом корректировки местоположения при наборе высоты (снижении).
Здесь х(^) и у^0) - координаты ВС в момент времени ^ (в точке А), а х(^) и Х^) - его координаты в момент времени t1 (в точке В).
Рассмотрим, в какой мере может быть повышена точность отображения ВО при УВД с автоматически зависимым наблюдением (АЗН) при использовании для навигационных определений ВС аппаратуры потребителей (АП) СРНС. СКО определения дальности до РНТ ов и путевой скорости ВС примем равными 40 м и 3,6 км/ч, что соответствует точности измерений по коду С/А СРНС ОРБ [2].
Интервал корректировки меток в СОИ Дt примем равным времени обновления передавае-
мой по каналу связи от ВС в центр УВД информации , которое будем полагать, как это принято при АЗН, равным 10 с.
При УВД с АЗН время ввода навигационной информации в аппаратуру отображения ВО определяется временем задержки тз, определяемой в основном задержкой при передаче сообщения по сети связи. Пусть Ші = 4 С и Сі = 1 с.
Рис. 1. Алгоритм расчета координат метки ВС с учетом корректировки местоположения при наборе высоты (снижении)
Отображение географических координат ВС с помощью СРНС при УВД с АЗН осуществляется с точностью до +0,0125 угловой минуты (табл. 1). При этом СКО погрешности округле-
0,025'
ния показании широты равно о,
j
окр
2л/э
: 0,0073'.
С учетом того, что за радиус Земного шара принимают Я = 6371,1 км, можно получить, что 1' широты соответствует 1,85 км, а СКО погрешности округления показаний долготы равно
о
окр = 0,0073' cos j = 13,5' cos j км [3].
Отсюда можно получить выражение для СКО радиальноИ погрешности округления показании географических координат
j)+(<4 ) = 13,5'д/1 + cos2 j м, где j - широта места ВС. При этом для средних
55°, получаем оокр» 15,6 м.
'окр у у'окр широт, полагая ф
СКО погрешности отображения ВС вдоль трассы непосредственно после ввода информации о географических координатах ВС определяется выражением оХ = ^(^0гвв ) + СВ + (о1кр )\
где ов - среднеквадратическая радиальная погрешность определения места ВС с помощью СРНС.
При этом с учетом [4] СКО отображения меток ВС оХ » 238 м, что в 12 - 20 раз меньше СКО, реализуемой при использовании традиционных средств навигации типа БМЕ. Максимальная погрешность отображения ВО с доверительной вероятностью 0,997 не превышает 4,1 км, что 2,4 ^ 3,6 раза меньше погрешности, имеющей место при использовании БМЕ.
Заметим, что в случае использования экстраполяции местоположения ВС при отображении ВО в [4, (8)] можно положить тх = 0. При этом максимальная погрешность отображения ВО
„ л о шах о _
равна Д£СОИ = 30х .
При использовании БМЕ она в соответствии с [4, (6)] равна 6,7 ^ 11,7 км, а при использо-
вании СРНС типа ГЛОНАСС и ОРБ - 713 м, то есть в 9,4 - 16,4 раза меньше.
Заметим, что дополнительным преимуществом использования СРНС является возможность высокоточного измерения бокового отклонения ВС от оси трассы (линии заданного пути
(ЛЗП)).
Это может быть осуществлено путем перехода от географических координат к ортодроми-ческим координатам, одна из координат которой представляет собой боковое отклонение (БО) от частной ортодромии, совпадающей при оптимальной траектории полета ВС с ЛЗП.
Оценим максимальную погрешность отображения БО по формуле [4, (2 )], соответствующую точности отображения непосредственно после ввода информации о БО.
При стабилизации положения ВС в горизонтальной плоскости в автоматическом режиме полета с помощью курсо-доплеровской системы, корректируемой по данным РСБН, период корректировки Тк, осуществляемой при достижении ВС границы воздушного коридора шириной 21, составляет величину Тк = 10 мин [5]. Полагая 21 = 10 км, получаем ЖБО = I / Тк = 30 км/ч.
При этом аналогично [4] можем записать
Д$СОИ{БО) = тБО + 30БО » ЖБО (тв + Сои )+ 3^(жБО°1вв ) + °П + О0кр , (1)
откуда, принимая, как и ранее, т^в = 4 с, ^Ои = 10 с, о^в = 1с, ов = 10 м, оокр = 15,6 м, для случая
использования при навигационных определениях ВС АП СРНС получаем ДЗШООИ (бо ) = 177,6 м.
Боковое отклонение от оси трассы может осуществляться и с помощью азимутально-дальномерных систем типа УОЯ/ОМЕ и РСБН. При этом оценка точности отображения бокового отклонения ВС от оси трассы с использованием информации о месте ВС может быть произведена следующим образом.
В случае, если движение ВС осуществляется на (от) РНТ, СКО погрешности отображения бокового отклонения ВС от оси трассы оБО можно оценить с помощью выражения
0БО = (°° I +(о0кр I , (2)
где о° - СКО определения азимута А с помощью дальномерно-угломерной системы; оокр - СКО округления показаний азимута дальномерно-угломерной системы; Д - дальность ВС по данным дальномерно-угломерной системы.
Ошибка округления показаний азимута дальномерно-угломерной системы обусловлена тем, что экипаж по запросу диспетчера передает данные об азимуте с округлением до целых градусов.
С учетом того, что при этом СКО округления равна о°окр = 0,29°, и полагая СКО определения азимута о° = 1° , а дальность ВС до РНТ Д = 100 км, из (2) получаем оБО = 1,75 км.
Полагая, что математическое ожидание погрешности отображения БО равно нулю, максимальная погрешность отображения БО с доверительной вероятностью 0,997 может быть принята
равной ДСОи(бо) = 3обо »5,3 км, что существенно (примерно в 30 раз) больше погрешности,
имеющей место при использовании для определения бокового отклонения АП СРНС.
Следует отметить, что использование спутниковой технологии навигационных определений ВС позволяет существенно повысить точность отображения ВО при УВД с АЗН путем уменьшения интервала Дt обновления навигационной информации на выходе АП СРНС.
Если обновление информации в СОИ при УВД с АЗН будет осуществляться в том же темпе, то дополнительная погрешность отображения местоположения ВС, обусловленная дискретностью передачи информации, даже без использования экстраполяции при крейсерской скорости ВС Ж = 850 км/ч при движении вдоль трассы не превышает Дх = WДt = 23,6 м.
Дополнительная погрешность в отображении бокового отклонения ВС от ЛЗП в автоматическом режиме полета с учетом того, что скорость отклонения, как отмечалось выше, может быть принята равной ЖБО = 30 км/ч, составит ДхБО = ЖБО • Дt » 0,83 м.
При этом фактором, ограничивающим точность отображения ВО, при УВД с АЗН является пропускная способность канала передачи навигационных данных с борта ВС диспетчеру УВД. Типы сообщений, передаваемых при УВД с АЗН, и их характеристики приведены в табл. 1.
Таблица 1
Типы сообщений в режиме АЗН
Наименование параметров, передаваемых в режиме АЗН Условия пе редачи Разрешающая способность Число Бит
В каждом сообщении По запросу
Основное сообщение: широта/долгота, + - 0,0125 мин 42
высота, + - 2,4 м 16
время, + - 0,125 с 16
показатель качества, + - - 16
опознавательный индекс, - + - 48
возможности станции. - + - 16
Расширенное сообщение: следующая точка маршрута, - + 0,0125 мин 42
рассчитанная высота в следующей точке маршрута, - + 2,4 м 16
следующая точка маршрута +1, - + 0,0125 мин 42
рассчитанная высота в следующей точке маршрута +1, + 2,4 м 16
линия пути (курс), - + 0,1° 13
фактическая приборная скорость или число Маха, - + 1 км/ч (0,001) 14
вертикальная скорость, - + 0,08 м/с 12
угол крена. - + 0,1° 13
Дополнительные сообщения: скорость ветра, + 2 км /ч 9
направление ветра, - + 0,7° 9
температура. - + 0,25°С 12
Если учесть, что согласно данным [6] общий объем Q пакета навигационных данных, включающего в себя координаты ВС в трехмерном пространстве, скорости их изменения и сдвиг бортовой шкалы времени (БШВ) ВС относительно системного времени СРНС с учетом увеличения объема, обусловленного использованием при передаче данных помехоустойчивого кодирования, составляет примерно 730 бит, требуемая скорость передачи данных составляет V = Q / Лt @ 7,3 кбит/с.
С учетом того, что стандартная скорость передачи данных по каналам современных систем обмена данными (СОД) составляет 9,6 кбит/с, а сообщения, передаваемые в центр УВД при АЗН, согласно данным табл. 1, помимо навигационных данных, должны содержать достаточно большой объем информации, можно заключить, что существующие каналы передачи данных не в полной мере согласуются с возможностями современного навигационного компонента систем УВД с АЗН.
На современном этапе внедрения систем УВД с АЗН в практику это противоречие может быть разрешено, если ускоренный темп передачи навигационных данных применять по инициативе диспетчера УВД при возникновении ПКС.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вдовиченко В.И. Оценка точности отображения воздушной обстановки при ее процедурном контроле в отсутствии радиолокационного контроля / Научный Вестник МГТУ ГА. - 2012. - № 176.
2. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. - М.: Радио и связь: ИТЦ «Эко-Трендз», 2000.
3. Справочник пилота и штурмана гражданской авиации / Русол В.А., Киселев В.Р., Крылов Г.О. и др. / под ред. И.Ф. Васина. - М.: Транспорт, 1998.
4. Вдовиченко В.И. О некоторых способах повышения точности отображения воздушной обстановки // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2012. - № 180.
5. Сосновский А.А., Хаймович И. А. Авиационная радионавигация: справочник. - М.: Транспорт, 1980.
6. Старчиков С. А. Перспективы навигации с вводом в действие концепции С^/АТМ // Проблемы эксплуатации и совершенствования транспортных систем: межвуз. сб. науч. тр. - СПб.: Академия ГА, 2001. - Т. VI. - С. 26 - 32.
ABOUT SOME WAY OF THE IMAGE ACCURACY INCREASING OF THE SPATIAL COORDINATES
Vdovichenko V.I.
They are considered some ways of increasing to accuracy of the image of the spatial coordinates.
Key words: accuracy of the image to information navigational parameters, safety flight.
Сведения об авторе
Вдовиченко Василий Иванович, 1955 г.р., окончил Академию гражданской авиации (1989), генеральный директор Института аэронавигации, соискатель ученой степени кафедры технической эксплуатации радиоэлектронных систем воздушного транспорта МГТУ ГА, область научных интересов -управление воздушным движением.
