CC BY
21<Тешетневс^ие чтения. 2016
УДК 621.396.932.1
РАЗРАБОТКА БОРТОВОГО УСТРОЙСТВА СПУТНИКОВОГО МОНИТОРИНГА
ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
А. Р. Акзигитов, С. М. Шинкевич, П. О. Фирер
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: [email protected]
Развитие межмашинного взаимодействия по всему миру не могло не затронуть авиационную отрасль. Оно основано на обмене данными между машинами без участия человека. Это значительно упрощает процесс мониторинга объектов. Применение беспроводных видов связи позволяет осуществлять контроль удаленных объектов, включая подвижные.
Ключевые слова: iridium, устройство мониторинга, GPS, ГЛОНАСС, GSM.
DEVELOPING ONBOARD DEVICE FOR SATELLITE MONITORING OF AIRCRAFT
A. R. Akzigitov, S. M. Shinkevich, P. O. Firer
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: [email protected]
Development of «Machine-to-machine» interaction couldn't but affect aviation sphere worldwide. It is based on data exchange between machines without participation of a person. It considerably simplifies process of monitoring objects. Application of wireless types of communication allows to provide control of remote objects, including the mobile.
Keywords: iridium, monitoring device, GPS, GLONASS, GSM.
Спутниковый мониторинг подвижных объектов всё чаще находит свое применение у транспортных компаний. Он основан на активно развивающемся способе обмена информацией между объектами -машинном взаимодействии «Machine-to-machine» (M2M). Данный способ применяется для любых объектов, снабжённых устройствами, с которых необходимо получать оперативную информацию. К таким устройствам относятся датчики температуры отдалённых объектов, сейсмодатчики, счетчики банкоматов и т. д. По состоянию на 2010 год в мире использовались миллиарды устройств, способных вести обмен данными между собой [1]. Для мобильных и отдаленных объектов мониторинга применяется беспроводной способ обмена данными. Такой способ, как правило, подразумевает использование GSM-связи для передачи данных на пункт мониторинга. Реже применяется радиосвязь и сети Wi-Fi. Главным преимуществом использования GSM-связи перед последними является широкое покрытие и предоставление операторами сотовой связи специальных условий для пользователей [2]. Через канал GSM на частотных диапазонах 850/ 900/1800/ 1900 МГц возможно передавать данные о местоположении устройства мониторинга, размещенного на подвижном объекте. Местоположение устройства определяется по сигналам спутников GPS и ГЛОНАСС. Координаты объекта привязаны к показаниям датчиков. Таким образом, нескольким точкам на карте, определяющим местоположение
подвижного объекта, соответствуют различные показания датчиков. Передачу данных по каналу GSM осуществляют GSM-модули, имеющие широкое применение в современных M2M системах [3]. Типовой GSM-модуль содержит порты ввода/ вывода, интерфейс SIM-карты, выход питания, антенну, вход анало-гово-цифрового преобразователя, отладочный интерфейс. Однако для осуществления полноценного мониторинга воздушных судов одного лишь GSM-канала недостаточно из-за ограниченного покрытия. Особенно актуальной эта проблема становится для восточных регионов Российской Федерации, включая приполярные зоны [4]. Наиболее известные компании спутниковой связи Iridium и Inmarsat предоставляют свои услуги для систем M2M [5; 6]. Отличие заключается в расположении спутниковых группировок. Система Iridium имеет 66 низкоорбитальных спутников и 6 дополнительных. Передача данных осуществляется через межспутниковые связи и не требует промежуточных станций, а охват земной поверхности составляет 100 % [7; 8]. Inmarsat имеет 11 геостационарных спутников, связь с которыми становится недоступной на широтах ±85° [9]. Спутниковая система Iridium отвечает поставленным при разработке устройства требованиям, а именно: максимально возможный охват земной поверхности для замещения системы GSM в случае отсутствия её сигнала.
Трансивер Iridium 9602 представляет собой блок с разъёмами для антенн GPS и Iridium. Передача дан-
Эксплуатация и надежность авиационной техники.
ных на модуль осуществляется на порт RS-232 в составе 20-контактного разъёма. Отдельно трансивер предназначен для приема пакетов данных с контроллера для передачи через спутниковый канал Iridium. Конфигурация оборудования, включающая питание, микроконтроллер для управления, антенну, определяется разработчиком устройств на базе модуля.
20-контактный разъём содержит выводы электроснабжения постоянным током, управление питанием, интерфейс данных, доступ сети, индикацию питания [10]. Особенностями модуля являются:
- малые габаритные размеры;
- единый алюминиевый корпус;
- отсутствие SIM-карты;
- максимальный размер данных для отправки -340 байт.
Взятая за основу конфигурация устройства мониторинга включает в себя антенну ГЛОНАСС/ GPS, управляющий микроконтроллер и модуль GSM. Данные о местоположении вместе с показаниями датчиков передаются на НКУ. В работе для мониторинга беспилотного летательного аппарата (БПЛА) авторами предлагалось использовать Iridium 9602 как основной модуль для передачи координат и высотно-скоростных параметров БПЛА. Однако стоимость отправки пакетов данных через одну только спутниковую связь может поставить под вопрос экономическую целесообразность подобного мониторинга при большой продолжительности полётов. Для гражданской авиации или государственной авиации, в частности авиации МЧС, необходимо спутниковый канал использовать в качестве резервного.
Для передачи данных о высоте, скорости и координатах ВС МК формирует пакеты данных, полученных с приемного модуля MGGS 2217. Каждые 5 минут МК опрашивает трансивер Iridium и модуль GSM. В случае отсутствия GSM-сигнала МК формирует пакет данных размером 340 байт и отправляет его на трансивер, который, в свою очередь, передаёт их на спутник. Использование второго канала также повышает надежность устройства. Питание устройства обеспечивается бортовой сетью постоянного тока 27 В.
Совершенствование мониторинга воздушных судов стало неизбежным без применения спутниковых систем связи. Очевидно, что радиус действия наземных станций связи ограничен, и нет возможности по технико-экономическим причинам разместить их на всей поверхности Земли. Экспериментальная модель блока объединяет в себе использование наземных станций GSM как основных для мониторинга и в качестве резервного канала - спутниковую связь Iridium. Следующий этап разработки устройства требует опробования экспериментальной модели на ВС с большей крейсерской скоростью и по результатам эксперимента - принятия решения о совершенствовании элементной базы.
Библиографические ссылки
1. Harbor Research - Machine-to-Machine (M2M) & Smart Systems Market Forecast [Электронный ресурс]. URL: http://www.slideshare.net/harborresearch/harbor-
-research-machine-to-machine-m2-m-smart-systems-market- forecast (дата обращения 14.12.15).
2. Киселев A. H. Новый GSM/GPRS-модуль Sagem HiLo: особенности применения в M2M приложениях // Беспроводные технологии. 2008. № 4(13). С. 18-21.
3. Паллаб Ч. A. Системы передачи данных требуют развития М2М-автоматизации // Электронные компоненты. 2013. № 9. С. 27-30.
4. Кацура A. В., Моховиков И. С. Улучшение точностных и надежностных характеристик аппаратуры потребителей спутниковых радионавигационных систем в высоких широтах // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы VIII Всерос. науч.-техн. конф. : в 2 т. Т. 1. Технические науки. Информационные технологии. Сообщения школьников / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2012. С. 190-191.
5. Iridium M2M [Электронный ресурс]. URL: https://www.iridium.com/solutions/m2m (дата обращения 15.12.15).
6. M2M Services [Электронный ресурс]. URL: http://www.inmarsat.eom/wp-content/uploads/2013/11/ Inmarsat_M2M_Services.pdf (дата обращения 15.12.15).
7. Невдяев Л., Смирнов А. Персональная спутниковая связь. М. : Эко-Трендз, 1998. 216 с.
8. Глобальная сеть: группировка спутников [Электронный ресурс]. URL: http://iridium.steccom.ru/ wp-content/uploads/2012/09/IRDM_Global-Network_ SatelliteConstellation_DATASHEET_27 Sep2010_RU.pdf (дата обращения 15.12.15).
9. Fleet Broadband coverage [Электронный ресурс]. URL: http://www.inmarsat.com/wp-content/uploads/ 2013/10/Inmarsat_FleetBroadband_Coverage_Map.pdf (дата обращения 15.12.15).
10. Iridium 9602 SBD Transceiver Developer's Guide [Электронный ресурс]. URL: http://nearspace.ru/doc/ Iridium-9602-SBD-Transceiver-Product-Developers-Guide.pdf (дата обращения 15.12.15).
References
1. Harbor Research - Machine-to-Machine (M2M) & Smart Systems Market Forecast Avaible at: http://www.slideshare.net/harborresearch/harbor-research-machine-to-machine-m2-m-smart-systems-market-forecast (accessed 14.12.15).
2. Kiselev A. N. [New GSM/GPRS module Sagem HiLo: features of application in M2M] // Besprovodnye tekhnologii. 2008. Vol. 4, № 13. P. 18-21 (In Russ.).
3. Pallab Ch. A. [Data communication drives M2M automation processes] // Elektronnye komponenty. 2013. № 9. P. 27-30.
4. Katsura A. V., Mokhovikov I. S. [Improvement precision and reliability of characteristics of the equipment of consumers of satellite radio navigational systems in high latitudes] // Aktual'nye problemy aviatsii i kosmonavtiki: materialy VIII Vseross. nauch.-tekh. konf. [Actual problems of aircraft and astronautics materials VIII of the All-Russian scientific and technical conference]. Krasnoyarsk, Siberian state aerospace University. 2012. P. 190-191 (In Russ.)
Решетневс^ие чтения. 2016
5. Iridium M2M Avaible at: https://www.iridium.com/ solutions/m2m (accessed 15.12.15).
6. M2M Services Avaible at: http://www.inmarsat. com/wp-content/uploads/2013/11/Inmarsat_M2M_ Services.pdf (accessed 15.12.15).
7. Nevdyaev L. M., Smirnov A. A. Personal'naya sputnikovaya svyaz' [Personal satellite communication]. Moscow, Eko-Trendz publ., 1998, 216 p.
8. Global'naya set': gruppirovka sputnikov [Global network: group of satellites]. Avaible at: http://iridium.steccom.ru/wp-content/uploads/2012/09/
IRDM_Global-etwork_SatelliteConstellation_DATASHEET_ 27Sep2010_RU.pdf (accessed 15.12.15).
9. Fleet Broadband coverage Avaible at: http://www.inmarsat.com/wp-content/uploads/2013/10/ Inmarsat_FleetBroadband_Coverage_Map.pdf (accessed 15.12.15).
10. Iridium 9602 SBD Transceiver Developer's Guide Avaible at: http://nearspace.ru/doc/Iridium-9602-SBD-Transceiver-Product-Developers-Guide.pdf (accessed 15.12.15).
© AK3HrHT0B A. P., fflHHKeBHH C. M., ®npep n. O., 2016
УДК 629.7.067.8
ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА В АВИАЦИИ ДЛЯ БОРЬБЫ С ПТИЦАМИ
О. В. Болотова, А. А. Анисимова, Р. А. Акзигитов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
В авиации важным аспектом является не только безопасность перевозки людей и экипажа, но и эксплуатационные свойства техники, ведь при повреждении воздушного судна, авиакомпании несут огромные убытки. Одной из причин авиационных происшествий и инцидентов является столкновение с птицами. Из-за этого ежегодный ущерб мировой коммерческой авиации составляет до 1,2 млрд долларов США.
Ключевые слова: авиация, орнитология, воздушное судно, ультразвук, авиационные происшествия и инциденты.
APPLYING ULTRASOUND IN AIRCRAFT TO PROTECT AGAINST BIRDS
O. V. Bolotova, A. A. Anisimova, R. A. Akzigitov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
In aircraft an important aspect is not only safety of transportation of people and a crew, but also operational properties of the equipment. In case of damage of an air plane, airlines incur huge losses. One of the reasons of aviation incidents is a collision with birds, because of it the annual damage of the world commercial aviation makes up to $1,2 billion.
Keywords: aviation, ornithology, aircraft, ultrasound, aviation incidents.
Российские самолеты сталкиваются с птицами от 50 до 70 раз в год [1]. Наиболее часто случаи столкновения с птицами отмечаются во время взлета, начального набора высоты, захода на посадку и посадки (рис. 1).
Безусловно, столкновение с птицами не входит в перечень основных авиакатастроф. Однако за период с 01.01.2005 по 31.08.2015 в Автоматизированной системе обеспечения безопасности полетов гражданских воздушных судов (ВС) Российской Федерации зарегистрировано 544 авиационных события, связанных со столкновениями ВС с птицами.
Вследствие этого на территории РФ произошла одна катастрофа (29.07.2007 с самолетом АН-12БП) и 395 авиационных инцидентов с самолетами, а также
14 инцидентов с вертолетами. За пределами РФ по этим причинам произошло 96 инцидентов [2].
Не установлено Взлет
Рис. 1. Доля авиационных событий по этапам полета самолета
