CC BY
56
2007
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА Серия Радиофизика и радиотехника
№ 112
УДК 629.7.351
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИИ ДИСПЕТЧЕРОМ УВД ПО УСТРАНЕНИЮ КОНФЛИКТНЫХ
СИТУАЦИЙ при использовании срнс
В.Б. ВЫЧУГЖАНИН
Статья представлена доктором технических наук, профессором Рубцовым В.Д.
Рассматривается возможность повышения эффективности принятия решений при УВД с переходом на спутниковую технологию навигационного обеспечения воздушных судов.
Одной из наиболее сложных и часто встречающихся задач, которые приходится решать диспетчеру управления воздушным движением (УВД), является задача разрешения или запрещения пересечения воздушным судном (ВС) встречного занятого эшелона [1]. При этом для прогнозирования потенциально конфликтной ситуации (ПКС), когда одно ВС изменяет высоту полета, а другое следует в горизонтальном полете, согласно существующей достаточно сложной методике [2], диспетчеру УВД необходимо рассчитать минимально допустимое расстояние между ВС, при котором может быть разрешено пересечение занятого эшелона. Сложность этой методики затрудняет ее практическое использование.
Решение задачи разрешения (запрещения) занятого эшелона может быть упрощено при использовании для определения координат и скорости движения ВС спутниковых радионавигационных систем (СРНС) типа ГЛОНАСС (РФ) и GPS (США) с передачей этих параметров в центр УВД по каналу связи «ВС - Земля».
Такая процедура может осуществляться с использованием технологии УВД с автоматическим зависимым наблюдением (АЗН), при которой в составе основного сообщения, передаваемого в автоматическом режиме с борта ВС с интервалом Т @ 10 с, содержится информация о текущих координатах и скорости движения ВС.
При АЗН адресного типа (АЗН-А) возможна передача по запросу диспетчера УВД дополнительной информации, например, данных о вертикальной составляющей скорости ВС Vz, поскольку в современной аппаратуре потребителей (АП) СРНС, на использование которой ориентировано АЗН, определяемый вектор состояния ВС помимо координат ВС х, у, z и сдвига бортовой шкалы времени (БШВ) Dt относительно системного времени содержит скорости их изме-
Задача о разрешении (запрещении) пересечения занятого эшелона может быть решена путем определения минимальной вертикальной скорости пересечения УгтШ, обеспечивающей безопасное расхождение ВС на интервале, не превышающем безопасный интервал сближения
При условии, что путевые скорости конфликтующих ВС Ж1 и Ж2 и расстояние между ними /0 в момент начала снижения одного из них (например, ВС1) определены абсолютно точно, значение V . может быть определено из выражения [4]:
нения Vx, Vy, Vz, VAt [3]:
X =( X у Z, Dt,Vx ,Vy ,Vz ,VAt )
(1)
где Ак - вертикальный интервал между ВС в момент начала снижения ВС1, ¿сн
I = /о 1* - (3)
п W1 + ж2 w
время снижения ВС1 с вертикальной скоростью УгтШ до эшелона, занятого ВС2.
С учетом погрешностей определения координат конфликтующих ВС и скоростей их движения величина минимальной вертикальной скорости снижения ВС1 с вероятностью не меньшей Р @ 0,99 определяется выражением:
Л, W1 + W2
V = Ак=—1-------— , (4)
^ /о - /у - 3°Х
где
среднеквадратическое отклонение (СКО) от среднего значения расстояния между ВС в момент пересечения ВС занятого эшелона; /0 - среднее (одиночное) значение расстояния между ВС в начале снижения ВС1; W1 и W2 - средние (оценочные) значения скоростей ВС1 и ВС2; cWl и о^ - СКО определения путевой скорости ВС1 и ВС2, о^ и о;2 - СКО определения местоположения этих ВС.
При использовании одних и тех же навигационных средств для навигационных определений ВС выражение (5) может быть упрощено и записано в виде:
2+о2;} , (6)
где Оцг и - СКО определения скорости и местоположения ВС соответственно; остальные обо-
значения - прежние.
При использовании традиционных средств навигации ВС, о^ может достигать величин порядка 10 км. При этом из (4) можно видеть, что не учет погрешности определения местоположения ВС и параметров их движения может привести к существенным ошибкам в решении задачи разрешения (запрещения) пересечения ВС занятого эшелона и соответственно к увеличению риска возникновения инцидентов, связанных с безопасностью воздушного движения.
С другой стороны, как видно из (6), с повышением точности определения координат и скорости ВС, характеризуемой значениями СКО о; и о№- , уменьшается результирующая погрешность определения расстояния между ВС в момент пересечения занятого эшелона, характеризуемого значением СКО о^. При этом, как следует из (4), минимальная вертикальная скорость снижения ВС1, обеспечивающая расхождение ВС на интервале, не превышающем безопасный интервал сближения ВС /б с заданной вероятностью Р = 0,99, уменьшается.
Так, полагая среднее значение расстояния между ВС в начале снижения ВС1 /0 = 110 км, безопасный интервал сближения равным интервалу продольного эшелонирования /б = /уэ = 35 км, средние скорости ВС W1= W2 =900 км/ч и СКО определения расстояния между ВС в момент
пересечения занятого эшелона = 10 км, то есть полагая, что используются традиционные средства навигационных определений ВС, при вертикальном интервале между ВС в момент начала снижения Ак = 1 км, что соответствует удвоенному интервалу вертикального эшелонирования для высот полета 8,1 - 12,1 км, равному кэ = 0,5 км [5], получаем VZmjn @ 360 км/ч.
При использовании спутниковой технологии навигационных определений на борту ВС с использованием аппаратуры потребителей (АП) СРНС, работающей в стандартном режиме по
открытому коду, координаты и скорость движения ВС могут быть определены с точностями, характеризуемыми СКО: о; =40 м, о^3,6км/ч [3]. При этом из (6), полагая остальные параметры теми же, что и выше, получаем о^ = 0,22 км. Соответственно из (4) получаем VZm=24,3 км.
Как видим, использование спутниковых средств навигации ВС позволяет снизить VZmjn до приемлемой величины.
Технология разрешения рассматриваемой ПКС может быть следующей. По полученным от системы АЗН данным о параметрах движения конфликтующих ВС с использованием средств автоматизации системы процедурного контроля (СПК) определяется минимальная скорость снижения VZmjn ВС, осуществляющего маневр, информация о которой по каналу связи «Земля -
ВС» передается на борт ВС с целью обеспечения необходимой для безопасного расхождения ВС скорости снижения одного из них.
Возможен и другой вариант разрешения ПКС, когда в расширенное сообщение системы АЗН, передаваемое в центр УВД, включается информация о вертикальной скорости маневрирующего ВС. При этом если она не удовлетворяет требованию безопасности расхождения ВС, определенному по данным системы АЗН с использованием СПК, на борт маневрирующего ВС передается информация о необходимом изменении скорости снижения.
При возникновении ПКС одним из возможных маневров по разрешению конфликта является изменение скорости ВС, позволяющее обойтись без использования рассмотренного выше маневра - изменения высоты полета ВС.
До настоящего времени этот способ не нашел широкого применения в практике УВД, в частности, в связи с отсутствием технических средств высокоточного измерения составляющих скорости ВС.
Оснащение ВС аппаратурой потребителей СРНС в сочетании с переходом на перспективную технологию УВД с АЗН делает технически возможной реализацию способа разрешения конфликта при возникновении ПКС методом изменения скорости ВС. При этом на основании данных о значениях плановых составляющих скоростей VXl, VУl и Vх2, VУ2 конфликтующих ВС,
передаваемых по запросу диспетчера УВД в составе расширенного сообщения АЗН, производится расчет продольного и бокового интервалов ВС2 относительно ВС1:
^0 + к А) = /у0 + (^2 - Уу1) к А/; (7)
/х(Г0 + к А/) = /х0 + (У^ - Vх1) к А/, (8)
где /у0 = /у (/0) и /х0 = /х (/0) - расчетные значения указанных интервалов на начальный момент /0,
к которому отнесены значения составляющих скоростей ВС1 и ВС2: VXl, Уу1, VX2, Уу2; /пр = к А/ -
интервал прогнозирования, А/ - малый интервал времени (интервал итерации); к - целое число. Расчеты выполняются до тех пор, пока выполняется неравенство:
/у (/0 + к А/) < /у [/0 + ( к - 1) А/] . (9)
Обращение неравенства (9) в равенство дает значение минимального продольного интервала между ВС:
/утт = /у [/0 + ( к - 1) А/] (10)
в момент пересечения их путей:
/тт = /0 + ( к - 1) А/ . (11)
В случае, если этот интервал меньше интервала /у определяемого нормой продольного
эшелонирования, методом итераций с использованием средств автоматизации СПК производится расчет минимального расстояния между ВС /mn|Аw при изменении скорости одного из
конфликтующих ВС АW в пределах ±20 км/ч до обеспечения выполнения условия:
1утт |d w - 1уэ, (12)
после чего информация о необходимом изменении скорости DW передается на борт ВС. При этом минимальное значение бокового интервала между ВС lmin |д w в момент пересечения их
путей должно удовлетворять условию:
lxmm |DW - 1хэ, (13)
где 1хэ - норма бокового эшелонирования.
Данный способ разрешения конфликта предполагает привязку к одной шкале времени часов диспетчера УВД и ВС. В качестве датчика автономной системы единого времени может служить АП СРНС. Так, в системе GPS передаваемые с космических аппаратов (КА) навигационные сообщения содержат информацию о времени GPS, передаваемую так называемым z-отсчетом.
Шкала времени GPS, в свою очередь, привязана к шкале времени Универсального координированного времени (UTC), поддерживаемой Военно-морской обсерваторией США [3]. Согласно данным [6] ошибка определения времени с вероятностью 0,95, что соответствует двум СКО, не превышает 52 нс (для кода Р), то есть СКО определения времени GPS составляет 2,6-10-8 с.
ЛИТЕРАТУРА
1. Жук И.И. Об автоматизации одной из функций принятия решений диспетчером РЦ ЕС УВД // Теория и практика совершенствования системы управления воздушным движением: Межвуз. темат. сб. науч. трудов. -Л.: ОЛАГА, 1990. С. 102 - 110.
2. Затонский В.М. Технология управления воздушным движением. Учеб. пособие. - С.-Пб: Академия ГА,
1994.
3. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. - М.: Эко-Трендз, 2000.
4. Крыжановский Г.А., Плясовских А.П. Об одном подходе к обоснованию целесообразности внедрения систем предупреждения столкновений // Теория и практика совершенствования системы управления воздушным движением: Межвуз. темат. сб. науч. трудов. - Л.: ОЛАГА, 1990. С. 54 - 58.
5. Анодина Т.Г., Володин С.В., Куранов В.П., Мокшанов В.И. Управление воздушным движением. - М.: Транспорт, 1988.
6. Lachapelle G. Navigation Accurasy for Absolute Positioning// AGARD Lecture Sesies 207, System Implications and Innovative Applications of Satellite Navigation, NATO, 1996, pp. 4.1 - 4.10.
THE RISE OF EFFICACY OF TAKING OF SOLUTIONS BY MANAGEMENT AIR MOVEMENT OVER REMOVAL OF CONFLICT SITUATIONS BY USE SATELLITE RADIO - NAVIGATION SYSTEMS
Vichugzanin V.B.
The possibility of rise of efficacy of taking of solutions under management air movement with passage to satellite technology of navigation security of aircrafts is considered.
Сведения об авторе
Вычугжанин Владислав Борисович, 1968 г.р., окончил Красноярское высшее военное училище радиоэлектроники (1990), начальник отдела ОАО «Красноярские авиалинии», автор 2 научных работ, область научных интересов - навигация и управление воздушным движением.
