CC BY
86
2007
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА Серия Радиофизика и радиотехника
№ 112
УДК 629.7.351
ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОТОБРАЖЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ ОБСТАНОВКИ ЗА СЧЕТ ПЕРЕХОДА НА СПУТНИКОВУЮ ТЕХНОЛОГИЮ НАВИГАЦИОННЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ ВС ПРИ УВД С АВТОМАТИЧЕСКИМ ЗАВИСИМЫМ НАБЛЮДЕНИЕМ
В.Б. ВЫЧУГЖАНИН
Статья представлена доктором технических наук, профессором Рубцовым В.Д.
Рассматривается возможность повышения точности отображения воздушной обстановки посредством использования для навигационных определений воздушного судна спутниковой радионавигационной системы.
Перспективным направлением развития системы управления воздушным движением (УВД) является переход на технологию УВД с автоматическим зависимым наблюдением (АЗН), в частности АЗН адресного типа (АЗН-А), обладающим более широкими возможностями по сравнению с вещательным АЗН (АЗН-В).
Наиболее полно возможности АЗН могут быть реализованы при использовании для навигационных определений воздушного судна (ВС) спутниковых радионавигационных систем (СРНС) типа ГЛОНАСС (РФ) и GPS (США). Причем, это связано как с повышением точности местоопределения ВС, увеличивающим количество информации о динамической воздушной обстановке (ВО), поступающей к диспетчеру УВД по каналу связи «ВС - Земля» так и с возможностью увеличения размерности определяемого вектора состояния ВС
о =( о, y,z, D.Vx ,V ,Vd ) (1)
за счет включения в него помимо координат ВС x, y, z, и сдвига бортовой шкалы времени (БШВ) At составляющих путевой скорости ВС Vx, Vy, Vz и скорости ухода сдвига БШВ VAt.
Наиболее точным способом отображения ВО, используемым в современных системах процедурного контроля воздушного движения (СПК ВД), является так называемый радиолокационный способ, при котором движение ВС на фоне карты-схемы отображается путем ввода полученной от экипажа информации о дальностях до пунктов обязательного донесения (ПОД) и радионавигационных точек (РНТ). Эта информация анализируется диспетчером процедурного контроля (ПК), функции которого могут совмещаться с функциями диспетчера УВД, и используется при непосредственном УВД для устранения потенциально конфликтных ситуаций (ПКС).
По сути функции СПК ВД с учетом тенденции к автоматизации ПК в значительной степени совпадают с функциями АЗН-А. В этой связи представляет интерес провести анализ повышения точности отображения ВО при УВД с АЗН, ориентированном, как отмечалось, на широкое использование спутниковой технологии навигационных определений ВС. При этом СПК ВД, ориентированная, в основном, на традиционные средства навигационных определений, может рассматриваться в качестве базового средства отображения ВО при УВД.
Рассмотрим потенциальную точность отображения ВО в СПК ВД с использованием периодической корректировки местоположения ВС при его движении на РНТ по данным бортовых средств высокоточного определения координат (дальности) относительно РНТ типа ДМЕ и РСБН. Заметим, что при представлении навигационных данных от ВС не в ортодомических, а других, например, в географических координатах, необходимое преобразование координат может осуществляться непосредственно в СПК ВД.
Максимальная погрешность отображения дальности до РНТ в предположении о нормаль-
ном законе ее распределения сразу после ввода информации о местоположении ВС с вероятностью Р = 0,99 не превышает величины [1]:
' \2~
Ш (т,^ + гш )+^)2 + с, + с:„ , (2)
Лбшах = тх + 3а х = Ж (Щм + ) + Ц (^ ) + СА + С
где тх и ох - математическое ожидание (МО) и среднеквадратическое отклонение (СКО) координат (дальности до РНТ) ВС, отображаемых с помощью СПК ВД; Ж - путевая скорость ВС; т{ и - МО и СКО времени ввода полученной от экипажа информации о дальности до РНТ,
принимаемые соответственно равными 4 с и 1 с; toбн - время обновления информации, принимаемое равным 10 с; ОД - СКО дальности до РНТ, принимаемое равным 100 м; оокр - СКО ошибки округления передаваемой экипажем в соответствии с принятой практикой с округлением до целых км, равное 290 м [2]. В результате при принятых значениях, перечисленных выше параметров и путевой скорости ВС Ж = 900 км/ч, имеем Лхтах = 4,2 км.
Максимальная погрешность отображения местоположения ВС вдоль оси трассы через интервал корректировки меток ВС Лt не превышает величины [1]:
ЛАшах Ж + tid^ ) + 37) + °А + °2«3 + °21д ) , (3)
где
г~3 , _2
(Аґ) + оё(щ - (4)
СКО погрешности прогноза местоположения ВС на интервал времени Л^ ож - СКО ошибки измерения путевой скорости ВС, составляющая при использовании наиболее высокоточного из традиционных средств измерения скорости, а именно, ДИСС - 16 км/ч;
Ои(ср) Ои(Л?) / 2 - (5)
среднее значение СКО скорости ветра и, где
ОиЛ) = 0,035 и(Л?) (6)
определяемое на пройденном ВС за время Лt расстоянии Л? = ЖЛt [3].
При этом с учетом (4) - (6) из (3) имеем
Л5шах (^)-Ж (Щм + t^d^ ) + 3у (Ж°^ ) + аА + а2ёд + Л^ +ЛtW (0,0175е ) . (7)
Полагая скорость ветра равной и = 60 км/ч, при изменении Лt в пределах 6 - 12 мин, что соответствует действующей технологии ПК, и при тех же, что и указаны выше, остальных значениях параметров, получаем, что Лхтах (Л^ изменяется в пределах 9 - 16 км, что соответствует МО и СКО погрешностям, отображаемых с помощью СПК ВД при значениях координат, равных: тх = 3,5 км, ох = 1,8 - 4,2 км.
При этом, если постоянная составляющая погрешности отображения местоположения ВС при его равномерном прямолинейном движении по трассе, в принципе, может быть устранена путем прогнозирования, то случайная составляющая принципиально неустранима и имеет достаточно большую величину, соизмеримую с требуемым значением ошибки, согласно данным Российского радионавигационного плана (РРНП) [4] СКО ошибки определения плановых координат ВС, составляющих 2,5 и 1,25 км для трасс шириной 20 км, 500 и 250 м для местных воздушных линий (МВЛ) I и II категории и 200 м для полетов в аэродромной зоне. Заметим, что основной вклад в погрешность отображения ВО, как показывает анализ, вносит низкая точность определения путевой скорости ВС.
Представляет интерес проанализировать возможность повышения точности отображения ВО при УВД с АЗН в случае использования СРНС для навигационных определений ВС.
Сравнение с точностью отображения ВО в СПК ВД проведем применительно к рассмотренной выше навигационной задаче обеспечения полета ВС по трассе в направлении РНТ. При этом будем полагать, что как координаты ВС, так и его путевая скорость определяются с ис-
пользованием аппаратуры потребителей (АП) СРНС, причем СКО определения дальности до РНТ Сд и путевой скорости ВС cW примем равными 40 м и 3,6 км/ч, что соответствует точностям навигационных определений по открытому коду С/А СРНС GPS [5].
Интервал корректировки меток в аппаратуре отображения информации системы УВД с АЗН At примем равным времени обновления информации, передаваемой по каналу связи от ВС в центр УВД, tQбн , которое будем полагать, как это принято при АЗН, равным 10 с. Дополнительного округления навигационных данных, как это делается при неавтоматизированном вводе данных в СПК ВД, при УВД с АЗН не предполагается. Поэтому при оценке точности отображения ВО положим сокр = 0.
При УВД с АЗН время ввода навигационной информации в аппаратуру отображения ВО определяется временем задержки
включающим в себя время распространения сигнала тр, задержку при обработке сообщения в аппаратуре хап , задержку при анализе сообщения та„ и задержку при передаче сообщения по сети связи тс.
Задержка при распространении сигнала тр наиболее существенна при использовании спутниковых линий передачи данных (ЛПД) и определяется выражением тр = 2Ь / с, где Ь - расстояние от Земли до ИСЗ, для геостационарных ИСЗ равное 36000 км; с @ 3108 м/с - скорость распространения радиоволн. При этом тр = 0,24 с.
При использовании перемежения для борьбы с группированием ошибок, задержка при обработке сообщения в аппаратуре тап, как минимум, равна удвоенной длительности блока сообщения длиной Ьб. При этом тап = 2 Ьб / ¥п, где ¥п - скорость передачи данных. При типовом значении Уп = 1200 бит/с, полагая длину блока Ьб равной объему информации, передаваемой при каждом основном сообщении АЗН, содержащем данные о текущих координатах ВС, составляющему 90 бит, имеем тап = 0,15 с.
Время задержки при анализе сообщения является случайной величиной и согласно данным [6] его можно принять равным тап = 5 с.
Наиболее неопределенной является задержка при передаче сообщения по сети связи тс, поскольку она зависит от многих факторов. Так, при использовании для повышения достоверности передачи данных информационной обратной связи, как это, например, делается в Р-канале системы ШМАЯБАТ, возникает необходимость в повторной передаче сообщения, что удлиняет задержку на время обновления информации. Кроме того, вероятность возникновения очереди в канале связи и ее длина при УВД зависят от интенсивности воздушного движения, а задержка, обусловленная коммутацией сообщений, зависит от типа используемого трафика. При этом задержка при передаче сообщений по сети связи может достигать нескольких минут, являясь, таким образом, наиболее значимой составляющей общей задержки тз.
Точность отображения ВО при УВД с АЗН также как и в СПК ВД будем оценивать в предположении, что постоянная составляющая погрешности тх устраняется путем прогнозирования. При этом СКО погрешности Ох с учетом сказанного выше будем производить, полагая - от @ от . Причем, в предположении равномерного распределения тс в пределах ±30 с имеем о-сс = 60/2 л/3 = 17,3 с.
С учетом (2) - (7) для СКО отображения дальности до РНТ при УВД с АЗН можем записать
Подставляя сюда указанные выше значения параметров о^с, Од , Лt и принимая те же что и
при анализе точности отображения ВО в СПК ВД, значения параметров Ж и и, получаем Ох @ 60 м, что лишь в полтора раза превышает СКО определения координат ВС в АП СРНС и сущест-
(8)
(9)
венно меньше, чем в СПК ВД.
Как видим, реализуемая при УВД с АЗН на основе спутниковой технологии навигационных определений ВС точность отображения ВО существенно выше требуемых точностей определения координат для магистральных ВС и ВС МВЛ, что может служить дополнительным аргументом, подтверждающим целесообразность перехода на перспективную технологию УВД с АЗН.
ЛИТЕРАТУРА
1. 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.
2. Макаров К.В., Ильницкий Л.Я, Шешин И.Ф. Радионавигационные системы аэропортов. - М.: Машиностроение, 1988.
3. Хиврич И.Г., Миронов Н.Ф., Белкин А.М. Воздушная навигация. - М.: Транспорт, 1984.
4. Российский радионавигационный план, версия 2. - М.: НТЦ «Интернавигация» 1 999.
5. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. - М.: ЭКО-Трендз, 2000.
6. Агаджанов П.А., Воробьев В.Г., Кузнецов А.А., Маркович Е.Д. Автоматизация самолетовождения и управления воздушным движением. - М.: Транспорт, 1980.
THE RISE OF ACCURACY OF REPRESENTATION OF AIR SITUATION BY PASSAGE ON SATELLITE TECHNOLOGY OF NAVIGATION DEFINITIONS AIRCRAFT BY MANAGEMENT AIR MOVEMENT WITH AUTOMATIC DEPENDEN OBSERVATION
Vichugzanin V.B.
The possibility of rise of accuracy of representation of air situation by use for navigation definitions of aircraft satellite radio-navigation system 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.
