9.7. Приложение № 7
В.В. Бочкарев, Г.А.Крыжановский, Н.Н. Сухих
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ
АВИАЦИОННОГО ТРАНСПОРТА
(Публикуется на правах рекламы)
РАЗДЕЛ I
БОРТОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ
Глава 6
ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТОМ
6.7. ЗАРУБЕЖНЫЕ СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
ЦИФРОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ
Система АDS-В. Идея широковещательного режима системы автоматического зависимого наблюдения – Automatic Dependent Surveillance-Broadcast (ADS-B) возникла сравнительно недавно и по-прежнему считается недостаточно проработанной, чтобы можно было строить объективные прогнозы о ее внедрении. Комитет RТСА США к концу 1996 г. подготовил проект (версия 3.1) минимальных стандартов по характеристикам авиационных систем для ADS-B – так называемый МАSРS. В таких документах излагается взгляд на возможное эксплуатационное применение системы, но не даются технические описания, либо основы конструктивного замысла.
Режим ADS-B – это функция воздушного судна или аэродромного транспорта, когда данный транспорт передает в режиме вещания свое местоположение, высоту, вектор движения и другую информацию для использования ее другими воздушными судами и прочим транспортом в целях повышения эффективности использования воздушного пространства и повышения безопасности.
Предполагается, что такой прибор явится фундаментальным элементом пилотской кабины для систем регулирования воздушного движения с применением режима ADS-B. Такая техника необходима при переходе на технологию свободного полета.
Комплект ФАНС-1 фирмы "Боинг". В декабре !993 г. фирма "Боинг" приняла решение об оснащении своих воздушных судов класса Боинг-747-400 и Боинг-777 комплектом, получившим название ФАНС-1. Смысл названия в том, что комплект призван воплотить концепцию связи, навигации, наблюдения для регулирования воздушного движения (СNS/АТМ), выработанную и рекомендованную Комитетом ФАНС ИКАО.
ФАНС-1 обеспечивает следующие функции:
автоматическое зависимое наблюдение (АЗН) в соответствии с характеристиками АРИНК-745, используя данные о местоположении воздушного судна, поступающие с системы бортового компьютера управления полетом – КУП (Flight Management Computer System - FMCS). Эта функция выполнена в виде математического обеспечения в системе КУП и включает в себя функцию АСF характеристика АРИНК-622, которая позволяет передавать данные битового формата по наземным сетям АКАРС или СИТА, предназначенным для знакового формата.
приемники GPS (устанавливаются по выбору заказчика), выходные сигналы которых используются в системе КУП для повышения точности определения местоположения воздушного судна. Это в свою очередь позволяет системе КУП генерировать информацию управления полетом повышенного качества, в результате чего повышается точность выдерживания заданного профиля полета. Ожидается, что точность управления полетом будет достаточной для выполнения, как минимум, инструментального захода на посадку до высоты принятия решения.
Компьютер управления полетом может принимать и отображать сообщения УВД на многофункциональном блоке управления-отображения. Поступающие сообщения УВД включают звуковой и визуальный сигналы непосредственно в поле зрения пилота. Визуальный сигнал остается включенным до тех пор, пока экипаж не закончит просмотр всех сообщений УВД. КУП выдает экипажу заготовку ответа по каждом сообщению. Экипаж также может добавить к заготовленному сообщению свободный текст. Все сообщения УВД, поступившие и переданные по каналам передачи данных, архивируются в КУП; экипаж может выбрать любое сообщение и отпечатать его на бортовом принтере.
АКАРС. Самолетная система связи, адресации и донесений АКАРС замышлялась еще в 1947 г. Обобщенно она называется системой, в которой используется канал передачи данных. Она предназначена для снижения объемов речевой связи между воздушным судном и наземными службами. Первые автоматизированные сообщения через канал передачи данных представляли собой данные о времени прибытия и отправления воздушного судна и другие оперативные сведения
РАЗДЕЛ II
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ
И ТЕНДЕНЦИИ ИХ РАЗВИТИЯ
Глава 7
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ
УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ
7.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АС УВД
После нескольких лет работы Комитет ФАНС (FANS) ИКАО опубликовал доклад, в котором основным выводом стало заявление о необходимости перехода от технологии аэронавигационных средств наземного базирования к технологии космического базирования.
Было также отмечено, что внедрение новых систем связи, навигации и наблюдения (СNS) обеспечит более тесное взаимодействие между наземными системами и пользователями воздушного пространства на этапах, предшествующих полету, в ходе полета и после полета. Такое тесное взаимодействие позволит, в свою очередь усовершенствовать организацию воздушного движения (АТМ). В системе АТМ будет все шире использоваться автоматизация для снижения ограничений, накладываемых на функции АТМ.
Процесс управления воздушным движением, как и всякий другой процесс управления, состоит в циклическом выполнении отдельных задач, а именно:
сбор информации о воздушной обстановке, т. е. о координатах всех ВС, находящихся в данной зоне;
обработка информации, позволяющая оценить достоверность полученных сведений, вычислить параметры движения (скорости и курсы) самолетов, сгруппировать всю информацию, относящуюся к одному ВС, и т. д.;
отображение информации в форме, удобной для диспетчера;
анализ воздушной обстановки (образование на основании отдельных, иногда разрозненных, сведений единой картины воздушной обстановки; выявление опасных ситуаций и предпосылок к появлению опасных ситуаций);
принятие решений о необходимости изменения режимов полета отдельных ВС;
передача решений на ВС;
контроль выполнения решений.
Решение перечисленных задач периодически повторяется. Для того чтобы управление было эффективным, длительность полного цикла переработки информации должна быть достаточно малой по отношению к скорости изменения воздушной обстановки. С ростом скоростей движения ВС длительность цикла должна уменьшаться.
Количество информации, перерабатываемой в течение каждого цикла, определяется в основном числом ВС, находящихся в зоне действия системы. Оно возрастает по мере увеличения плотности движения, причем нелинейно, так как число комбинаций, характеризующих воздушную обстановку, растет гораздо быстрее числа воздушных судов. Разрешить противоречие между все возрастающей сложностью и трудоемкостью задач управления воздушным движением и ограниченными возможностями диспетчера должна автоматизация процессов такого управления.
Большое внимание при совершенствовании системы УВД должно уделяться организационным принципам их построения и особенно проблемам рационального деления и эффективного использования воздушного пространства. Решение этих проблем в интересах повышения уровня безопасности, регулярности и экономичности полетов в современных, постоянно усложняющихся условиях возможно только на основе широкого применения методов моделирования и оптимизации, являющихся основными характерными чертами современных автоматизированных систем, базирующихся на использовании средств вычислительной техники.
7.2. ЭТАПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ УВД
В соответствии с основными принципами, автоматизация процессов УВД осуществляется в несколько этапов.
Основной характерной чертой первого этапа автоматизации УВД является автоматизация информационных процессов с целью освобождения диспетчеров от трудоемкой и неквалифицированной работы по приему, группированию и обобщению, а также частичной обработке информации о воздушной обстановке. На этом этапе решаются задачи приема, хранения и отображения планов полета воздушных судов, автоматизируются операции получения и отображения информации о действительном местоположении совокупности ВС и параметрах их движения, осуществляются слежение за движением и зкстраполяция местоположения судов, автоматизируются операции передачи управления в смежную зону или сектор, обеспечиваются прием и отображение информации о метеорологических условиях. Кроме того, осуществляется автоматизация хранения и отображения статических характеристик соответствующих зон УВД.
Помимо освобождения диспетчеров от выполнения операций, имеющих в их деятельности вспомогательный характер, но отнимающих значительную часть времени, решение задач первого этапа позволяет создать базу для высокоорганизованной системы обработки данных на последующих уровнях автоматизации, а также обеспечить возможность регулярного накопления и своевременного анализа статистических данных с целью получения достоверных оценок потребностей в совершенствовании системы УВД.
Второй и последующие этапы автоматизации процессов УВД связаны с реализацией вычислительных процессов, составляющих наиболее сложно формализуемую часть профессиональной деятельности диспетчера.
На втором этапе решаются задачи анализа и оценки отклонений действительного и экстраполированного местоположений ВС от планируемого положения с целью обнаружения и своевременного предупреждения диспетчера о возможных конфликтных ситуациях. Решение этих задач обеспечивает диспетчера информацией об обобщенных характеристиках состояния воздушной обстановки, сокращая время на ее анализ и предоставляя достаточное время для принятия решений.
На третьем этапе автоматизируются процессы выработки вариантов решений по управлению движением летательного аппарата, которые могут выдаваться диспетчеру с целью снижения вероятности неправильных действий с его стороны. Уровень автоматизации позволяет, кроме того, осуществить получение не только качественных, но и некоторых количественных оценок воздушной ситуации в зоне УВД, что обеспечивает возможность автоматизации объективного контроля деятельности диспетчера.
7.3. СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ АС УВД
Автоматизированные системы УВД относятся к классу больших систем со сложной структурой. В соответствии с основными принципами автоматизации процессов УВД структура этих систем изменяется в зависимости от уровня автоматизации.
Широко распространено деление АС УВД по функциональному признаку. Однако такое деление не охватывает все возможные аспекты назначения и применения АС УВД и требует привлечения для описания структурных особенностей более широкого спектра признаков.
По целевому назначению и выполняемым функциям из автоматизированных систем можно выделить системы организации УВД, планирования движения воздушных судов, осуществления управления воздушным движением. Назначение каждой из названных подсистем определяется содержанием совокупности задач, решаемых с учетом специфики протекания процессов УВД.
Продолжая такое деление по функциональному признаку путем выделения подмножеств функциональных задач, объединенных общей целью, можно выделить, например, подсистемы предварительного и текущего планирования.
По другим признакам классификации АС УВД можно разделить на две большие группы: системы УВД района аэродрома и трассовые системы. Такое деление обусловлено существенными различиями характера полетов, плотности и организации воздушного движения в этих зонах, а следовательно, и методов решения задач УВД.
Глава 8
АЭРОДРОМНЫЕ, АЭРОУЗЛОВЫЕ И ТРАССОВЫЕ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ
8.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ПО ТЕРРИТОРИАЛЬНОМУ ПРИЗНАКУ
Как было указано в п. 7.3., одним из признаков классификации АС УВД является территориальный, связанный с особенностями зоны управления. Положив в основу данный признак, получаем виды АС УВД, составляющие унифицированный ряд.
Основные из них принято называть аэродромными, трассовыми и аэроузловыми. Аэродромной и аэроузловой АС УВД можно однозначно поставить в соответствие с районом ответственности диспетчерской службы (район аэродрома, аэроузловая зона, воздушная зона крупного центра). Трассовая АС УВД может принципиально не относиться к отдельно взятому РДС. Организационно все трассовые и аэродромные системы должны быть объединены в АС УВД страны, отдельного крупного ее района (зонального центра) либо центра управления потоками. К основным функциям последней из систем, и первую очередь, следует отнести следующие:
координацию решений по планированию потоков воздушных судов, вырабатываемых трассовыми АС;
обобщение результатов статистического анализа интенсивности полетов и пропускной способности отдельных зон УВД;
выработку рекомендаций по совершенствованию организации УВД с учетом технико-экономических факторов (в том числе рекомендации по повышению уровня автоматизации процессов управления).
8.2. ОСОБЕННОСТИ АЭРОДРОМНЫХ И АЭРОУЗЛОВЫХ СИСТЕМ
Различный характер движения ВС на отдельных этапах полета (взлет, набор высоты, крейсерский полет, снижение и заход на посадку) требует и разных способов регулирования параметров движения. Если полет на эшелоне происходит, как правило, с постоянными скоростью, высотой и путевым углом, то при наборе высоты и снижении осуществляется частое маневрирование, непрерывно изменяется высота полета. Плотность движения ВС также существенно меняется по мере приближения к аэродрому, где обычно сходится несколько трасс.
Все это вызывает необходимость разделения воздушного пространства на три зоны с различными методами управления, а именно: зону трассовых полетов, зону подхода (промежуточного) и зону аэродрома. Границы между ними в значительной степени условны и в разных странах выбираются по-разному. В существующих в настоящее время АС УВД аэродромная зона имеет обычно радиус 30 – 100 км. Окружающая ее зона подхода имеет внешний радиус 150 – 180 км. Остальное пространство делится на отдельные зоны трассовых полетов. Часто в районе с радиусом 150—200 км находится несколько аэродромов. При этом обычно нецелесообразно выделять отдельные аэродромные зоны для каждого из них. Как правило, в таком случае все пространство рассматривается как одна аэроузловая зона с несколькими взлетно-посадочными полосами.
В отличие от зоны трассовых полетов, предварительное жесткое планирование хода полетов в зоне аэродрома в настоящее время практически неосуществимо. Плотность движения здесь во много раз выше, поэтому допуски на точность выдерживания параметров движения сильно уменьшаются. Возможности для регулирования параметров движения при этом невелики, так как ВС находится в зоне короткое время. Движение, как правило, осуществляется по жестким траекториям. Диспетчер в АС УВД выбирает траектории для каждого ВС и устраняет возможные конфликтные ситуации. Для этого он должен располагать достаточно полной оперативной информацией о воздушной обстановке, затрачивая минимум времени на ее сбор. Так что основная задача технических средств УВД в зоне аэродрома — автоматические сбор, обработка и совмещенное отображение как координатной, так и дополнительной буквенно-цифровой информации.
Зона подхода имеет, как правило, сравнительно большие размеры и позволяет упорядочить поток ВС перед входом в зону аэродрома. Моменты прибытия ВС в зону подхода по разным причинам могут существенно отклоняться от запланированных, так что их поток носит случайный характер. Для четкой работы аэропорта ВС должны прибывать с определенными минимальными интервалами. Регулирование времени входа в зону аэродрома (или в сектор круга) достигается, изменением скорости, удлинением или спрямлением маршрута.
Упорядочение потока ВС может проводиться двумя путями. При относительно небольшой плотности движения диспетчер легко решает эту задачу, опираясь на свой опыт и интуицию, если только он располагает достаточно полной информацией. В этом случае технические средства АС УВД зоны подхода должны лишь обрабатывать и отображать информацию от первичных и вторичных радиолокационных станций. Эта информация используется для управления движением во всей аэроузловой зоне.
При большой плотности самолетов «ручное» регулирование движения становится затруднительным даже с автоматизированным отображением полной информации о воздушной обстановке. Диспетчер просто не успевает перерабатывать всю поступающую информацию и производить необходимые расчеты. В этом случае функции ЦВМ, входящей в систему вторичной обработки информации, должны быть существенно расширены. В зависимости от места и времени входа ВС в зону подхода ЦВМ рассчитывает минимально возможное время посадки. Затем проверяется соблюдение необходимых интервалов между моментами посадки воздушных судов и назначаются очередность и время посадки, которое для каждого из ВС оказывается равным или несколько большим минимального. После этого автоматически рассчитываются элементы траектории движения каждого ВС и выводятся на индикатор. Диспетчер передает соответствующие команды на ВС и следит за их выполнением. «Ручное» принятие решений необходимо лишь в случае отказа системы или при возникновении каких-то непредвиденных ситуаций, с которыми не может справиться машина.
8.3. СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ТРАССОВЫХ СИСТЕМ
Основные процессы, происходящие в современных системах управления делятся на несколько групп:
сбор информации для планирования;
обработка информации, расчет и коррекция текущих планов полета;
отображение и документирование текущих планов полета.
Кроме того, для облегчения принятия решения диспетчером необходимы расчет и отображение информации об экстраполированном (прогнозируемом) положении ВС, предупреждающие сигналы об аварийной обстановке на ВС, о конфликтной ситуации и др.
Глава 9
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ
ПРИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ
9.1. СТРУКТУРА АС УВД
Автоматизированная система УВД выполняет разнообразные функции по обработке больших потоков информации и может быть представлена как совокупность отдельных комплексов или подсистем. Разделение на подсистемы бывает в известной степени условным и может производиться по разным признакам. По-видимому, наиболее целесообразно производить это разделение так, чтобы каждая подсистема имела свое четко выраженное функциональное назначение. При этом элементы одной подсистемы могут находиться территориально далеко друг от друга, но зато рассматриваются одними и теми же математическими методами.
Автоматизированная система состоит из подсистем сбора информации (ПСИ), преобразования и передачи информации (ПППИ), связи с воздушным судном (ПСВС), вычислительного комплекса (ВК), устройства отображения информации (УО). Важнейшим звеном АС УВД является диспетчер , входящий в замкнутый контур управления. В зависимости от степени автоматизации каждая из подсистем может иметь различные состав и функции, однако некоторые признаки характерны для всех существующих АС УВД.
9.2. СБОР И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ
Все данные, используемые в процессе УВД, можно разделить на статические, т. е. не меняющиеся в процессе работы системы, и динамические, которые должны непрерывно обновляться.
Статическая информация представляет собой характеристики ВС и трасс. К характеристикам ВС относятся диапазоны допустимых крейсерских скоростей для разных высот, допустимые значения вертикальных скоростей при наборе высоты и снижении, зависимости расхода топлива от высоты и скорости, допустимые перегрузки, углы крена при разворотах и т. д. К характеристикам трасс относятся: координаты аэродромов, контрольных пунктов, точек пересечения и излома трасс; магнитные путевые углы, длина, ширина и нижний безопасный эшелон отдельных участков; условный номер трассы, условные обозначения аэродромов и т.д.
Промежуточное положение между статической и динамической занимает информация, содержащаяся в планах полетов, так как планы могут корректироваться в процессе полета.
К динамической информации относятся номер самолета, координаты и высота, сведения об остатке топлива, аварийной обстановке или отказе средств связи, метеорологических условиях. Эти данные должны вводиться в систему автоматически в течение всего времени работы.
9.4. СРЕДСТВА НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ВОЗДУШНЫМИ СУДАМИ В СИСТЕМЕ УВД
Общие характеристики наблюдения. Наблюдение как составная часть управления движением представляет собой вид деятельности, в ходе которой информация о местоположении подвижного потребителя поступает в диспетчерский центр управления движением.
Наблюдение — составная часть общей задачи УВД. Наблюдение за движением ВС осуществляется двумя основными методами — процедурного контроля, при котором отсутствует радиолокационное обеспечение, и радиолокационного контроля.
При методе процедурного контроля для управления воздушным движением используется информация, получаемая от экипажей во время их полета над заранее намеченными контрольными ориентирами.
Отсутствие точных данных о положении ВС во время полета между точками донесений ограничивает пропускную способность воздушной линии, так как возникает необходимость применения больших нормативов эшелонирования ВС.
При методе радиолокационного контроля данные о месте ВС от наземных РЛС можно получать почти непрерывно. В таком случае плотность движения ограничивается в основном физическими возможностями диспетчера, производительностью систем передачи данных и связи.
Характеристики радиолокационных средств. С помощью радиолокационных средств УВД осуществляется непрерывный контроль воздушного пространства, обеспечивая прогнозирование воздушной обстановки и рациональное планирование полетов ВС. Радиолокационные средства УВД по функциональному назначению разделяют на средства первичной (РЛС) и вторичной (ВРЛ) радиолокации, средства первичной обработки информации (АПОИ) и средства отображения информации.
В эксплуатационной практике существует также такое понятие, как радиолокационный комплекс УВД, который в общем случае включает РЛС, ВРЛ, АПОИ и АПД по имеющимся каналам связи. В зависимости от вида систем УВД радиолокационный комплекс (станции) подразделяют на РЛК, применяемые в неавтоматизированных и автоматизированных системах УВД.
В настоящее время для районных АС УВД используют трассовый РЛК типов ТРЛК-10 и ATCR-22 (фирма «Селения»), а в зонах РЦ, не охваченных АС УВД, в качестве источников радиолокационной информации используют РЛС типов 1РЛ-139, РЛС "Утес -М" и ВРЛ "Корень -АС".
Радиолокационные станции типов 1РЛ-139 и "Утес - М", разработанные в 50-60-х годах, не отвечают по многим параметрам (надежности, помехозащищенности, вероятности обнаружения и т. д.) требованиям к системам УВД с высокой ИВД, хотя "Утес-М" имеет несколько лучшие характеристики благодаря встроенному ВРЛ "Корень - С".
Для повышения безопасности полетов разработаны новые трассовые РЛК — "Скала-М" (ТРЛК-10), "Скала -МПР" (ТРЛК-11).
На замену ВРЛ "Корень" разработана более современная ВРЛ "Лист". Однако эти средства уступают по техническому уровню лучшим зарубежным образцам.
Характеристики некоторых радиолокационных средств представлены в табл. 9.1.
Степень перекрытия сети воздушных трасс РФ полем первичных РЛС составляет 94 и 90 % соответственно на высотах 6000 и 10 000 м. Станциями вторичной радиолокации оснащены 13 РЦ (из 80).
Только 28 % протяженности ВТ обслуживаются системами, в состав которых входят ВРЛ (8 % территории РФ). Несмотря на высокую среднюю степень перекрытия радиолокационным полетом ВТ, имеются значительные (до 800 км) участки, не охваченные радиолокационным контролем. Это относится в основном к регионам Сибири и Дальнего Востока. А также к транссибирским маршрутам
|
