CC BY
99
2013
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА
№ 193
УДК 621.396.96
ЭФФЕКТИВНОСТЬ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ В УСЛОВИЯХ НЕНАДЕЖНОСТИ КАНАЛОВ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА
В.А. ХОДАКОВСКИЙ, Е.Г. УНИЧЕНКО
Рассмотрена возможность проведения оценки вероятности опасных сближений ВС при непосредственном УВД, в соответствии с особеностями и топологией каждой зоны и ограничениями ИКАО на риск столкновений.
Ключевые слова: риск столкновения ВС, коэффициент загрузки диспетчера, информационный канал «Экипаж-Диспетчер», потенциально-конфликтная ситуация.
Авиационная командная связь является подсистемой системы управления воздушным движением (УВД) и её показатели эффективности отражают степень влияния на показатели эффективности системы управления воздушным движением.
Каналы авиационной командной связи используются, в основном, в процессе непосредственного УВД, главным ограничивающим условием функционирования которого является обеспечение требуемого уровня безопасности воздушного движения. Рассмотрим случаи, являющиеся нарушением безопасности полётов при непосредственном УВД, и определим возможность влияния качества функционирования каналов связи на вероятность их возникновения.
Возникновение нарушений со стороны службы движения, создающих существенную угрозу безопасности полётов, можно характеризовать двумя показателями: вероятностью опасного сближения и коэффициентом загрузки диспетчера, оба из которых существенно чувствительны по отношению к качеству функционирования системы авиационной командной связи.
В связи с ярко выраженными динамическими свойствами системы УВД, её эффективность, помимо прочих факторов, в значительной степени определяется временными характеристиками процессов, обеспечивающих управление. Для системы связи - это задержки передачи сообщений, которые могут быть обусловлены двумя причинами: во-первых, это задержки, возникающие при передаче и коммутации сообщений в структуре сети авиационной наземной связи и, во-вторых, это задержки, возникающие при снижении качества функционирования каналов наземной и воздушной командной связи.
Каналы информационного обмена авиационной командной связи предназначены для передачи речевых сообщений. Исходя из назначения, качество их функционирования должно характеризоваться достоверностью информации, получаемой по каналам командной связи экипажами ВС и диспетчерами службы движения. Для речевых каналов достоверность информации оценивается разборчивостью речи, порядок измерения и нормирования которой определяется требованиями соответствующего стандарта.
Для выявления связи между параметрами канала и показателями разборчивости речи результаты последних переводят в электрические величины, которые могут быть определены теоретически. Наиболее часто в качестве такой величины используется отношение сигнал/шум, при котором обеспечивается заданная разборчивость.
Отношение сигнал/шум можно непосредственно использовать как показатель качества функционирования проводных каналов, где другие виды помех помимо собственных шумов практически отсутствуют.
Для радиоканалов, функционирующих в условиях эксплуатации, помимо шумовых, характерен целый ряд помех различной структуры. Их влияние можно учесть в виде эквивалентного изменения мощности шумов на выходе канала, т. е. для показателя качества
( Л
функционирования можно записать q = Рс /
Рш+Е «Р
иг
У
где Рс, Рш, Рп - соответственно
мощность сигнала, собственного шума и помехи /-й структуры на выходе канала; аг - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние /-й структуры на разборчивость речи.
Экспериментальные исследования показывают, что для широкого класса помех при одинаковом отношении сигнал/шум+помеха на выходе демодулятора разборчивость речи получается примерно одинаковой. Таким образом, в качестве показателя качества функционирования каналов авиационной связи, определяющего достоверность информации, получаемой экипажами воздушных судов и диспетчерами службы движения, должно быть использовано отношение сигнал/шум+помеха на выходе демодулятора радиоприемного устройства q = Рс /р + Р,).
Снижения качества функционирования канала ниже допустимого обуславливают задержки в передаче команд и сообщений, что может приводить к конфликтным ситуациям и росту коэффициента загрузки диспетчера. Поэтому независимо от причин снижения q ниже допустимого уровня должно рассматриваться как отказ канала связи.
Как видно, отказ канала может произойти как за счёт отказа приёмопередающей аппаратуры (изменение Рс или Рш), так и за счёт воздействия помех (Рп). Поэтому с точки зрения надёжности канал связи можно представить в виде последовательного соединения элементов, отказы одного из которых обусловлены воздействием помех, другого - аппаратурными отказами. В подавляющем большинстве случаев эти отказы независимы. Зная характеристики надёжности каждого из элементов, можно определить надёжность канала в целом.
Показатель q применим как к радиотелефонным, так и к проводным каналам связи, однако, так как проводные каналы практически не подвержены воздействию помех, для них понятие отказа можно существенно упростить, считая отказом задержки в передаче сообщений выше допустимой с позиций безопасности полётов величины.
Отказы канала связи с позиций экипажа ВС и диспетчеров службы движения проявляются в виде отсутствия подтверждений в приёме информации, что приводит к необходимости проведения повторных процедур - к переспросам.
Под переспросом будем понимать событие, при котором в момент обращения канал неработоспособен или работоспособен в течение времени р меньшего длительности сеанса связи. Тогда для вероятности переспроса Рпер можно записать Рпер = Ротк + Рраб {р < тсв}, где Ротк, Рраб
- соответственно вероятность застать канал связи в работоспособном и неработоспособном состоянии в любой момент времени.
Вероятность переспросов Рпер функционально связана с коэффициентом оперативной готовности ^(т), который есть вероятность того, что канал окажется работоспособным в любой момент времени и проработает безотказно в течение времени ^аб, т.е. ^(г) = Рраб\{р <гсв}. В
итоге можно записать рпер = Ротк + Рраб - Рраб {р < ?св }= 1- Рраб ^р > ?св }
Следовательно, если длительность сеанса связи является детерминированной величиной, то вероятность переспросов жестко связана с коэффициентом оперативной готовности следующим соотношением Рпер = 1 - ^(г).
В общем случае, когда длительность сеанса является случайной величиной с плотностью
¥
вероятности Жсв(г) нетрудно показать, что Рпер = 1 -1 Жсв {т)к{т)1т .
0
Отметим, что коэффициент оперативной готовности является обобщённым показателем, по которому может быть получен коэффициент готовности канала КГ = Тр /(тр + Т0) = ^(0).
Эффективность управления воздушным движением в условиях ненадежности
47
При экспоненциальном распределении наработки на отказ коэффициент оперативной готовности можно записать в виде Я(т) = К ГРраб (т) = Тре Г/Тр /(Тр + Т0).
Тогда при известных характеристиках надёжности канала связи вероятность переспросов может быть определена по одному из следующих выражений
Рпер = 1 КГР раб (тсв ) = 1 КI
тсв / Т р
= 1 - ТрРраб (т)/(Тр + Т0 )= 1 - Трет /Тр /(Тр + Т0).
пер г ^ рабх^се) ±1~ге í Т рР раб )' р 0) Т ре ' V р 0 /
При наличии ограничений на значение одного из показателей надёжности требования к остальным показателям могут быть получены из следующих соотношений:
Кг =(1 - Рпер )/Рраб (т); Т0/Тр =-1 + е~-сс / Тр /(1 - Рпер ) Т0/Тсв = 1/1П[Кг /(1 - Рпер )] Рраб (т) = (1 + Т0 / Тр )(1 - Р„ер ) На рис. 1 приведены графики соответствующих зависимостей для различных значений вероятности переспросов, которые позволяют при известной длительности сеанса и наличии ограничений на значение одного из показателей надёжности предъявить требования к другим показателям надёжности канала, при которых обеспечивается заданное значение вероятности переспросов.
т т Чв/ ''сво
Рп
Рис. 1. Взаимосвязь показателей надежности и вероятности
Рис. 2. Зависимость относительного удлинения длительности сеанса связи от вероятности переспросов
Вероятность переспросов связана также и с величиной удлинения сеанса связи за счёт повторных процедур. Действительно, пусть за время Т возникает N заявок на радиосвязь. Каждой из них в идеальном случае соответствует длительность сеанса. С вероятностью р, п заявкам может соответствовать переспрос, т.е. из общего числа заявок, п = р, N из них будет соответствовать длительность 2 и т.д.
Следовательно, среднюю с учётом переспросов длительность сеанса связи можно выразить
так т
т
+ Тсв0Рпер =Тсв 0 [1 + Рпер /(1 Рпер Ц~Тсв0/(1 Рпер ) .
св0 св0 пер св01. пер \ пер Л св0 ' V " пер,
На рис. 2 представлена зависимость тсв / тсв0, позволяющая при известной длительности сеанса определить приращение этой длительности или среднюю задержку передачи сообщения за счёт снижения качества функционирования канала.
Таким образом, для радиоканала величина вероятности переспросов является универсальным показателем, связывающим между собой качество функционирования канала, показатели его надёжности и величину задержки в передаче информации.
4
3
2
0
0,1
0,2
0,3
ЛИТЕРАТУРА
1. Ильичев А.В. Начало системной безопасности. - М.: Научный мир, 2003.
2. Обслуживание воздушного движения. Приложение 11 к Конвенции о международной гражданской авиации. - 13-е изд. - Монреаль: ИКАО, 2001.
EFFECTIVENESS OF AIR TRAFFIC CONTROL IN UNRELIABLE CHANNELS OF INFORMATION EXCHANGE BETWEEN AIR TRAFFIC CONTROLLERS AND FLIGHT CREW
Hodakovsky V.A., Unichenko E.G.
The article considers the possibility of dangerous approaches of aircraft and the magnitude of risk of collision with the direct ATC.
Key words: risk of collision aircraft, potentially conflict situation, influencing factors.
Сведения об авторах
Ходаковский Владимир Анатольевич, 1940 г.р., окончил РКИИГА (1962), заслуженный деятель науки ЛССР, доктор технических наук, профессор РИМИС, автор более 300 научных работ, область научных интересов - радиосвязь, радиотехника, организация и управление высшей школой и социально-экономическими системами.
Униченко Егор Григорьевич, 1982 г.р., окончил МГТУ ГА (2004), кандидат технических наук, начальник сектора анализа безопасности полетов ФАУ «Государственный центр «Безопасность полетов на воздушном транспорте», автор 15 научных работ, область научных интересов - управление составляющими безопасности полетов.
