О некоторых способах повышения точности отображения воздушной обстановки

УДК 621.396

О НЕКОТОРЫХ СПОСОБАХ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ОТОБРАЖЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ ОБСТАНОВКИ

В.И. ВДОВИЧЕНКО

Статья представлена доктором физико-математических наук, профессором Козловым А.И.

Рассматриваются некоторые способы повышения точности отображения воздушной обстановки.

Ключевые слова: точность отображения информации, безопасность полетов.

Современное бортовое навигационное оборудование ВС обеспечивает достаточно высокую точность выполнения полета. На практике в большинстве случаев диспетчера интересует не столько боковое отклонение ВС от оси трассы, сколько продольное местоположение ВС вдоль оси трассы.

В этой связи наибольший практический интерес представляет разработка методов точного отображения меток ВС вдоль оси трассы.

В настоящее время известны два способа контроля ВД вдоль воздушных трасс, которые основаны на контроле времени прохождения пункта обязательного донесения (ПОД) или фиксированных радионавигационных точек (РНТ) и на контроле расстояния ВС до ПОД или РНТ.

Эти два способа контроля ВД реализованы, в частности, при продольном эшелонировании в отсутствие непрерывного РЛК в соответствии с нормами ИКАО на основе времени или на основе расстояния, определяемого с использованием дальномерных систем типа DME (или РСБН), развернутых на линии движения ВС [1].

При этом минимум продольного эшелонирования по времени для ВС, выполняющих полет на одной линии пути на одном и том же эшелоне, равен 15 мин.

Минимум продольного эшелонирования, основанный на расстоянии, определяемом по DME для ВС, выполняющих полет на одной линии пути на одном и том же эшелоне, проверяется путем получения от экипажей ВС данных о показаниях DME через короткие промежутки времени и равен 37 км (20 морских миль).

Поскольку на крейсерской скорости W=800 км/ч за 15 мин ВС проходит расстояние 200 км, можно видеть, что рекомендуемые ИКАО нормы эшелонирования по расстоянию до DME примерно в 5 раз меньше норм по времени.

Разница между этими двумя способами контроля эшелонирования состоит в том, что использование системы отсчета, основанной на единицах расстояния, позволит контролировать ВД с гораздо большей точностью, чем система отсчета, основанная на времени, но требует наличия на борту высокоточных навигационных систем.

При переходе к временной шкале контроля ВД накладываются относительно большие ошибки, связанные с неточностью хода часов, округлением времени и т. д. При этом многие из этих ошибок или принципиально неустранимы, или их устранение связано с большими организационными трудностями и материальными затратами.

Таким образом, в основанный на времени способ контроля ВД изначально заложены высокие погрешности, что и влечет за собой необходимость использования норм эшелонирования, в несколько раз превышающих нормы эшелонирования, основанные на расстоянии, определяемом по DME.

В настоящее время решение навигационных задач на борту ВС претерпевает качественные изменения, что выражается в частности в том, что местоположение ВС с помощью спутниковых радионавигационных систем (СРНС) типа ГЛОНАСС и GPS определяется с точностью де-

сятков метров, а скорость - с точностью порядка 0,05 м/с.

Рассмотрим вопросы повышения точности отображения ВО при УВД с использованием высокоточных дальномерных систем.

Для повышения точности отображения меток ВС вдоль оси трассы можно предложить следующий метод.

1. ВО необходимо отображать на фоне карты-схемы с отображением ПОД, РНТ и осей маршрутов (линий движения).

2. СОИ должны обеспечивать оперативную и простую корректировку меток ВС на основании информации о местоположении ВС, полученной от экипажа.

3. В СОИ метки ВС должны отображаться в соответствии с оперативным планом движения со скоростью, соответствующей фактической путевой скорости движения ВС.

Оценим потенциальную точность отображения ВО в СОИ с использованием высокоточных дальномерных систем, находящихся на линии движения ВС.

Пусть ВС следует на РНТ, на борту ВС имеется средство высокоточного определения координат (дальности) относительно РНТ (DME, РСБН), при этом точность дальномерной системы определяется СКО sM.

В современных дальномерных системах (типа DME или РСБН) отсчет дальности по индикатору осуществляется с точностью до десятых долей км, а экипаж передает информацию о дальности с округлением до десятых долей км [2].

В соответствии с этим можно считать, что ошибка округления показаний индикатора дальности определяется случайной величиной SOKp, распределенной по равномерному закону на интервале -0,5 до +0,5 км, в этом случае можно считать, что СКО также будет равно 0,5 км.

Пусть СОИ обеспечивает возможность ввода полученной от экипажа информации о дальности за время tee не большее чем 4 с, а СОИ обеспечивает обновление информации на экране

ВО один раз в 10 с (tCoM =10 с). В этом случае погрешность координат, отображаемых с помощью СОИ, непосредственно после ввода информации о местоположении ВС имеет математическое ожидание

mx = W{т^в + СОм) и СКО sx =^{Щвв} + sD + < . 0)

При этом максимальная погрешность отображения ВО с помощью СОИ после ввода информации о дальности с доверительной вероятностью 0,997 не превышает величины

DSCOM » mx + 3sx = W

где W - путевая скорость ВС; mt и st - математическое ожидание и СКО tee. При

W = 850 км/ч, полагая = 0,1 км, mt = 4 с, st = 1 с, в соответствии с (1) имеем

1вв 1вв

Mrnax _ л о

СОМ = 4,2 км.

Таким образом, максимальная погрешность отображения ВО с помощью СОИ непосредственно после ввода информации о дальности не превышает 5 км.

Потенциальная точность диспетчерского графика отображения ВО оценивается при доверительной вероятности 0,997 величиной в 31,5 км, т.е. потенциальная точность отображения ВО в СОИ с использованием высокоточных дальномерных систем, находящихся на линии движения ВС, выше потенциальной точности диспетчерского графика почти в 6 раз.

Один из методов высокоточного отображения ВО в отсутствие РЛК заключается в том, чтобы обеспечить наиболее точное соответствие между фактической путевой скоростью ВС WQ и путевой скоростью метки ВС Wcm, отображаемой СОИ.

Для реализации данного метода оперативный план движения ВС должен формироваться следующим образом: 1) СОИ должна обеспечивать оперативный ввод информации о путевой

скорости в соответствии с данными, полученными от экипажа; 2) если ВС прошел т-й ПОД, время пролета (т+1)-го ПОД должно рассчитываться по формуле: ¡подт+1 = ¡подт + Б / Жсои ,

где смысл введенных обозначений очевиден.

Отображение ВО «радиолокационным» способом на фоне карты-схемы дает возможность высокоточного отображения ВО путем периодической (с частотой, например, 1 раз в 10 мин) корректировки местоположения меток ВС на экране СОИ по данным бортовых высокоточных навигационных средств. Такого рода корректировка при отображении ВО с помощью диспетчерского графика возможна только лишь в моменты прохождения ПОД.

Оценим потенциальную точность отображения местоположения ВС вдоль осей трассы этим способом. Максимальная погрешность отображения ВО через интервал времени А, после корректировки местоположения метки ВС в СОИ можно определить в соответствии с выражением

АБсоИА

где величина апр(А,) представляет собой СКО погрешности прогноза местоположения ВС и определяется как

апр

где аЖ - СКО измерения путевой скорости; аЦр^) - радиальное СКО скорости ветра; и - скорость ветра; Ж - скорость ВС.

Подставляя (3) в (2), получаем

АБСОиА

С учетом того, что величина а, имеет очень малое значение (порядка 1 с), она практически

не оказывает влияния на АБСОИ (А,), и окончательное выражение для этой величины имеет вид

АБСОИА

Как видно, чем точнее определяется путевая скорость полета ВС, тем меньше максимальная погрешность отображения ВО. Заметим, что аЖ = 16 км/ч соответствует точности, реализуемой при использовании для измерения скорости ВС ДИСС-013.

Таким образом, потенциальная точность высокоточного отображения ВО с использованием периодической корректировки местоположения меток ВС при частоте корректировки 6 -12 мин соответствует максимальной погрешности отображения ВО 10 - 15 км, что, в свою очередь, соответствует СКО отображения меток ВС аХ » 3 - 5 км, что всего лишь в 3 - 5 раз хуже точности измерения дальности трассовых радиолокаторов.

Заметим, что потенциальная точность отображения ВО с помощью диспетчерского графика при использовании подобного метода в случае, если ПОД располагаются на удалении 15 - 20 мин полета, составляет 33 - 39 км.

Таким образом, метод высокоточного отображения ВО с использованием периодической корректировки местоположения меток ВС с частотой один раз в 10 - 12 мин в 2 - 3, а при частоте корректировки с частотой один раз в 5 - 6 мин в 4 - 5 раза точнее, чем это возможно при отображении ВО с помощью диспетчерского графика. Возможно некоторое упрощение метода.

Известно, что изменчивость поля ветра в пространстве отличается от изменчивости поля ветра во времени [3; 4]. Так, для наиболее часто встречающихся скоростей ветра и = 40 - 80 км/ч выражения зависимости изменения СКО ветра от расстояния и от времени имеют вид ащ^ = 0,035 и^Б ,

аи(,) = 0,175и>/,, откуда следует, что при полете ВС с путевой скоростью Ж = 850 км/ч фактор изменчивости поля ветра по расстоянию в 6 раз превышает аналогичный фактор по времени. Это выводит на метод высокоточного отображения ВО, основанный на информации о путевой

скорости ранее прошедших в зоне УВД ВС определенных типов: 1) в начале смены диспетчер определяет скорость движения ВС наиболее часто встречающихся в плане полета типов по определенным маршрутам следования; 2) СОИ должна обеспечивать оценку путевой скорости W по данным корректировки местоположения и ее хранение в оперативной памяти.

Оценим потенциальную точность данного метода при условии, что однотипные ВС следуют с разбросом скоростей, укладывающихся в диапазон +60 км/ч (в этом случае СКО sW » 20 км/ч).

СКО погрешности прогнозирования местоположения ВС с учетом изменения СКО ветра от времени определяется выражением

Snp

где s£f(t ) = SU (t)/2 = 0,0875UVAt - средняя величина изменения поля ветра за время полета At.

С учетом (7) выражение для максимальной погрешности отображения ВО при использовании данного метода имеет вид

^СОИA

Метод отображения ВО с использованием информации о скорости впереди идущих однотипных ВС отличается от метода отображения метки ВС на оси трассы с использованием ввода путевой скорости в СОИ тем, что не требует уточнения путевой скорости W от экипажа ВС и ее ввода в СОИ.

Из соотношения (8) видно, что точность данного метода при использовании метода периодической корректировки местоположения меток ВС приблизительно соответствует точности метода, описанного выше.

ЛИТЕРАТУРА

1. Липин А.В., Попов К.С. Выполнение международных полетов. Обслуживание воздушного движения. -СПб: Академия ГА, 1997. - Кн. 4.

2. Макаров К.В., Ильницкий Л.Я., Шешин И.Ф. Радионавигационные системы аэропортов. - М.: Машиностроение, 1988.

3. Сосновский А.А., Хаймович И. А. Авиационная радионавигация: справочник. - М.: Транспорт, 1980.

4. Хиврич И.Г., Миронов Н.Ф., Белкин А.М. Воздушная навигация. - М.: Транспорт, 1984.

ABOUT SOME WAY OF THE IMAGE ACCURACY INCREASING OF THE AIR SITUATION

Vdovichenko V.I.

They are considered some ways of increasing to accuracy of the image of the air situation.

Key words: accuracy of the image to information navigational parameters, safety flight.

Сведения об авторе

Вдовиченко Василий Иванович, 1955 г.р., окончил Академию гражданской авиации (1989), генеральный директор Института аэронавигации, соискатель ученой степени кафедры технической эксплуатации радиоэлектронных систем воздушного транспорта МГТУ ГА, область научных интересов -управление воздушным движением.