CC BY
67
УДК 621.396.932.1
ОПЕРАТИВНОЕ ОБНОВЛЕНИЕ БОРТОВЫХ БАЗ ДАННЫХ ПО СПУТНИКОВЫМ СИСТЕМАМ СВЯЗИ
В.А. БОРСОЕВ, А.М. ИГОШИН, В.С. НОВИКОВ
В статье приведены результаты экспериментальной проверки оперативного обновления бортовых баз данных на воздушных судах по спутниковым системам связи.
Ключевые слова: базы аэронавигационных данных, базы данных рельефа местности, оперативное обновление.
Введение
Современные воздушные суда (ВС) оборудуются передовой цифровой авионикой, которая обладает широкими возможностями автоматизации управления полётом, благодаря чему управлять ВС становится гораздо легче, при этом необходимости пользоваться услугами штурмана и бортинженера нет. Вся нагрузка по автоматизированной навигации полёта ложится на цифровую авионику: вычислительную систему самолётовождения (ВСС), спутниковую навигационную систему (СНС), а также систему раннего предупреждения близости земли (СРПБЗ), работающих совместно с бесплатформенной инерциальной навигационной системой (БИНС) [1].
При работе с бортовыми базами данных (ББД), а именно аэронавигационными (НБД) и рельефа местности (БДР), авиационная цифровая вычислительная техника лишена такой важной составляющей, как возможность оперативного обновления этих данных. Это необходимо для безопасного выполнения полетов при возникновении сложных ситуаций, изменении маршрута, смене циклов AIRAC (Aeronautical Information Regulation and Control), сбоях или появлении ошибок в работе баз данных (БД) ВСС, СРПБЗ или СНС. Под оперативным обновлением подразумевается обновление ББД по линиям передачи данных (ЛПД).
Для повышения эксплуатационных качеств бортовых систем (ВСС, СРПБЗ, СНС), работающих с базами данных, разработан комплекс оперативного информационного сопровождения бортовых аэронавигационных систем (ОИС БНС) (рис. 1) [2]. С целью исследования помехоустойчивости работы, достоверности передачи данных, надежности комплекса ОИС БНС были проведены экспериментальные работы по каналам связи метрового диапазона на УКВ-радиостанциях «Орлан-85СТД» в лаборатории корпорации «Новосибирский завод «Электросигнал» [2].
Рис. 1. Комплекс оперативного информационного сопровождения бортовых аэронавигационных систем
В данной статье представлены результаты проведенных экспериментальных работ на комплексе ОИС БНС (рис. 1) по спутниковым системам связи.
Описание эксперимента
Испытания проводились в лаборатории Красноярского КБ «Искра» на следующем оборудовании:
- персональный компьютер в комплекте со стандартными и специализированными программами Hyper Terminal и AviaShow 2 (2 комплекта);
- многофункциональный навигационный приемоиндикатор МРК-18М в комплекте с программой KVITOK (1 комплект);
- спутниковый модем CDM-570L 950-1 950 МГц (2 комплекта);
- антенна Patriot TX-INT180KU Intelsat 1,8 м (1 комплект).
В качестве материала для передачи информации использовались файлы бортовых баз данных со следующими характеристиками:
1-й файл содержит НБД по одному типовому маршруту (Москва - Штутгарт), а именно, всю необходимую информацию для пролёта по данному маршруту, включая пролетаемые воздушные трассы, регионы и процедуры выхода (SID - Standard Instrumental Departure) с аэродромов вылета и захода (STAR - Standard Terminal Arrival) на аэродром назначения;
2-й файл содержит НБД по одному европейскому региону (стране) пролета без информации по процедурам SID и STAR;
3-й файл содержит НБД по двум европейским регионам пролета без информации по процедурам SID и STAR;
4-й файл содержит НБД по трем европейским регионам пролета без информации по процедурам SID и STAR;
5-й файл содержит НБД по пяти европейским регионам пролета без информации по процедурам SID и STAR;
6-й файл содержит обновление по БДР на один цикл AIRAC;
7-й файл содержит НБД по всем европейским регионам пролета без информации по процедурам SID и STAR;
8-й файл подготовлен на весь цикл AIRAC для выполнения полётов по маршрутам авиакомпании, содержит всю необходимую НБД по воздушным трассам и аэропортам (SID и STAR), с учётом ограничения по максимальному объему базы данных.
Все файлы содержат базы данных, актуальные на один конкретный цикл AIRAC.
При теоретических исследованиях были смоделированы возможные варианты скорости передачи данных для различных видов связи:
- 600 бит/с для радиостанций ДКМВ-диапазона;
- 2 400, 31 000 бит/с (режим VDL-2) для радиостанций МВ-диапазона;
- 9 600 бит/с для спутниковой системы связи (CCC) «Глобалстар»;
- 10 200, 64 000 и 432 000 бит/с для CCC Inmarsat.
Графическое моделирование проводилось по известной формуле определения объёма данных по известным скоростям в зависимости от времени
y,(t )=%t,
где У - объём передаваемых данных; vt - скорость передачи данных; t - время передачи данных; 8 -коэффициент для перевода единиц измерения информации (биты в байты), так как принято объём данных измерять в байтах, а скорость - в битах в секунду.
Для удобства графического моделирования диапазон используемых скоростей был расширен:
V = 600 бит/с; v6 = 19 200 бит/с; v11 = 115 200 бит/с;
v2 = 2 400 бит/с; v7 = 31 000 бит/с; v12 = 230 400 бит/с;
v3 = 4 800 бит/с; v8 = 38 400 бит/с; v13 = 432 000 бит/с.
V4 = 9 600 бит/с; v9 = 57 600 бит/с;
V5 = 10 200 бит/с; v10 = 64 000 бит/с;
Результаты графического моделирования приведены на рис. 2 в виде зависимостей объёма передаваемых данных от времени при различных скоростях.
t, s *, s
а б
t
t, s
в
Рис. 2. Г рафики зависимости объёма передаваемых данных от времени при различных скоростях передачи данных: а - v1—v4; б - v5-v8; в - v9-v13
Из представленных графиков видно, что для передачи на борт ВС больших объёмов информации, таких как базы аэронавигационных данных и базы данных о рельефе местности целесообразно использовать сверхскоростные каналы спутниковых систем связи, например, Inmarsat, а передачу информации порядка нескольких байт можно осуществлять традиционными средствами авиационной связи и передачи информации, например, посредством радиостанций МВ-диапазона «Орлан-85СТД» [1] и ДКМВ-диапазона «Арлекин-Д», а также ACARS (Aircraft Communications Addressing and Reporting System - самолетной системы связи, адресования и донесений).
Практические испытания проводились по схемам, изображенным на рис. 3. При этом использовалась рабочая частота 1 186,2325 МГц, Ethernet IP-протокол (рис. 3 а), протокол Z-modem с восстановлением (рис. 3 б).
а
б
Рис. 3. Схема эксперимента для передачи файлов: а - с использованием пульта МРК-18М на одном конце ЛПД; б - с использованием персональных компьютеров на обоих концах ЛПД.
Результаты испытаний
Результаты проведенных испытаний приведены в табл. 1-3.
Таблица 1
Результаты испытаний на скорости 19 200 бит/с
№ п/п Объём Ух, байт Время 4, с Задержка, мс Скорость Ух, бит/с
1 464 896 235 400 15 826,25
2 631 808 336 395 15 043,05
3 641 024 341 398 15 038,69
4 662 528 352 400 15 057,45
5 672 768 358 400 15 033,92
6 755 712 405 400 14 927,64
7 837 632 445 394 15 058,55
8 2 066 432 1094 394 15 111,02
Таблица 2
Результаты испытаний на скорости 57 600 бит/с
№ п/п Объём Ух, байт Время 4, с Задержка, мс Скорость Ух, бит/с
1 464 896 84 358 44 275,81
2 631 808 114 367 44 337,40
3 641 024 116 368 44 208,55
4 662 528 120 368 44 168,53
5 672 768 124 394 43 404,39
6 755 712 136 358 44 453,65
7 837 632 153 368 43 797,75
8 2 066 432 377 358 43 850,02
9 2 066 432 419 358 39 454,55
Таблица 3
Результаты испытаний на скорости 115 200 бит/с
№ п/п Объём Ух, байт Время 4, с Задержка, мс Скорость ух, бит/с
1 464 896 43 355 86 492,28
2 631 808 57 355 88 674,81
3 641 024 58 355 88 417,10
4 662 528 60 355 88 337,07
5 672 768 61 358 88 231,87
6 755 712 69 355 87 618,78
7 837 632 78 358 85 910,97
8 2 066 432 180 358 91 841,42
V, Byte
В таблицах первый столбец показывает номер эксперимента на каждой скорости передачи данных. Второй столбец показывает размер использованного файла. Следующий столбец показывает время, затраченное на передачу файла. Столбец «Задержка» показывает время прохождения сигнала от антенны до спутника. Последний столбец показывает фактическую скорость передачи данных, рассчитанную по формуле
у =
у ^ ’
где V - объём передаваемых данных; VI - скорость передачи данных; ^ - время передачи данных; 8 - коэффициент для перевода единиц измерения информации (байты в биты), так как принято объём данных измерять в байтах, а скорость - в битах в секунду.
Строка 9 в табл. 2 показывает результаты измерений при искусственном прерывании передачи.
Средние значения фактических скоростей передачи данных составили: 15 137,07 бит/с при заявленной 19 200 бит/с; 44 062,01 бит/с при заявленной 57 600 бит/с; 88 190 бит/с при заявленной 115 200 бит/с.
Графическое представление результатов изображено на графиках (рис. 4), где V - объём передаваемых данных; 1х1, 4а, 43 - измеренное время передачи данных при измерениях на скоростях 19 200 (рис. 4 а), 57 600 (рис. 4 б) и 115 200 (рис. 4 в) бит/с соответственно. Для сравнения смотреть рис. 2 б и в.
Таким образом, в результате проведённых экспериментов по схеме (рис. 3 а) определена возможность использования ССС совместно с МРК-18М. При этом есть необходимость в доработке приемоиндикатора для устранения некоторых моментов:
- при длительной передаче происходит прерывание на 60±10 с, возобновление передачи происходит также на 60±10 с;
- стабильность связи помимо прерываний на 60±10 с нарушается, если послать сообщение встречно направлению основного потока данных.
При работе по схеме (рис. 3 б) прерываний в передаче не происходит. Использование искусственного прерывания даёт задержку в передаче примерно на 42 с, после чего передача возобновляется, и файл передается без видимых повреждений. Это доказывает надёжность использования ССС в комплекте с протоколами, предусматривающими автоматическое восстановление при прерывании (2-модем с восстановлением). Помимо этого определено отставание по времени экспериментального графика от теоретического. Это объясняется наличием неучитываемых стабильных помех, неизбежно присутствующих в эфире связи.
t. tx3
„ t, s
Рис. 4. Сравнение теоретических и экспериментальных графиков зависимости объёма передаваемых данных от времени при различных скоростях передачи данных: а - v6 и vx; б - v9 и vx; в - Уц и vx
Выводы
Изложенные в статье результаты экспериментальных проверок передачи бортовых баз данных по спутниковым системам связи показывают надежность применения стандартных протоколов передачи информации. Использование стандартных протоколов позволяет при прерывании связи на неопределенное время продолжить передачу информации с того места, на котором произошло прерывание. При этом происходит задержка в передаче на время прерывания плюс время, затрачиваемое на восстановление передаваемой последовательности.
Неучитываемые помехи имеют постоянный характер, так что при вводе постоянного коэффициента можно с высокой точностью смоделировать, спроектировать и настроить систему передачи информации.
Характер передаваемой информации, будь то навигационные базы данных или базы данных рельефа местности, не влияет на процесс передачи этой информации, и передача происходит без фиксируемых изменений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Игошин А.М. Применение баз аэронавигационных данных на воздушных судах гражданской авиации // Вестник СибГАУ. - 2006. - Вып. 1(8).
2. Борсоев В.А., Игошин А.М., Новиков В.С. Методы оперативного обновления бортовых баз аэронавигационных данных на воздушных судах гражданской авиации // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2008. - № 136.
ONBOARD DATABASE OPERATIVE UPDATING FOR CIVIL AVIATION AIRCRAFT BY MEANS OF SATELLITE COMMUNICATION SYSTEM
Borsoev V.A., Igoshin A.M., Novikov V.S.
Experimental verification results of onboard database operative updating for aircraft by means of satellite communication system are offered in the article.
Key words: aeronautical data bases lay of land data bases, operative updating.
Сведения об авторах
Борсоев Владимир Александрович, 1949 г.р., окончил КИИ ГА (1976), доктор технических наук, профессор СибГАУ, автор более 140 научных работ, область научных интересов - навигационное обеспечение полетов и управление воздушными судами.
Игошин Андрей Михайлович, 1981 г.р., окончил СибГАУ (2004), научный сотрудник СибГАУ, область научных интересов - авионика, навигационное обеспечение полетов и управление воздушными судами.
Новиков Владимир Стефанович, 1935 г.р., окончил КИИ ГА (1959), доктор технических наук, почетный профессор Национального авиационного университета (Украина), автор более 300 научных работ, область научных интересов - навигационное обеспечение полетов и управление воздушными судами.
