CC BY
189
2008
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Навигация и УВД
№ 136
УДК 621.396.932.1
МЕТОДЫ ОПЕРАТИВНОГО ОБНОВЛЕНИЯ БОРТОВЫХ БАЗ АЭРОНАВИГАЦИОННЫХ ДАННЫХ НА ВОЗДУШНЫХ СУДАХ
ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
В. А. БОРСОЕВ, А.М. ИГОШИН, В.С. НОВИКОВ
В статье предложены методы оперативного обновления бортовых баз данных на воздушных судах, результаты проведенных экспериментальных работ.
В связи с тем, что на воздушных судах (ВС) последнего поколения функции штурмана выполняет вычислительная система самолетовождения (ВСС), на второго пилота накладываются дополнительные функции, такие как оперирование ВСС спутниковой навигационной системой и системой раннего предупреждения близости земли (СРПБЗ).
Увеличившиеся нагрузки на экипаж ВС создают предпосылки к сбою в работе экипажа по причине человеческого фактора. Для успешного осуществления планирования маршрута при возникновении сложных ситуаций, получении указаний об изменении маршрута с диспетчерского пункта, осуществлении полета в момент смены циклов AIRAC (Aeronautical Information Regulation and Control), происходящих каждые 28 дней ровно в 0 ч. 00 мин по UTC (Universal Time Clock), сбоях или появлении ошибки в работе базы данных (БД) ВСС, СРПБЗ или спутниковых навигационных систем (СНС), появилась необходимость оперативного получения аэронавигационной информации на борту ВС с наземных служб аэронавигационного обеспечения полетов или управления воздушным движением (УВД).
В статье рассмотрены новые методы оперативного обновления бортовых баз данных при выполнении полета воздушным судном на любых этапах полета, а также при нахождении ВС в аэропортах базирования.
С целью повышения эксплуатационных качеств бортовых систем (ВСС, СРПБЗ, СНС), работающих с базами данных, был разработан комплекс оперативного информационного сопровождения бортовых аэронавигационных систем (ОИС БНС) (рис. 1). Он состоит из следующих элементов:
- двух микропроцессорных систем (МПС). В качестве МПС могут использоваться персональные компьютеры с процессором не ниже Pentium 3. Устройством ввода-вывода могут служить стандартные порты RS-232 и ISA-шина для подключения к авиационным радиостанциям. Первая МПС (МПС-1) предназначена для преобразования навигационной базы данных в формат бортовой системы, а вторая предназначена для сопряжения выхода радиостанций с модемами. Первая МПС может быть подключена к Интернету для скачивания с серверов поставщиков актуальных баз данных; исполнение второй МПС (МПС-2) - блочное, способное выдерживать перегрузки, возникающие в процессе полета ВС, для успешного функционирования на борту;
- в качестве радиостанций в комплексе используются бортовые авиационные радиостанции с модемами МВ-, ДКМВ- диапазона, спутниковой связи.
Основой комплекса ОИС БНС являются микропроцессорные системы, которые выполняют функции управления системой в целом, а также функции накопительного устройства.
Наземная часть
Бортовая часть
Рис. 1. Комплекс оперативного информационного сопровождения бортовых
аэронавигационных систем
Данный комплекс многофункционален. С его помощью можно осуществлять обновление бортовых баз данных, мониторинг бортовых систем, имеющих встроенную систему контроля и выдающих коды ошибок в цифровом формате в систему сбора и локализации отказов (ССЛО), а также использовать ее в качестве постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) для сохранения текущей базы данных на борту ВС или для использования в качестве электронного бортового портфеля.
Обновление БД бортовых систем с наземных пунктов управления осуществляется по линиям передачи данных с различными скоростями и с определенной периодичностью.
Существует три типа такого обновления: предварительное, предполётное и оперативное.
Первый тип обновления бортовых БД - предварительное обновление - предусматривает загрузку базы данных через интервалы времени в соответствии с требованиями Международной организации гражданской авиации (ICAO, International Civil Aviation Organization). Для базы аэронавигационных данных частота, с которой её необходимо перезагружать в бортовую систему, составляет один раз в цикл AIRAC (28 дней). Для БД рельефа поставщики информации могут устанавливать свои сроки обновления БД, но не реже одного раза в шесть месяцев. В этом случае в бортовом комплексе происходит замена всей базы данных на обновленную.
Второй тип - предполётное обновление - рассчитано на загрузку информации непосредственно перед рейсом, причем только полетной информации, необходимой для данного рейса.
Третий тип - оперативное обновление - связано с обновлением аэронавигационной информации в любой момент времени, в любом местоположении и состоянии ВС, вне зависимости от того, находится ли ВС на стоянке или же в полете.
В отличие от первого типа обновления, который предусматривает полную замену БД в соответствии с требованиями ICAO строго в определенный срок, второй и третий типы предназначены для оперативной загрузки информации, актуальной на конкретный момент: основной маршрут полета (Flight Plan), альтернативный маршрут (спрямляющий), регион полета для данного маршрута, другая аэронавигационная информация, необходимая на данный момент. Третий тип к тому же может использоваться для обновления базы данных во время
полета, который выполняется в момент смены цикла АГОАС. Тогда требуется обновление не всей базы целиком, а только той ее части, которая нужна для выполнения текущего рейса.
Комплекс ОИС БНС может работать в двух режимах.
Первый режим заключается в передаче БД на борт ВС по инициативе наземной службы при получении обновленных данных. В этом случае на МПС-1 оператор производит скачивание файла базы данных с сайта поставщика БД. При помощи специализированных программ осуществляется выборка БД по регионам, далее обработанный файл конвертируется в формат бортовой системы. После этого устанавливается связь с МПС-2, работающей в режиме ожидания связи, по линиям передачи данных (ЛПД) при помощи наземных и бортовых терминалов радиосвязи. Бортовой связующий процессор переходит в режим получения команд управления от наземного компьютера. По команде оператора МПС-1 происходит кодирование и передача БД пакетами вместе с контрольными суммами через ЛПД на МПС-2, которая возвращает обратно контрольные суммы для проверки верности приёма и проверяет пакеты по контрольным суммам. Если все в порядке, то в МПС-2 запускается программа-загрузчик БД в бортовую систему (ВСС, СРПБЗ, СНС). Если проверки контрольных сумм или пакетов БД по контрольным суммам заканчиваются неудачей, то в МПС-1 передается сообщение об ошибке и процесс передачи данных повторяется автоматически. После трех неудачных попыток в МПС-1 формируется сообщение об ошибке канала связи, и связь разрывается.
Второй режим заключается в передаче БД на борт ВС по запросу экипажем с борта при потере системой БД или при перестановке систем после ремонта и работает полностью в автоматическом режиме. В этом случае МПС-1 работает в режиме ожидания, а бортовой МПС-2 переводится в режим запроса экипажем. Далее процесс передачи и загрузки аналогичен предыдущему. В бортовую систему загружается БД, содержащая ту же информацию, что и база данных, загруженная в бортовой системе до возникновения ошибки.
Для исследования помехоустойчивости работы комплекса ОИС БНС, достоверности передачи данных, надежности были проведены предварительные теоретические исследования и лабораторные испытания.
При теоретических исследованиях были разработаны математические модели, объективно отражающие реальную ситуацию.
При рассмотрении известных систем, обеспечивающих возможность передачи цифровых данных, были смоделированы следующие скорости передачи данных, выраженные в бит/с для различных радиостанций:
1) 600 бит/с, для радиостанций ДКМВ-диапазона;
2) 2 400, 31 000 бит/с (режим УБЬ-2) - для радиостанций МВ-диапазона;
3) 9 600 бит/с - для спутниковой системы связи (ССС) “Глобалстар”;
4) 10 200, 64 000 (8’ШЙ64), 432 000 бит/с (Б’МЙВгоаёЬапё) - для ССС “Іптагеаі:”.
Рассмотрим графики, позволяющие оценить возможность оперативной передачи данных по
ЛПД на различных скоростях передачи (рис. 2). На этих графиках отражены результаты моделирования для нескольких типов файлов, подготавливаемых для загрузки в ВСС-95, которая устанавливается на ВС Ту-214, Ил-96-300 и Бирегіеі: 100.:
- график для файла, содержащего информацию об отдельной аэронавигационной точке (111 ЇМ) (рис. 2 а). Его объем составляет в среднем 307 байт. Информация содержится в текстовом файле в формате стандарта АКШС-424;
- графики для файлов, содержащих информацию об отдельном регионе пролета и для выполнения программы полетов с использованием максимально возможного объема в репрограммируемом ПЗУ ВСС (рис. 2 б);
- графики, отражающие оценку времени загрузки файла, который содержит ту же базу данных, что и в предыдущем варианте, только в бортовом формате (рис. 2 в).
- графики для файлов, содержащих данные рельефа подстилающей поверхности для систем СРПБЗ (рис. 2 г).
307 Byte
а
180 kByte 540 kByte
б
500 400" 300--200' ' 100"
0
2 MByte
720 1440 2160
' 130 MByte 230 MByte
3600 t, s
4320 5040 5760 6480 7200
Рис. 2. Графики зависимости скорости передачи данных от времени передачи данных при использовании файлов данных разного объема
t, s
в
г
Из представленных выше графиков (рис. 2), системы связи и передаче данных следует, что для передачи на борт ВС базы аэронавигационных данных и базы данных о рельефе местности целесообразно использовать сверхскоростные каналы спутниковых систем связи, таких как “Inmarsat SwiftBroadband”, а передачу информации порядка нескольких байт можно вполне доверить традиционным средствам связи и передачи информации.
Для проверки достоверности теоретических расчетов были проведены экспериментальные работы на УКВ-радиостанциях “Орлан-85СТД” в лаборатории корпорации “Новосибирский завод “Электросигнал”.
При проведении испытаний использовались два комплекта УКВ-радиостанций Орлан-85СТД на лабораторных стендах, спутниковый навигационный приемник типа МРК-18ПИ в комплекте с программой KVITOK, персональный компьютер типа Notebook Dell Latitude D505 в комплекте со специальными программами AviaShow 2, Turbo-Com 15. Передача аэронавигационных данных проводилась на частотах 118,0 и 136,975 МГц при скорости передачи данных 19,2 кбит/с по стыку RS-232.
По данным испытаний были построены графики, характеризующие передачу радиостанцией файлов размером 300 Байт и 15 кБайт (рис. 3). Размер файлов был выбран исходя из того, что 300 Байт занимают данные о конкретной навигационной точке, а 15 кБайт -это ограничение радиостанции “Орлан-85СТД” по объему передаваемых данных. Отметим отличия между теоретическим (сплошная линия) и экспериментальным (прерывистая линия) графиками объема передаваемых данных в зависимости от времени (рис. 3 а).
Экспериментальный график отстает от теоретического примерно на 1 с. Это обусловлено тем, что примерно 1 с занимает обработка сигнала самой радиостанцией, которая приведена в
соответствие с протоколом АВ.ШС-429. График, построенный для оценки скорости передачи данных (рис. 3 б) показывает, что режима УОЬ-2, с которым работает радиостанция “Орлан-85СТД” и который позволяет передавать данные со скоростью до 31 кбит/с, вполне достаточно для передачи небольших объемов оперативной информации. Дальнейшее увеличение скорости целесообразно только в том случае, если по этому каналу будут передаваться большие объемы информации, такие как базы данных рельефа местности, и только при условии разбиения последних на регионы, так как в настоящее время базы данных рельефа местности поставляются неделимыми.
19.2 kbit/s
19.2 kbit/s +1 sec
307 byte 307 byte +1 sec
а б
Рис. 3. Графики зависимости объема передаваемых данных (а) и скорости передачи
данных от времени передачи данных (б)
По результатам испытаний было установлено, что передача аэронавигационных данных со спутниковых навигационных приемников на радиостанцию Орлан-85СТД может быть реализовано на практике без существенных доработок.
METHODS OF OPERATIVE ONBOARD AERONAUTICAL DATABASES UPDATING FOR CIVIL
AVIATION AIRCRAFTS
Borsoev V.A., Igoshin A.M., Novikov V.S.
Methods of operative aeronautical database updating for aircraft and performed experiment's results are offered in the article.
Сведения об авторах
Борсоев Владимир Александрович, 1949 г.р., окончил КИИГА (1976), доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технической эксплуатации авиационных электросистем и пилотажно-навигационных комплексов СибГАУ им. акад. М.Ф. Решетнева, автор более 140 научных работ, область научных интересов - навигация и УВД.
Игошин Андрей Михайлович, 1981 г.р., окончил СибГАУ им. акад. М. Ф. Решетнева (2004), научный сотрудник СибГАУ им. акад. М. Ф. Решетнева, область научных интересов - навигация и УВД.
Новиков Владимир Стефанович - 1935 г.р., окончил КИИГА (1960), доктор технических наук, профессор национального авиационного университета (Украина), автор более 300 научных работ, область научных интересов - навигация и УВД.
