CC BY
1066
УДК 621.396.96
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ГРАЖДАНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
С.В. БАБУРОВ, Д.А. БУРЯКОВ, М.А. ВЕЛЬКОВИЧ, Б.П. ЕЛИСЕЕВ, А.В. ИВАНОВ,
А.И. КОЗЛОВ, В.М. КОРОЛЬ, М.В. МИНАЕВ, А.П. СТАДНЮК, А.Ю. ШАТРАКОВ, Ю.Г. ШАТРАКОВ
По заказу главной редакции
В работе на примере ОАО «ВНИИРА» оцениваются направления создания радиотехнических систем гражданского назначения, направленные на повышение безопасности полетов.
Ключевые слова: воздушное движение, тренажер, радиолокатор, радионавигация, метеорадиолокатор.
Предприятия страны в условиях открытой национальной экономики, развития глобализационных процессов в науке и промышленности, не следующие инновационному пути развития, в ближайшей перспективе будут обречены или на прекращение своей деятельности или превращения во второстепенный придаток трансконтинентальных корпораций. Инновационный путь развития предлагает постоянное активное совершенствование технических и технологических решений при создании и производстве конкурентоспособной продукции, адекватное применение перспективных методов конструирования, испытаний аппаратуры и систем внедрения по управлению предприятиями с учетом тенденций технико-экономического развития глобальной экономики [1]. В настоящей работе на примере опыта ОАО «ВНИИРА» рассматриваются перспективы развития радиотехнических систем гражданского назначения, направленных на повышение безопасности полетов.
За более чем 60-летний период деятельности под руководством ОАО «ВНИИРА» для развития созданных систем и изделий по обеспечению безопасности полетов авиации всех ведомств были образованы в стране 4 отдельных НИИ и 5 КБ при заводах-изготовителях продукции. Для выпуска систем и изделий, разрабатываемых в ОАО «ВНИИРА», были построены и выведены на проектную мощность 7 заводов, а выпуск продукции осуществлялся на 12 предприятиях. Эти предприятия обеспечивали поставку изделий на тысячи самолетов и вертолетов и более 4 тысяч аэродромов, где базировалась авиация, оснащенная отечественной техникой [2]. В настоящее время численность авиации, оснащаемой отечественной техникой и аэродромами базирования, значительно сократилась, оснащение отечественных аэродромов осуществляется строго по целевым программам. Оснащение ведомственных аэродромов, где базируется авиация общего назначения (АОН), осуществляется по отдельным программам. С учетом всех изменений, в том числе глобализационных процессов в экономике страны, за ОАО «ВНИИРА» на отечественном и зарубежных рынках сохранились следующие направления деятельности по созданию [3, 4]:
- автоматизированных систем управления воздушным движением;
- инструментальных и локационных систем посадки всех типов летательных аппаратов;
- оборудования командно-диспетчерских пунктов аэродромов всех назначений;
- азимутально-дальномерных маяков, работающих в новом частотном диапазоне волн;
- многоканальных корабельных систем обеспечения радионавигационной информации для кораблей с одиночным базированием;
- первичных и вторичных радиолокационных станций, работающих в новых режимах;
- метеорадиолокаторов с доплеровской и поляризационной обработкой информации;
- бортового радиоэлектронного оборудования, которое включает режимы: РСБН, ВРЛ, инструментальной посадки, СРНС, РСДН, ДМЕ, ТАКАН;
- бортовых АФС, обеспечивающих работу радиоэлектронного оборудования во всех диапазонах волн;
- летающих лабораторий для сертификации радиотехнического оборудования аэродромов и отдельных вертолетных площадок.
1. Автоматизированные системы управления воздушным движением
Создание отдельных средств и АС УВД производится в ОАО «ВНИИРА» с 1970 года. Начиная с первой отечественной АС УВД «Старт», постоянно создаются системы на уровне лучших мировых образцов, то есть все системы по своим характеристикам и стоимостным параметрам конкурентоспособны с лучшими зарубежными образцами ведущих фирм-производителей АС УВД: «INDRA», «THALES».
Преемственность развития обеспечивает интеграцию отечественных АС УВД в мировую и европейскую аэронавигационную системы. К настоящему времени АС УВД производства ОАО «ВНИИРА» оснащены более 70 аэропортов России и зарубежных стран. В 2011 году введен Хабаровский УЦ ЕС ОрВД, соответствующий уровню автоматизации передовых европейских служб аэронавигации. После ввода в строй Московского УЦ ЕС ОрВД в 2013 году уровень автоматизации будет превосходить соответствующий уровень 34 из 36 служб аэронавигации европейских стран. При этом будут реализованы 11 новейших функций автоматизации, которые в комплексе отсутствуют в АС УВД других стран. По оценке организации «Евроконтроль» внедрение новых функций автоматизации в Московском УЦ ЕС ОрВД обеспечит:
- повышение пропускной способности воздушного пространства на 15%;
- повышение безопасности полетов более чем в 2 раза.
На рис. 1 представлен общий вид диспетчерского зала Хабаровского укрупненного центра, оснащенного АС УВД «Синтез». На рис. 2 представлен вид экрана диспетчера с информацией, полученной от АС УВД «Синтез».
Рис. 1. Общий вид диспетчерского зала Хабаровского укрупненного центра, оснащенного АС УВД «Синтез»
Рис. 2. Вид экрана диспетчера с информацией, полученной от АС УВД «Синтез»
2. Тренажно-моделирующие системы и средства
В развитии тренажерно-моделирующих средств для подготовки диспетчеров УВД ОАО «ВНИИРА» специализируется с 1973 года и является ведущим предприятием в этой области. Основные направления развития тренажеров:
- необходимость отображения адекватной воздушной обстановки;
- создание программных средств синтеза и распознавания голосовой информации пилота -оператора - инструктора;
- увеличение численности обслуживаемых летательных аппаратов с доведением до реальной обстановки в зонах полета;
- развитие мощностей системного блока для комплекта видеокарт высокой производительности;
- моделирование широкого набора особых аварийных и конфликтных ситуаций.
На рис. 3 представлены рабочие места тренажера и средства визуализации обстановки.
Рис. 3. Рабочие места тренажера и средства визуализации обстановки
3. Системы вторичной радиолокации
Более полувека системы радиолокации служат в качестве основного источника информации для АС УВД. С 1996 года ОАО «ВНИИРА» поставил на отечественный и зарубежные рынки более 80 комплектов радиолокаторов. В течение этого периода на смену традиционным вторичным радиолокаторам пришли моноимпульсные и адресные (режим 5) вторичные радиолокаторы, которые обеспечивают существенное повышение точности определения координат воздушных судов, уменьшение уровня внутрисистемных помех и создание каналов передачи данных земля-борт, борт-земля. В то же время современные системы вторичной радиолокации не могут обеспечить требования будущих систем ОрВД по темпу и точности обновления данных, а также стоимости. Кроме того, для повышения целостности наблюдения требуется двойное перекрытие радиолокационного поля, что ещё больше увеличивает стоимость. В настоящее время общепризнанно, что главенствующую роль в будущих системах наблюдения будут играть средства автоматического зависимого наблюдения: вещательного АЗН-В и контрактного АЗН-К. Переход к системам АЗН должен осуществляться эволюционно. Поэтому в период эволюционного перехода должны сохраниться средства независимого наблюдения, в качестве которых могут выступать простые системы ВРЛ (СВРЛ) (без двойного перекрытия и режима 5), либо многопозиционные системы наблюдения (МПСН), которые в будущем могут стать основным резервным средством зависимого наблюдения. МПСН имеют более высокие точности по сравнению с ВРЛ, темп обновления, облегченные требования к месту установки и условиям эксплуатации.
Технические характеристики:
- максимальная дальность - 420 км;
I^¡=а!|Ш боГеТомТ,наработка "а отказ"
Рис. 4. ВРЛ «Аврора» и его технические характеристики
На рис. 4 представлен ВРЛ «Аврора» и его технические характеристики, а на рис. 5 - наземная станция АЗН-В и её характеристики.
Технические характеристики:
максимальная дальность - 465 км;
минимальная дальность - 0,25 км;
высота - 20 км;
угол места - < 0,3/> 45°;
количество целей - > 500;
вероятность обновления информации от
ВС (за 4 с) - > 0,99;
темп обновления - 1 ... 4 с.
Рис. 5. Наземная станция АЗН-В и её характеристики 4. Системы первичной радиолокации
ОАО «ВНИИРА» для АС УВД были разработаны и поставлялись аэродромные первичные радиолокаторы «Волхов», «Онега», «Амур», «Урал». В последние годы для АС УВД используются радиолокаторы «Лира-А10» и «АОРЛ-1АС», которые представляют радиолокационную информацию. Имеющийся научно-технический задел позволяет в кратчайшие сроки разработать и представить на рынок совмещенный первично-вторичный аэродромный радиолокационный комплекс, который может быть конкурентноспособным по сравнению с существующими системами.
Технические Значение
характеристики
Диапазон частот, МГ ц 9175...9575
Зоны обзора (инструм.):
- по дальности, км 40 (60)
- по азимуту, град ±17,5
- по углу места, град -1 ..+8
Темп обзора, с 1
Ошибки измерения координат:
- по дальности, м 15
- по курсу, м 6
- по высоте, м 6
Рис. 6. Посадочный радиолокатор «Низовье» и его основные ТТХ
Традиционно, начиная с момента создания, ОАО «ВНИИРА» разрабатывал радиолокационные системы посадки, которые изготавливались серийными заводами. В настоящее время разработан новый посадочный радиолокатор «Низовье». На рис. 6 представлен внешний вид и основные ТТХ ПРЛ «Низовье».
5. Система ближней радионавигации
С момента создания ОАО «ВНИИРА» разработало и внедрило радиотехническую систему навигации (РСБН), которая по своим характеристикам превосходит зарубежную систему аналогичного назначения «TACAN». Радиомаяки системы РСБН выпускаются серийными заводами и поставляются на отечественный и зарубежные рынки, в том числе на корабли с палубным базированием летательных аппаратов. В связи с закупками российскими авиакомпаниями летательных аппаратов зарубежного производства, не оснащенных бортовым оборудованием РСБН, возникла необходимость оснащения аэродромов гражданского назначения системами VOR/DME, что нарушило принцип создания единого радионавигационного поля.
а б
Технические характеристики Тропа-СМД Тропа-П
Диапазон рабочих частот - на передачу, МГ ц - на прием, МГц 962.0-1000,5 726.0-768,0 962.0-1000,5 962.0-1000,5 726.0-768,0
Зона действия. - по дальности, км - по азимуту, град до 400 360 не менее 240 360
Число одновременно обслуживаемых ЛА при вероятности обслуживания по даль номерному каналу 0,8 50 10
Масса (включая антенну порядка 100 кг), кг не более 200 не более 20
Г абариты АФУ (в радиопрозрачном укрытии), м высота - 1,1 диаметр - 1,1
Время наработки на отказ, ч не менее 5000
Рис. 7. Радиомаяк системы РСБН для крупных аэродромов - «Тропа-СМД» (а) и портативный радиомаяк для аэродромов местных воздушных линий - «Тропа-П» (б) и их технические характеристики
В связи с бурным развитием систем сотовой связи и цифрового телевидения, а также с принятыми Россией обязательствами по выполнению требований Международного регламента радиосвязи необходим перевод существующих средств навигации в международный диапазон частот. В настоящее время ОАО «ВНИИРА» разработало маяк системы РСБН для крупных аэродромов «Тро-па-СМД», работающий в международном диапазоне частот, портативный радиомаяк «Тропа-П» для аэродромов местных воздушных линий и автономный радиомаяк «DME-Тропа». На рис. 7, 8 представлены внешний вид и основные ТТХ АДРМ «Тропа-СМД», «Тропа-П» и «DME-Тропа».
Основные технические характеристики Значение
Диапазон частот, МГ ц 962-1213
Число рабочих частотно-кодовых каналов 252
Максимальная дальность действия, км 380
Динамический диапазон принимаемых сигналов, дБ 80
Среднеквадратическая ошибка измерения дальности, м (при минимальном отношении сигнал/шум на максимальной дальности действия) ±150
Коэффициент усиления антенны, дБ 9
Ширина диаграммы направленности в азимутальной плоскости, град 360
Диаграмма направленности в вертикальной плоскости, град 0,3 - 45 (сОБЄЄ2)
Поляризация вертик.
Ориентировочный вес блока наземного измерителя-ретранслятора, кг 21
Размеры блока наземного измерителя-ретранслятора, мм (В*Ш*Г) 500*300 *300
Размеры антенны (без мачты), мм 2214х227
Вес антенны (без мачты), кг 17
Рис. 8. Автономный радиомаяк «DME-Тропа» и его технические характеристики
ОАО «ВНИИРА» разработан радиомаяк «Тропа-М» в морском исполнении для возможности установки на кораблях с одиночным базированием летательных аппаратов. Внешний вид АДРМ «Тропа-М» в морском исполнении представлен на рис. 9. Эта система предназначена для установки на ледоколы и танкеры большого водоизмещения. АДРМ обеспечивает выдачу и прием цифровой информации для дистанционного включения/выключения АДРМ и контроля его состояния, а также цифровой информации о координатах, взаимодействующих с АДРМ летательных аппаратов, со среднеквадратической погрешностью: по азимуту - 1,5°; по дальности
- 80 м. Назначенный срок службы - 15 лет.
Рис. 9. Внешний вид АДРМ «Тропа-М» в морском исполнении
Проработка вопроса расширения функций режима работы данной системы позволяет рекомендовать возможность комплексирования её с СРНС ГЛОНАСС и системами РСДН (длинноволновый и сверхдлинноволновый диапазон). Это позволит повысить конкурентоспособность навигационного комплекса корабельного базирования.
6. Системы метеорадиолокации
В настоящее время 18 стран Европы участвуют в проекте «OPERA» по созданию системы радиолокационного мониторинга погоды. По оценкам потребность в метеорадиолокаторах составляет: для США - 78 станций, Европы - 138 станций, а для районов Сибири и Дальнего Востока нашей страны - 20 станций. На рис. 10 представлены для сравнения параметры метеолокаторов трех стран. Как видно, отечественный метеолокатор по большинству параметров превосходит зарубежные образцы. На этом же плакате приведен внешний вид МРЛ-700С.
Дальность действия, режим "Отражаемость" км
Значение
DWSR-2500С США
480
Meteor
500C
Германия
500
МРЛ-
700С
Россия
500
Макс. значение измеряемой скорости, м/с:
- без вобуляции ЧПИ
- с вобуляцией ЧПИ_______________________
±16
±48
*
±48
±14
±48
Диапазон измерения среднеквадратического значения ширины спектра скоростей, м/с
*
0-6
Ширина диаграммы направленности антенны в обеих плоскостях, град____________________________________
1,0
1,0
1,0
Уровень боковых лепестков, дБ
-25
-28
-28
Длительность зондирующего импульса, мкс:
- режим "Отражаемость"
- режим "Скорость"
2,0
0,8
2,0
0,8
2,0
(2-50)
1,0
(2-50)
Частота повторения зондирующего импульса, Гц:
- режим "Отражаемость"
- режим "Скорость"
250 786, 885, 1180
250
800-1200
250
1000
900/1200
Чувствительность приемника, дБ/Вт, не хуже
-143
-142
-140
Динам. диапазон приемника, дБ, не менее
90
90
96
*
Рис. 10. Доплеровский метеорадиолокатор) МРЛ-700С и его сравнение параметров метеолокаторов трех стран
7. Бортовое радионавигационное оборудование
Бортовое оборудование разработки ОАО «ВНИИРА» устанавливается на всех воздушных судах отечественного производства, не уступает по всем техническим характеристикам и надежности зарубежным аналогам. В то же время выгодно отличается по стоимости и цене обслуживания. Бортовое радионавигационное оборудование обеспечивает работу в режимах: РСБН СРНС (ГЛОНАСС и GPS) инструментальной посадки ILS и MLS, вторичной радиолокации. Бортовая аппаратура выпускается как многофункциональная, так и с раздельными каналами. На рис. 11 представлены внешний вид многофункциональной бортовой аппаратуры БМС 2010 и ее отдельных каналов. Проводятся работы по отработке систем инструментальной посадки с использованием бортового радиоэлектронного оборудования по СРНС ГЛОНАСС. В настоящее время получены характеристики в режиме инструментальной посадки, удовлетворяющие требованиям 1 категории норм ИКАО.
EMC SBY UV0 RBS ALT TEST Д V
RMT КМ < A V > TEST
Бортовая многофункциональная система БМС 2010
Бортовое навигационнопосадочное оборудование
Малогабаритный навигационнопосадочный комплекс
Самолетный
малогабаритный
радиолокационный
ответчик
Система раннего предупреждения близости земли
Самолетные адресные радиолокационные ответчики
Рис. 11. Многофункциональная бортовая аппаратура БМС 2010 и ее отдельные каналы
8. Аппаратура летного контроля
В ОАО «ВНИИРА» создано 4 поколения автоматизированных систем летного контроля, которые поставлялись на внешние рынки. Применение систем нового поколения таких АСЛК-2005 и АСЛК-75М-04 позволяют существенно сократить объем летных испытаний и летного контроля, повышают качество и эффективность их проведения. Перспективы дальнейшего развития связаны с появлением на российском рынке перспективного самолета-носителя, поскольку в настоящее время все комплексы летного контроля, находящиеся в эксплуатации, размещены на самолетах типа Ан-26, Ан-24 и Як-40.
Внешний вид АСЛК-2005 представлен на рис. 12.
Рис. 12. Автоматизированные системы летного контроля АСЛК-2005 (слева) и АСЛК-75М-04 (справа)
9. Подготовка специалистов
По сравнению с 1990 годом по ряду причин численность специалистов в ОАО «ВНИИРА» сократилась более чем в 3 раза. Для успешной работы на всех рынках по внедрению создаваемых систем и изделий ОАО «ВНИИРА» уделяет соответствующее внимание подготовке специалистов. Так в соответствии с Постановлением Правительства РФ № 421 от 09.06.2010 г. и указанием Департамента профобразования Минобрнауки (№ 12-1102 от 08.06.2011 г.) начиная с 2011 года в Санкт-Петербургском государственном университете авиакосмического приборостроения (ГУАП) в интересах ОАО «ВНИИРА» начата целевая подготовка специалистов по специальности «Радиоэлектронные системы и комплексы». Студенты принимаются на обучение по этой специальности вне конкурса на бюджетные отделения и с 1 курса с ними заключается тройной договор об обучении их в Университете в интересах ОАО «ВНИИРА». Эта единственная программа в Санкт-Петербурге целевой подготовки студентов для высокотехнологичного конкурентноспособного предприятия. В настоящее время ОАО «ВНИИРА» работает аспирантура и получена лицензия Рособрнадзора для возможности образования специалистов высшей квалификации. В Минобрнауки представлены документы для получения лицензии на получение дополнительного образования по направлению «Радиоэлектронные системы» и подготовлены материалы для открытия докторантуры и новых диссертационных советов. На базовой кафедре ОАО «ВНИИРА» и ГУАП обучаются студенты 4 и 5 курсов. В результате изменения учебной программы в интересах предприятия в 2011 году более 70% студентов этой кафедры распределены по подразделениям ОАО «ВНИИРА» и после защиты диплома остаются работать на предприятии по полученной специальности. За 3-4 года совместной работы численность молодых специалистов будет доведена до 25% от общего числа работающих, что позволит практически решать проблему инновационного развития предприятия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Перспективные технологии приборостроения / под ред. А.Ю. Шатракова. - М.: Экономика, 2011.
2. Современные системы ближней радионавигации / под ред. Г. А. Пахолкова. - М.: Транспорт, 1996.
3. Пахолков Г.А., Шатраков Ю.Г. Угломерные радиотехнические системы посадки. - М.: Транспорт, 1992.
4. Шатраков Ю.Г., Ривкин М.И. Самолетные антенные системы. - М.: Машиностроение, 1989.
PROSPECTS OF THE DEVELOPMENT CIVIL PURPOSE RADIOSYSTEMS
Baburov S.V., Burjakov D.A., Velkovich M.A., Eliseev B.P., Ivanov A.V., Kozlov A.I., Korol V.M., Minaev M.V., Stadnjuk A.P., Shatrakov A.J., Shatrakov J.G.
In this article estimate directions of creations radios systems for rise safety flights.
Key words: air traffic; simulator; radar; radionavigation; radiolocation, meteoradar.
Сведения об авторах
Бабуров Сергей Владимирович, 1984 г.р., окончил ЛЭТУ им. Ульянова-Ленина (2007), заместитель директора НТЦ «Навигатор» по развитию, автор 12 научных работ, область научных интересов -создание интегральной бортовой аппаратуры.
Буряков Дмитрий Александрович, 1971 г.р., окончил Финансовый экономический университет (1993), заместитель генерального директора ОАО «ВНИИРА», автор 12 научных работ, область научных интересов - организация производства РЭО.
Велькович Михаил Абрамович, 1961 г.р., окончил Санкт-Петербургский государственный университет пищевых технологий (1993), советник генерального директора ОАО «Концерн ПВО «Алмаз-Антей», автор 17 научных работ, область научных интересов - развитие инновационных технологий в РЭО.
Елисеев Борис Петрович, 1957 г.р., окончил Дальневосточный государственный университет (1982), доктор юридических наук, профессор, заслуженный юрист РФ, ректор Московского государственного технического университета гражданской авиации, заведующий кафедрой государственного регулирования и права МГТУ ГА, автор более 100 научных работ, область научных интересов - государственное управление, административное, финансовое, воздушное право.
Иванов Алексей Владимирович, 1979 г.р., окончил СПб ГУАП (2002), заместитель генерального директора, автор 2 научных работ, область научных интересов - создание АС УВД.
Козлов Анатолий Иванович, 1939 г.р., окончил МФТИ (1962), профессор, доктор физикоматематических наук, Соросовский профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ, академик Академии транспорта РФ и Международной академии информатизации, советник ректора МГТУ ГА по общим вопросам, автор более 300 научных работ, область научных интересов - радиофизика, радиополяриметрия, радиолокация.
Король Виктор Михайлович, 1946 г.р., окончил Ленинградский институт авиационного приборостроения (1972), кандидат технических наук, генеральный директор ОАО «ВНИИРА», автор более 100 научных работ, область научных интересов - создание систем управления гос. авиации.
Минаев Михаил Валерьевич, 1967 г.р., окончил МАИ (1997), заместитель директора НТЦ ОАО «ВНИИРА», автор 2 научных работ, область научных интересов - программное обеспечение АС УВД.
Стаднюк Алексей Петрович, 1962 г.р., окончил МВТУ им. Н.Э. Баумана (1985), аспирант МГТУ ГА, автор 5 научных работ, область научных интересов - организация и управление воздушным движением.
Шатраков Артем Юрьевич, 1972 г.р., окончил Академию ФСБ (1997), доктор экономических наук, профессор, заместитель начальника Управления ОАО «Концерн ПВО «Алмаз-Антей», автор более 200 научных работ, область научных интересов - создание бортовой интегрированной аппаратуры.
Шатраков Юрий Григорьевич, 1938 г.р., окончил Ленинградский институт авиационного приборостроения (1964), доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ, советник генерального директора ОАО «ВНИИРА», автор более 250 научных работ, область научных интересов - создание РНК.
