Способ повышения достоверности мониторинга систематических погрешностей измерения барометрической высоты
METHOD OF INCREASING THE RELIABILITY OF THE MONITORING OF THE SYSTEMATIC ERRORS OF BAROMETRIC ELEVATION MEASUREMENT

Область техники
Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в системе организации воздушного движения (ВД) в условиях сокращенных интервалов вертикального эшелонирования.
Уровень техники
В связи с ростом интенсивности полетов гражданских воздушных судов (ВС) и переходом, в соответствии с правилами ИКАО, на сокращенные интервалы вертикального эшелонирования (RVSM) чрезвычайно важным является выполнение жестких требований к точности выдерживания заданной барометрической высоты эшелона.
Наиболее трудно контролируемой составляющей суммарной погрешности выдерживания высоты является погрешность ее измерения: она не выявляется ни экипажем, ни диспетчером, ни системой предотвращения столкновений ВС в воздухе. При этом наиболее важной составляющей погрешности измерения высоты является систематическая, которая является причиной отклонения от высоты эшелона на протяжении большого числа полетов и делает такое ВС опасным с точки зрения возможных столкновений. Эта погрешность связана в большинстве случаев с особенностями обтекания фюзеляжа в точке установки приемников воздушного давления (аэродинамическая погрешность) или ее учета (аэродинамическая поправка). Поэтому мониторинг систематических погрешностей измерения барометрической высоты при полетах в пространстве RVSM является обязательным (Doc 9574 AN/934 «Руководство по применению минимума вертикального эшелонирования в 300 м (1000 фут) между ЭП290 и ЭП410 включительно», издание 3, 2013, п. 6.1.1).
Используемые в настоящее время методы мониторинга предполагают либо наличие на борту ВС спутникового навигационного оборудования и присутствие наблюдателя, контролирующего его работу, либо организацию специальных наземных станций, использующих технологию MLAT (мультилатерация), позволяющую определять координаты ВС, находящихся в зоне действия этих станций. Основными недостатками данных методов являются высокая стоимость оборудования и сложность организации системы наблюдения для покрытия больших пространств.
i
Известен «Способ периодического контроля (мониторинга) средств измерения барометрической высоты самолетов при их эксплуатации» (описание патента РФ на изобретение, №2221221, www1.fips.ru), основанный на измерении геометрической высоты с помощью спутникового навигационного приемника и барометрической высоты спомощью штатного измерителя, заключающийся в том, что на борту ВС регистрируют информацию от штатного спутникового навигационного приемника, а также информацию о геометрической и барометрической высотах, полученную по каналу автоматического зависимого наблюдения, вычисляют для пары ВС, состоящей из оцениваемого ВС и одного (i-го) из n встречных ВС, величину δ, характеризующую предварительную оценку погрешности измерения барометрической высоты, на оцениваемом ВС, полученные для n пар значения осредняются и осредненная величина принимается за окончательную оценку искомой величины погрешности штатного измерителя барометрической высоты.
В числе основных недостатков данного способа необходимо отметить следующие:
- информация обрабатывается и накапливается на борту ВС, в то время как она должна сосредотачиваться в государственном органе, контролирующем работу перевозчиков и отвечающем за безопасность ВД;
- необходимо оснащение ВС дополнительным оборудованием, в т.ч. каналами приема радиосигналов от окружающих ВС и аппаратными средствами для обработки и хранения полученной информации, что ведет к усложнению системы.
В качестве прототипа выбран «Способ мониторинга (периодического контроля) систематических погрешностей измерения барометрической высоты» (заявка РФ, №2016150693, www1.fips.ru), заключающийся в том, что выделяют область пространства для мониторинга, с бортов ВС, находящихся в заданной области пространства, вещают данные о горизонтальных координатах, геометрической и барометрической высотах, переданная информация принимается наземной радиостанцией, на наземной радиостанции для каждого ВС с помощью вычислительного комплекса определяют разность геометрической и барометрической высот, проводят статистическую обработку полученных данных и определяют погрешность измерения барометрической высоты на ВС, весь объем данных, полученных в выделенной области пространства, разделяется на сеансы наблюдений, каждый из которых определен в пространстве и времени; на первом этапе производится предварительная оценка систематической погрешности измерения барометрической высоты, заключающаяся в следующем: по полученным наземной радиостанцией в заданном диапазоне высоты и горизонтальных координат данным строится зависимость разностей между геометрической и барометрической высотами для всех наблюдаемых самолетов в функции координат и времени; для каждого ВС в каждом сеансе наблюдения определяется разность между разностью геометрической и барометрической высот для ВС и ожидаемой разностью, определенной по полученной функциональной зависимости; на втором этапе - для каждого ВС отбираются сеансы с его участием и по результатам статистической обработки предварительных оценок погрешности выделяется систематическая составляющая погрешности измерения барометрической высоты, которая сравнивается с заданным порогом; ВС, для которых заданный порог погрешности превышен, признаются непрошедшими проверку.
Основной недостаток прототипа заключается в том, что при его использовании в условиях прохождения атмосферного фронта через зону мониторинга возникают большие методические погрешности, обусловленные нарушением гладкости изобары и четкого соответствия между высотой и давлением.
Целью предлагаемого способа является повышение достоверности результатов за счет исключения измерений с повышенной погрешностью, возникающих при прохождении атмосферного фронта через зону мониторинга.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом заявляемого способа является повышение достоверности результатов мониторинга систематических погрешностей измерения барометрической высоты за счет исключения из статистической обработки недостоверных измерений, обусловленных влиянием атмосферного фронта. Ключевым моментом является тот факт, что наклон изобары обусловливает появление ветра (из зоны с высоким давлением в зону с низким давлением), атмосферный фронт сопровождается резким усилением ветра. Выявление фронта в зоне наблюдения основывается на анализе ветра.
Указанный результат достигается тем, что в выделенной для мониторинга области пространства с бортов ВС вещают данные о горизонтальных координатах, геометрической и барометрической высотах, а также данные о векторе путевой скорости, курсе и воздушной скорости, переданная информация принимается наземной радиостанцией. Весь объем данных, полученных в выделенной области пространства, разделяется на сеансы наблюдений, каждый из которых определен в пространстве и времени. На наземной радиостанции для каждого ВС с помощью вычислительного комплекса определяют разность геометрической и барометрической высот, а также осредненное значение скорости ветра. Алгоритм определения средней скорости ветра выбирается исходя из следующих условий. Для каждого самолета в каждый момент времени, а соответственно для каждой точки его положения в пространстве, вычисляется скорость ветра следующим образом.
пс
пв
Вектор путевой скорости передается в виде двух составляющих - северной V и восточной V.
Воздушная скорость раскладывается по этим осям с помощью соотношений:
вс
в
V=Vcosϕ;
вв
в
V=Vsinϕ,
где
ϕ - курсовой угол, передаваемый с борта;
в
V - модуль вектора воздушной скорости, передаваемый с борта.
Составляющие ветра на север и восток вычисляются по соотношениям
с
пс
вс
W=V-V;
в
пв
вв.
W=V-V
Полученные для каждого i-ого самолета из n самолетов в сеансе составляющие осредняются
Среднее значение скорости ветра вычисляется по соотношению
ср
Полученное значение W сравнивается с пороговым, и при превышении порогового значения материалы данного сеанса алгоритмом наземного вычислителя признаются недостоверными и исключаются из дальнейшего анализа.
Далее проводят статистическую обработку полученных данных и определяют погрешность измерения барометрической высоты на ВС. Для каждого ВС отбираются сеансы с его участием и по результатам статистической обработки выделяется систематическая составляющая погрешности измерения барометрической высоты, которая сравнивается с заданным порогом. ВС, для которых заданный порог погрешности превышен, признаются непрошедшими проверку.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и фиг. 2, на которых представлены два варианта зависимости изобары от горизонтальных координат или времени (искажения изобары в пространстве и времени одинаково влияют на результат),
где
Н - геометрическая высота;
Р - изобара (поверхность постоянного давления) ;
L - перемещение в пространстве (например вдоль трассы) или во времени.
Фигура 1 показывает плавную зависимость в спокойной атмосфере, когда проблем сопоставления и осреднения результатов не возникает.
При прохождении атмосферного фронта (фиг. 2) плавность зависимости нарушается, что приводит к недопустимости сопоставления данных, полученных даже при небольшой разнице в пространстве или времени, и соответствующим погрешностям выходных результатов. Выявленное с помощью анализа скорости ветра прохождение атмосферного фронта дает возможность исключить недостоверные данные из дальнейшей обработки.
Осуществление изобретения
Предложенный способ осуществляется следующим образом. Наряду со сбором и обработкой информации, предусмотренными в прототипе, используются данные о векторе путевой скорости, воздушной скорости и курсовом угле, также передаваемые с борта. На основании этих данных вычисляется скорость ветра. Если скорость ветра превышает заданный порог, вычислитель принимает решение о наличии атмосферного фронта и отбраковке материалов, полученных в данном сеансе. В дальнейшую статистическую обработку, которая осуществляется способом, описанным в прототипе, попадают только достоверные материалы.