CC BY
66
2007
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Навигация и УВД
№ 121
УДК 629.7.351
ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОТОБРАЖЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ ОБСТАНОВКИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ УВД С АВТОМАТИЧЕСКИМ ЗАВИСИМЫМ НАБЛЮДЕНИЕМ ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СПУТНИКОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ НАВИГАЦИОННЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ
В.Б. ВЫЧУЖАНИН, Д.В. РУБЦОВ Статья представлена доктором технических наук, профессором Рубцовым В.Д.
Рассматривается возможность повышения точности отображения воздушной обстановки и эффективности принятия решений при УВД с автоматическим зависимым наблюдением посредством использования для навигационных определений воздушных судов спутниковой радионавигационной системы.
Переход на спутниковую технологию навигационных определений воздушного судна (ВС) с использованием спутниковых радионавигационных систем (СРНС) типа ГЛОНАСС (РФ) и ОР8 (США), наряду с повышением точности местоопределения ВС, позволяет увеличить размерность определяемого вектора состояния ВС
х =(х, у, 2, АТ, V, Уу, V, УАГ) (1)
за счет включения в него помимо координат ВС х, у, 2 и сдвига бортовой шкалы времени (БШВ) АТ составляющих путевой скорости ВС V, Уу, V и скорости ухода сдвига БШВ VАТ.
В сочетании с перспективной технологией управления воздушным движением (УВД) с автоматическим зависимым наблюдением (АЗН) это позволяет повысить точность отображения воздушной обстановки в центре УВД и, соответственно, будет способствовать повышению безопасности полетов ВС.
В качестве примера рассмотрим точность отображения движения ВС на радионавигационную точку (РНТ). При процедурном контроле воздушного движения (ПК ВД) максимальная погрешность отображения местоположения ВС вдоль оси трассы через интервал корректировки меток ВС А/, принимаемый в соответствии с действующей технологией ПК равным 6 - 12 мин, с вероятностью не менее Р = 0,99 не превышает величины [1]
Ахшах (А/) = шх + 30;с = Ж (ш,х + Го6н) + )2 + оД + +А/2 [< + А/Ж (0,0175и)2 ] , (2)
где тх и ох - математическое ожидание (МО) и среднеквадратическое отклонение (СКО) погрешности отображения дальности до РНТ в системе процедурного контроля (СПК); тг и - МО и СКО времени ввода информации о дальности до РНТ в СПК, принимаемые соответственно равными 4 с и 1 с; /обн - интервал обновления информации, принимаемый равным 10 с; оокр - СКО ошибки округления передаваемой экипажем с округлением до целых км информации о дальности до РНТ, равное 290 м; од и а - СКО ошибки определения дальности до РНТ и путевой скорости ВС, определяемых с использованием радиотехнической системы ближней навигации (РСБН) и доп-леровского измерителя скорости и угла сноса (ДИСС), принимаемые равными 100 м и 16 км/ч; Ж и V - скорости ВС и ветра, принимаемые равными 900 км/ч и 60 км/ч соответственно. При этом имеем: тк = 3,5 км, ах = 1,8 - 4,2 км, Ахтах(А/) = 9 +- 16 км.
Рассмотрим, в какой мере может быть повышена точность отображения воздушной обстановки при УВД с АЗН при использовании для навигационных определений ВС аппаратуры потребителей (АП) СРНС. СКО определения дальности до РНТ од и путевой скорости ВС ож примем равными 40 м и 3,6 км/ч, что соответствует точности измерений по коду С/А СРНС ОР8 [2]. Интервал корректировки меток в аппаратуре отображения информации А/ примем равным времени обновления передаваемой по каналу связи от ВС в центр УВД информации /обн, которое будем полагать, как это принято при АЗН, равным 10 с. Дополнительного округления навигационных данных при АЗН не предполагается. Поэтому примем аокр = 0.
При УВД с АЗН время ввода навигационной информации в аппаратуру отображения ВО определяется временем задержки тз, которая определяется, в основном, задержкой при передаче сообщения по сети связи тс. Полагая последнюю равномерно распределенной в пределах ±30 с, имеем ас @ 17,3 с.
Поскольку постоянная составляющая погрешности определения дальности до РНТ тх, в принципе, при равномерном прямолинейном движении ВС может быть устранена путем экстраполяции, представляет интерес оценить, в первую очередь, СКО погрешности определения дальности ах. С учетом изложенного выше и выражения (2) для ах можем записать
ох =^(ЖоСс )2 + оД + А/2 [о2 +А/Ж(0,0175и)2 ] . (3)
Отсюда, полагая как и ранее Ж = 900 км/ч и V = 60 км/ч, получаем ах @ 60 м, что лишь в полтора раза превышает СКО определения координат ВС в АП СРНС и существенно меньше СКО погрешности, реализуемой в СПК
152
В.Б. Вычужанин, Д.В. Рубцов
ВД при использовании традиционных средств навигационных определений ВС и неавтоматизированного ввода навигационных данных.
Одной из наиболее сложных и часто встречающихся задач, решаемых диспетчером управления воздушным движением (УВД), является задача разрешения или запрещения пересечения воздушным судном (ВС) встречного занятого эшелона [1]. Стандартная методика решения этой задачи предполагает проведение расчета минимально допустимого расстояния между ВС, при котором может быть разрешено пересечение занятого эшелона. Однако из-за сложности данная методика не нашла широкого применения.
Решение задачи разрешения (запрещения) занятого эшелона может быть существенно упрощено при УВД с АЗН, если для определения координат и скорости движения ВС использовать СРНС типа ГЛОНАСС или GPS. При этом определяется минимальная вертикальная скорость пересечения Vz ., обеспечивающая безопасное расхождение ВС на интервале, не превышающем безопасный интервал сближения 1б.
С учетом погрешностей определения координат и скоростей движения конфликтующих ВС минимальная вертикальная скорость Vz . ВС1, осуществляющего маневр, с вероятностью не меньшей Р=0,99 равна
VZmB=Ah(W + W2)/(10 - 1б -3оЕ) , (4)
где
° z =-j(( l0 - 1б )/(W1 + W2 )) ( + °W2 ) + + °S2 - (5)
СКО определения расстояния между ВС в момент пересечения занятого эшелона от его среднего значения; l0 -среднее (оценочное) значение расстояния между ВС в начале снижения ВС1; W1 и W2 - средние (оценочные) значения скоростей ВС1 и ВС2; oW и aW - СКО определения путевых скоростей ВС1 и ВС2; и aS - СКО определения местоположения этих ВС; Ah - вертикальный интервал между ВС в момент начала снижения ВС1.
При использовании одних и тех же навигационных средств для навигационных определений на обоих комплектующих ВС выражение (5) упрощается
— - ,п2
Ох=^ 2{[ож (/0 - 1б) / (Ж + )]2 + о2 } , (6)
где ож и ох - СКО определения скорости и местоположения ВС.
Поскольку при использовании традиционных средств навигации ВС а2 может достигать величин порядка 10 км, из (4) видно, что в этом случае рассматриваемый метод разрешения потенциально конфликтной ситуации (ПКС) может быть нереализуем либо потребует недопустимо большой скорости снижения ВС. Иначе обстоит дело при использовании для навигационных определений на ВС аппаратуры потребителей (АП) СРНС, позволяющей при работе в стандартном режиме по открытому коду определять координаты и скорость движения ВС с точностями, характеризуемыми СКО: о^ = 40 м, ож = 3,6 км/ч [2]. При этом из (4) и (6), полагая АЬ = 1 км, Ж1 = Ж2 = 900 км/ч, /0 = 110 км, /б = 35 км, получаем У2 . < 24,3
км/ч, что является приемлемой величиной.
Использование для навигационных определений АП СРНС, позволяющей определять составляющие скорости ВС: плановые - Ух и Уу и вертикальную У2, делает технически возможным также разрешение ПКС рассматриваемого типа методом изменения скорости ВС. При этом на основании данных о значениях плановых составляющих скоростей , Уу и У2, Уу конфликтующих ВС, передаваемых по запросу диспетчера УВД в режиме АЗН адресного типа (АЗН-А) производится расчет продольного и бокового интервалов ВС2 относительно ВС1
/у(/0 + к А/) = /Уо + (Уу2 - Ул) к А/ , (7)
/х(/0 + к А/) = /х0 + (Ух2 - Ух1) к А/ , (8)
где /уо = /у(/0) и /х = /х(/0) - расчетные значения указанных интервалов на начальный момент времени /0, к которому отнесены
значения скоростей ВС1 и ВС2, к А/ - интервал прогнозирования, А/ - интервал итерации.
Расчеты выполняются до тех пор, пока выполняется неравенство
/у(/0 + к А/) < /у[/0 + (к - 1) А/] . (9)
Обращение его в равенство дает искомое значение минимального продольного интервала между ВС в момент пересечения их путей
/у . = /0 [/0 + (к - 1) А/] . (10)
^ шгп
Если этот интервал меньше нормы продольного эшелонирования /у , производится расчет /у . | при измене-
э тт I аж
нии скорости одного из конфликтующих ВС АЖ в пределах ±20 км/ч до обеспечения выполнения условия
/у . | ^ /у , (11)
/тп I АЖ /э
после чего информация о необходимом изменении скорости АЖ передается на борт ВС. При этом должно выполняться также условие
1хшг„ I aw " 1хэ , (12)
где 1х - норма бокового эшелонирования.
Необходимая для реализации данного метода привязка часов диспетчера УВД и ВС к одной шкале времени обеспечивается тем, что АП СРНС может служить автономным источником единого времени. Например, GPS обеспечивает СКО определения времени 2,6-10-8 с [2].
ЛИТЕРАТУРА
1. Крыжановский Г.А., Плясовских А.П. Об одном подходе к обоснованию целесообразности внедрения систем предупреждения столкновений // Межвузовский тематический сборник научных трудов. Теория и практика совершенствования системы управления воздушным движением. - Л.: ОЛАГА, 1990.
2. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. - М.: Эко-Трендз, 2000.
RISE OF ACCURACY OF REPRESENTATION OF AIR SITUATION AND EFFICACY OF TAKING OF SOLUTIONS BY MANAGEMENT AIR MOVEMENT WITH AUTOMATIC DEPENDENT OBSERVATION BY USE OF SATELLITE TECHNOLOGY OF NAVIGATION DEFINITIONS
Vichuzanin V.B., Rubtsov D.V.
The possibility of rise of accuracy of representation of air situation and efficacy of taking of solutions by management air movement with automatic dependent observation by use of satellite radio-navigation system for navigation definitions of aircrafts is considered.
Сведения об авторах
Вычужанин Владислав Борисович, 1968 г.р., окончил Красноярское высшее военное училище радиоэлектроники (1990), соискатель МГТУ ГА, автор 2 научных работ, область научных интересов - навигация и управление воздушным движением.
Рубцов Дмитрий Витальевич, 1982 г.р., окончил МГТУ ГА (2002), аспирант МГТУ ГА, автор 9 научных работ, область научных интересов - навигация и управление воздушным движением.
