Способ управления воздушным движением летательных аппаратов в районе аэродрома
METHOD FOR CONTROLLING AIR TRAFFIC OF AIRCRAFT IN THE VICINITY OF AN AIRPORT

Изобретение относится к области авиации и может быть использовано для обеспечения управления воздушным движением вблизи аэродрома.
Известен способ управления воздушным движением летательных аппаратов в районе аэродрома (RU 2239219 C1), включающий получение данных о местоположении летательных аппаратов в пространстве с помощью радиолокационной системы посадки, отображение данных на индикаторе обзора воздушного пространства, анализ полученных данных.
Недостатком данного способа является значительная нагрузка на диспетчера, который оценивает местоположение каждого летательного аппарата по двум отметкам на экране. Нагрузка на диспетчера ограничивает пропускную способность аэродрома. Другим недостатком является относительно невысокая надежность и точность определения местоположения летательного аппарата в пространстве.
Известен способ управления воздушным движением летательных аппаратов в районе аэродрома, реализуемый в радиолокационном комплексе управления воздушным движением, содержащим два независимых канала получения радиолокационных данных: первичный радиолокатор и вторичный радиолокатор (RU 2013138158 A).
Однако радиолокационные данные, поступающие по указанным каналам, не объединяются. Способ не предусматривает определение значимости радиолокационных данных - параметров положения летательного аппарата в пространстве, полученных от каждого канала, так называемого статистического веса данных, что не позволяет повысить точность определения координат цели. Обработка необъединенной информации связана с большой нагрузкой на диспетчеров, что отрицательно влияет на надежность и не позволяет увеличить пропускную способность аэродрома.
Известен способ управления воздушным движением летательных аппаратов, включающий получение радиолокационных данных по трем независимым каналам: каналу первичного радиолокатора, вторичного радиолокатора и радиолокатора государственного опознавания и объединение радиолокационных данных, полученных по указанным каналам (RU 34759 U1). Указанный способ не используется непосредственно в аэродромной зоне ввиду недостаточной точности оценки координат на малых расстояниях. В известном способе не предусмотрено присваивание статистического веса данным, полученным от разных каналов, что не позволяет повысить точность определения координат цели. Канал государственного опознавания, дублируя данные вторичного радиолокатора, содержит сложное наземное и бортовое оборудование, что понижает надежность способа.
Известен способ управления воздушным движением, включающий получение радиолокационных данных по трем независимым каналам: каналу первичного радиолокатора, каналу устройства автоматического зависимого наблюдения вещательного типа и каналу пассивного радиолокатора и объединение радиолокационных данных, полученных по указанным каналам (US 7961135 B2, фиг. 1, столбцы 3, 4, 5, 6). В данном способе-аналоге статистический вес данных, поступающих от каналов, при определении координат цели не учитывается. Пассивный радиолокатор обнаруживает сигналы, отраженные от цели, при облучении ее третьим случайным источником электромагнитных волн. Указанные обстоятельства обуславливают относительно невысокую точность и надежность способа-аналога.
Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является способ управления воздушным движением летательных аппаратов в районе аэродрома, включающий получение данных о местоположении летательных аппаратов в пространстве с использованием аэродромного радиолокационного комплекса «Лира-А10», содержащего канал первичного радиолокатора и канал вторичного радиолокатора: http://www.lemz.ru/views/solutions/orvd/liraa10; http://www.lemz.ru/publicdata/%D0%90%D0%A0%D0%9B%D0%9A%20%D0%9B%D0%98% D0%A0%D0%90-%D0%9010%20%D1%81%D1%82%D1%80.1.pdf
Способ-прототип включает получение данных о местоположении летательных аппаратов в пространстве с использованием канала первичного радиолокатора и канала вторичного радиолокатора. Радиолокационные данные, поступающие по указанным каналам, объединяются, однако наличие только двух каналов получения данных и отсутствие возможности присваивать полученным от них данным им статистический вес определяет относительно невысокую точность и надежность способа-прототипа.
При разработке изобретения решалась техническая проблема, заключающаяся в разработке способа управления воздушным движением летательных аппаратов в районе аэродрома, лишенного указанных выше недостатков.
При использовании предлагаемого способа достигаются следующие технические результаты:
- повышение точности определения местоположения летательных аппаратов в пространстве при работе в штатном режиме;
- повышение надежности.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в способе управления воздушным движением летательных аппаратов в районе аэродрома, включающем получение данных о местоположении летательных аппаратов в пространстве с использованием аэродромного радиолокационного комплекса, содержащего канал первичного радиолокатора и канал вторичного радиолокатора, для получения данных о местоположении летательных аппаратов в пространстве используют аэродромный радиолокационный комплекс, дополнительно включающий канал автоматического зависимого наблюдения вещательного типа, присваивают статистический вес данным каждого канала, объединяют и коммутируют взвешенные данные и вычисляют координаты летательных аппаратов с учетом статистического веса данных каждого канала.
Повышение надежности и точности предлагаемого способа обусловлено следующим. Для получения данных о местоположении летательных аппаратов в предложенном способе используют аэродромный радиолокационный комплекс, дополнительно включающий канал автоматического зависимого наблюдения вещательного типа, что позволяет не только получить дополнительный источник данных и за счет этого повысить точность определения координат в штатном режиме и общую надежность. Данным, полученным от каждого из каналов, в том числе от дополнительного канала автоматического зависимого наблюдения вещательного типа, присваиваются статистические веса в зависимости от текущего статуса каждого канала, обусловленного погодными условиями, помехо-целевой обстановкой и расстоянием до летательного аппарата. В связи с этим при осуществлении способа в штатном режиме обеспечивается повышение точности за счет того, что объединение данных для дальнейшей передачи в сигнальный процессор осуществляется с учетом их статистического веса. Получение данных по дополнительному, третьему, каналу, а также вычисление координат летательных аппаратов с использованием взвешенных данных позволяет получать координаты летательных аппаратов и в случае отключения (аварийного или регламентного) не только любого одного, но и любых двух каналов. Таким образом повышается надежность.
На чертеже представлена функциональная схема аэродромного радиолокационного комплекса, который может быть использован для осуществления предлагаемого способа управления воздушным движением летательных аппаратов в районе аэродрома.
Представленная на чертеже схема содержит канал 1 первичного радиолокатора, канал 2 вторичного радиолокатора, канал 3 автоматического зависимого наблюдения вещательного типа, коммутационное устройство 4, сигнальный процессор 5, устройство отображения траекторной информации 6, пульт управления 7, индикатор 8 включенных и/или отключенных каналов. Коммутационное устройство 4 содержит логическую схему 9 и мультиплексор 10. Логическая схема содержит три устройства 11 присвоения веса и четыре устройства 12 объединения канальной информации.
В качестве канала 1 первичного радиолокатора может быть использован, например, первичный радиолокатор комплекса управления воздушным движением «Лира-А10», http://www.lemz.ru/views/solutions/orvd/liraa10. В качестве канала 2 вторичного радиолокатора может быть использован, например, радиолокатор «Аврора-2», http://www.vniira.ru/ru/products/790/809/1175/?text=elements. В качестве канала 3 автоматического зависимого наблюдения вещательного типа использована, например, система АЗН-В «Сота-Х4», http://www.npp-crts.ru/competencies/development-center/svstem-radio-solutions/sota_x4/.
Другие составные части (блоки, элементы) используемого в предлагаемом способе радиолокационного комплекса могут представлять собой имеющиеся в продаже соответствующие стандартные функциональные блоки или стандартные функциональные элементы, в том числе соответствующие функциональные блоки и функциональные элементы аэродромного радиолокационного комплекса Лира A-10, с использованием которого осуществляется способ-прототип.
Приведенная на чертеже логическая схема 9 содержит три умножителя, используемые в качестве устройств 11 присвоения веса, и четыре сумматора, используемые в качестве устройств 12 объединения канальной информации, реализованных в программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) типа «Cyclone IV» https://www.altera.com/products/fpga/cyclone-series/ceclone-iv/overview.html. Мультиплексор 10 реализуется в той же микросхеме ПЛИС типа «Cyclone IV», а в качестве сигнального процессора 5 использован вычислитель «FURY-1», http://www.npp-crts.ru/competencies/development-center/high-level-electronic-components/fury1/.
В качестве устройства 6 отображения траекторией информации использован монитор типа «UP2716D», http://www.dell.com/ru/business/p/dell-up2716d-monitor/pd, в качестве пульта управления 7 - клавиатура «K120» компании производителя http://www.logitech.com/ru-ru/product/k120, в качестве индикатора 8 включенных и/или отключенных каналов - отдельный дисплей типа «E2416H», http://www.dell.com/ru/p/dell-e2416h-monitor/pd.
Осуществление предлагаемого способа состоит в следующем.
Информация о координатах летательных аппаратов поступает в коммутационное устройство 4 и далее в логическую схему 9 по трем каналам: каналу 1 первичного радиолокатора, каналу 2 вторичного радиолокатора, каналу 3 автоматического зависимого наблюдения вещательного типа. В коммутационном устройстве 4 посредством устройств 11 присвоения веса координатам каждого канала присваиваются статистические веса, информация о которых содержится в базе данных сигнального процессора 5. Далее взвешенные данные объединяются в устройствах 12 объединения канальной информации и через мультиплексор 10 поступают в сигнальный процессор 5. В результате на мониторе устройства 6 отображения траекторной информации диспетчер наблюдает необходимую для принятия решения по управлению воздушным движением информацию. Причем степень достоверности информации диспетчер оценивает с учетом показаний индикатора 8 включенных и/или отключенных каналов, который в описанном случае показывает, что все три канала находятся в работе. Необходимые команды диспетчер вводит посредством пульта управления 7.
В случае отключения одного или двух каналов из набора 1, 2, 3 ввиду неисправности или ввиду проведения профилактических (регламентных) работ индикатор 8 отображает для диспетчера соответствующую информацию
В случае отключения одного канала из набора 1, 2, 3 ввиду неисправности или ввиду проведения профилактических работ информация о координатах летательных аппаратов поступает в коммутационное устройство 4 по двум функционирующим каналам. В коммутационном устройстве координатам каждого канала присваиваются статистические веса, информация о которых содержится в базе данных сигнального процессора 5.
Далее взвешенные координаты объединяются в устройствах 12 объединения канальной информации и через мультиплексор 10 поступают в сигнальный процессор 5. В результате диспетчер наблюдает необходимую для принятия решения по управлению воздушным движением информацию на мониторе устройства 6 отображения траекторией информации, а по показаниям индикатора 8 включенных и/или отключенных каналов получает сведения о том, что только два канала находятся в работе и какой именно из трех каналов отключен.
В случае отключения двух каналов 1, 2, или 2, 3, или 1, 3 ввиду неисправности или ввиду проведения профилактических работ информация о координатах летательных аппаратов поступает в коммутационное устройство 4 по одному из 3-х каналов. В коммутационном устройстве данным рабочего канала присваивается статистический вес, равный 1, на что процессором 5 в коммутационное устройство 4 дается соответствующая команда. Далее информация через мультиплексор 10 поступает в сигнальный процессор 5. В результате на мониторе устройства 6 отображения траекторией информации диспетчер наблюдает необходимую для принятия решения по управлению воздушным движением информацию.
В предлагаемом способе вычисление координат летательных аппаратов с точностью, обусловленной составом и статистическим весом данных, полученных от каналов, обеспечивается следующим образом. Априорно известны точностные характеристики каналов 1, 2, 3, что позволяет заранее рассчитать интегрированную точность отображения траекторией информации координат летательных аппаратов от каналов 1, 2, 3 во всех возможных их сочетаниях. База данных соответствий точностных характеристик и статических весов (далее база данных соответствий) для всех возможных сочетаний включенных каналов 1, 2, 3 размещена в перепрограммируемом постоянном запоминающем устройстве сигнального процессора 5. Указанная база данных соответствий содержит информацию о 4-х возможных сочетаниях объединения каналов: 1-2, 2-3, 1-3 и 1-2-3, точностные характеристики каналов, а также наборы весов для указанных сочетаний. Исходя из принципа ранжирования весов, каналу, имеющему лучшие показатели с точки зрения точностных характеристик, присваивается больший вес, а каналу, имеющему худшие параметры - наименьший вес, в случае же когда два канала не работоспособны, работоспособному каналу присваивается вес, равный 1, и ему сопоставляются точностные характеристики, соответствующие данному каналу.
При сопровождении летательного аппарата статистические веса данных от каналов в общем случае могут меняться в зависимости от расстояния, присутствия активных или пассивных помех, погодных и иных условий. Так, например, при хороших погодных условиях в отсутствие активных и пассивных помех при расстоянии до летательного аппарата 100 км веса каналов могут иметь значения, приведенные в таблице 1.
При хороших погодных условиях в присутствии непреднамеренных активных помех, воздействующих на канал вторичного радиолокатора и канал автоматического зависимого наблюдения вещательного типа, при расстоянии до цели 10 км веса каналов могут иметь значения, приведенные в таблице 2.
Таким образом, сигнальный процессор 5 в зависимости от того, сколько каналов из набора 1, 2, 3 включены, по базе данных соответствий выбирает необходимые веса и выдает их в устройства присвоения веса 11, а также выдает команду мультиплексору 10 для коммутации одного из его входов на вход сигнального процессора. Одновременно с этим по базе данных соответствий сигнальный процессор определяет погрешность отображения траекторной информации для выбранного сочетания каналов. После чего выдает траекторную информацию и информацию о точностных характеристиках в устройство отображения траекторной информации 6, а также информацию о включенных каналах на индикатор 8 включенных и/или отключенных каналов.
Траекторную информацию и информацию о точностных характеристиках, представленную на устройстве отображения траекторной информации 6, а также информацию о включенных каналах, представленную на индикаторе 8, диспетчер анализирует, принимает решение по управлению летательным аппаратом и доводит принятое решение до экипажа по радиосвязи.
Сравнение показателей надежности и точности предлагаемого способа с показателями способа-прототипа показывает, что среднее время наработки на отказ увеличивается с 20000 ч до 25000-30000 ч для предлагаемого способа, а ошибка измерения дальности в штатном режиме, т.е. при работе всех трех каналов, уменьшается со 120 м до 60-75 м. Расчеты производились по следующим методикам: Левин В.И. Логическая теория надежности сложных систем. М.: Энергоатомиздат, 1985.; Диллон Б. Инженерные методы обеспечения надежности систем: пер. с англ. / Б. Диллон, Ч. Сингх. - М.: Мир, 1984. - 318 с.; Г.А. Пахолков, Г.Е. Збричкая, Ю.Т. Криворучко и др. Обработка сигналов в радиотехнических системах ближней навигации. М.: Радио и связь, 1992. - 256 с.