Влияние ошибки при передаче информации по каналу связи на построение оптимальной траектории ВС

2008

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Навигация и УВД

№ 136

УДК 621.396.98.004.1

ВЛИЯНИЕ ОШИБКИ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КАНАЛУ СВЯЗИ НА ПОСТРОЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ТРАЕКТОРИИ ВС

Д.А. ЗАТУЧНЫЙ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Рубцовым В.Д.

В данной статье рассматривается задача определения степени влияния ошибки при передаче информации по каналу связи на выбор верной траектории ВС . Формулируется критерий выбора оптимальной траектории.

1. Введение

Одной из основных задач, которую необходимо решать при полётах воздушных судов (ВС) является повышение безопасности полётов. Неверный выбор траектории движения может привести не только к дополнительным материальным затратам, но и к катастрофе. В процессе полёта ВС возможны следующие основные ошибки:

1) ошибка при вычислении координат воздушного ВС;

2) ошибка при передаче информации по каналу связи;

3) ошибка при выборе траектории на основании полученных данных.

Как следствие, возникают три основные проблемы: оценка надёжности навигационного обеспечения полёта ВС, оценка надёжности канала связи, корректное изменение или неизмене-ние траектории ВС на основе полученной информации. Решение этих задач актуально как в настоящее время, так и в будущем - при переходе к автоматическому зависимому наблюдению (АЗН) и в перспективе к концепции Free Flight - выбору оптимальной траектории на борту ВС при разрешении конфликта между ВС. В данной статье будет дана попытка найти подход к решению проблемы влияния ошибки при передаче информации по каналу связи на построение оптимальной траектории ВС. При этом под каналом связи рассматривается как канал передачи речевых данных, так и канал передачи данных в цифровой форме.

2. Характеристики каналов связи

Одной из основных характеристик каналов связи между пилотом и диспетчером, влияющей на минимальный интервал эшелонирования, который может безопасно выдерживаться, является задержка при передаче необходимой информации. Необходимо также оценить надёжность, целостность и готовность подсистемы связи для того, чтобы понять её роль в общей системе поддержки принятия решений.

Под целостностью понимается способность выявлять отказ в течение заданного времени, под готовностью понимается вероятность работоспособности системы в процессе выполнения той или иной задачи.

В том случае, когда канал связи служит для передачи сообщений для целей зависимого наблюдения, параметры характеристик связи непосредственно связаны с функцией наблюдения, например, когда в качестве основного средства наблюдения используется АЗН, характеристики используемого канала передачи данных оказывают непосредственное влияние на возможности наблюдения и вмешательства и, тем самым, на достижимые безопасные минимумы эшелонирования.

Информация о состоянии и местоположении ВС необходима для службы УВД. Эта информация может поступать с различной периодичностью: от 30 минут или более при донесениях пилотов до 4-6 секунд (частота обновления радиолокационных данных). Какая бы система ни использовалась, необходимо оценить её надёжность, целостность и готовность, а также точность информации и любые задержки при представлении информации службе УВД.

Задержка при представлении информации диспетчеру связана с частотой обновления данных в системе наблюдения, а в некоторых случаях может определяться средствами автоматизации (например, при разрешении проблемы несовпадения времени представления донесений, поступающих от различных систем наблюдения). Кроме представления диспетчеру, в некоторых системах используется проверка в отношении отдельных воздушных судов или прогнозирование конфликтных ситуаций в отношении пар ВС.

3. Ошибка при передаче информации по каналу связи

Представляется возможным сформулировать задачу: пусть имеется ВС, траекторию которого необходимо уточнить (назовём его опорным). Для этого необходимо обладать информацией о всех судах, находящихся в зоне УВД, а также информацией о надёжности навигационного обеспечения этих судов и надёжности канала связи, по которому навигационная информация передаётся на опорный борт.

Введём обозначения: п - число ВС в интересующей нас зоне УВД;

р; - вероятность отказа при навигационном обеспечении 1-го ВС (ошибка превышает допустимые пределы), 1=1, _ ,п;

роп - ошибка при навигационном обеспечении опорного ВС; р/ - вероятность отказа канала связи с 1-м ВС.

Вероятностные характеристики навигационного обеспечения ВС и канала связи могут быть получены по результатам наблюдений методами оценки надёжности навигационного обеспечения ВС и канала связи, полученными в предыдущих разделах.

Вероятность получения неверной навигационной информации на опорном ВС относительно

1-го ВС вычисляется по формуле:

а = Р; +р/ - Р; Р; .

Учитывая (1) и тот факт, что на ошибку при построении траектории также влияет ошибка при навигационном обеспечении опорного ВС, получим вероятность получения неверной навигационной информации для построения траектории движения опорного ВС :

Р = Роп + «I - Роп« = Роп

Представляется возможным заметить, что максимальная р связана с тем ВС, вероятность получения неверной навигационной информации с борта которого наибольшая.

Существует два варианта ошибок при построении траектории ВС:

1) траектория движения ВС изменена, хотя это не является необходимым;

2) траектория движения ВС не изменена, хотя это следует сделать.

Представляется естественным заметить, что ошибка при построении траектории ВС может происходить по двум причинам:

1) получена неверная информация;

2) информация получена верная, но существуют ошибки по психологическим причинам, причинам перегрузки экипажа, некомпетентности, сложным метеорологическим условиям и т. д.

Таблица 1

Вероятность получения неверной навигационной информации для обнаружения траектории на опорном ВС

Обозначение надёжностных характеристик ВС в регионе Числовые данные для надёжностных характеристик ВС в регионе Надёжность навигационного обеспечения опорного судна

Рі 0,01 0,01 0,02 0,03

Р/ 0,01

Р2 0,02 0,01 0,03 0,04

Р/ 0,01

Рз 0,005 0,01 0,015 0,025

Рз' 0,01

Р4 0,007 0,01 0,015 0,025

Р/ 0,008

Р5 0,009 0,01 0,017 0,027

Р/ 0,008

Предположим, что при изменении (или неизменении траектории) воздушное судно может переместиться в одну из т точек. Введём обозначения:

£у - вероятность ошибочного изменения траектории в _]-ю точку при получении неверной навигационной информации с ;-го ВС, ;=1,.. .,п, ]=1,.. ,,т;

8у - вероятность ошибочного неизменения траектории в ]-ю точку при получении неверной навигационной информации с ;-го ВС.

Определим вероятность неверного построения траектории при переходе в ]-ю точку с использованием формулы полной вероятности:

£] = Е ргеч + Р (А) .

г=1

Определим вероятность неверного построения траектории при непереходе в ]-ю точку:

А = Е РА + Р (А).

=1

Определим теперь значимость (веса) этих ошибок.

Предположим, что имеется к факторов, которые в той или иной мере влияют на потери от совершения ошибки при изменении или неизменении траектории ВС в ]-ю точку. Тогда вес ошибки будет определяться следующим образом:

=тах(Ь1 ,...,Ьк},

где Ьъ - показатель потерь относительно 2-го фактора (ъ=1,...,к), определяемого следующим образом:

Ьъ =1, если ъ >2 ;

Ьъ= — , если ъ <Ъ .

2 7

Ъ - это максимально допустимое значение потерь для ВС относительно 2-го фактора, а ъ -потери относительно ъ-го фактора . Метод определения величины ъ совпадает с методом определения ценности информации.

Введём обозначения:

1] - вес ошибки £| ;

Л - вес ошибки 5] .

Определим обобщённый взвешенный показатель потерь для ]-й точки:

р, = V, + л18, =1 ре,+р

Обозначим :

£у 1^£ ;

5, = 1^5,

где , 1] - некоторые константы.

Тогда равенство (3) перепишется в виде:

р,=+р'“=Е 1,Р?,е+Е ч,р,<5+

1=1 1=1

где Р]перех - обобщённый взвешенный показатель потерь при переходе ВС в ]-ю точку;

Р]неперех - обобщённый взвешенный показатель потерь при непереходе ВС в ]-ю точку.

Введём обозначения:

Е 1р£ = Я;(е) ;

2=1

Е п,Р/',5=0, (5);

2=1

(1 + л) р (а) = 0(А).

Тогда равенство (4 ) перепишется в виде:

Р = ]) + 0,

Из (5) следует, что для минимизации Р, необходимо минимизировать величины О^е), 0](5), 0](А). Для этого желательно минимизировать все возможные виды ошибок, которые произошли как по причине получения неверной навигационной информации для построения траектории, так и по причинам несвязанным с неверным получением навигационной информации. При этом предполагается, что веса ошибок - величины объективные, т.е независящие от экипажа.

Далее представляется возможным сделать попытку сформулировать критерий оптимального перехода ВС в следующую точку маршрута по критерию надёжности.

Сформулируем следующий набор условий:

если Р]перех < р,неперех., то для ВС будет предпочтительней перейти в ]-ю точку чем неперейти в неё;

если Р]перех > Р]неперех , то для ВС будет предпочтительней неперейти в ]-ю точку чем совершить в неё переход;

если Р]перех = Р]неперех, то для определения дальнейшей траектории движения ВС необходимо рассмотреть другие возможности движения.

Введём обозначение:

{Р}={ Р,перех : Р,перех < Р]неперех , ]=1,.. ,,ш} .

Представляется естественным предложить следующий способ выбора оптимальной траектории по критерию надёжности (далее будем обозначать Р,перех через Р] ).

Если min{P} = Pk , то оптимальным по критерию надёжности является переход в k-ю точку.

В случае, обычно встречающимся на практике, когда величина £j неизвестна, можно априори считать её одинаковой для всех точек и обобщённый взвешенный показатель потерь зависящим только от величин 1j.

Предположим, что в течение полёта ВС экипаж должен уточнять свою траекторию l раз.

Тогда оптимальную траекторию ВС можно определить в виде совокупности точек (minjP1),

2 l *1 min{P },...,min{P }), где min{P } - минимальный обобщённый взвешенный показатель потерь в

1-й точке маршрута, min{P2} - минимальный обобщённый взвешенный показатель потерь во

2-й точке маршрута,., min{Pl} - минимальный обобщённый взвешенный показатель потерь в l-й точке маршрута.

INFLUENCE OF FAULT DURING INFORMATION BROADCASTING BY CANAL OF COMMUNICATION FOR CONSTRUCTION OF AIRSHIP’S OPTIMAL TRAJECTORY

Zatuchny D.A.

In this paper the problem of definition for power of influence fault during information broadcasting by canal of communication for selection of correct airship’s trajectory is considered. Criterion of optimal trajectory’s selection is formulated.

Сведения об авторе

Затучный Дмитрий Александрович, 1970 г.р., окончил МГПУ им. В.И. Ленина (1992), кандидат технических наук, доцент кафедры ТЭРТОС МГТУ ГА, автор 30 научных работ, область научных интересов - навигация, организация воздушного движения, методы оптимальной обработки информации.