автореферат диссертации по транспорту, 05.22.13, диссертация на тему:Методы повышения эффективности навигационного обеспечения Московской воздушной зоны

Введение.

1. Анализ навигационного радиотехнического обеспечения в Московской воздушной зоне УВД.

1.1.Техническая оснащенность навигационных систем Московского района УВД.

1.2.Анализ точностных характеристик навигационных систем с ПРС.

1.3.Целесообразность внедрения систем VOR/DME в Московской воздушной зоне

1.4.Использование ТНХ для полетов ВС в пределах Московской воздушной зоны.

1.5.0сновные результаты первого раздела.

1.6.Выводы.

2. Сравнительный анализ различных вариантов построения систем ближней навигации.

2.1 .Сравнение по точностным характеристикам

2.2.Расчет пространственных рабочих зон систем ближней навигации.

2.2.1. Рабочая зона азимутально-дальномерной системы VOR/DME.

2.2.2. Рабочая зона дальномерно-дальномерной системы DME/DME.

2.3.Выбор рационального состава и взаимного размещения радиомаяков VOR/DME и DME/DME для определения местонахождения

ВС в пространстве.

2.4.Основные результаты второго раздела.

2.5. Выводы.

3. Расчет рабочей зоны системы ближней навигации

VOR/DME в Московской воздушной зоне и в Московском районе УВД.

3.1. Исходные данные.

3.2. Общая характеристика местности размещения позиций VOR/DME.

3.3. Радионавигационное поле азимутально-дальномерных радиомаяков VOR/DME.

3.4. Радионавигационное поле дальномерно-дальномерных радиомаяков DME/DME.

3.5. Сравнительный анализ радионавигационных полей для дальномерно-дальномерного и азимутально-дальномерного методов определения местоположения ВС.

3.6. Основные результаты третьего раздела.

3.7. Выводы.

Московский район управления воздушным движением (УВД) является важнейшим элементом всей системы УВД России. Огромное количество отечественных и международных трасс проходит через Московский район УВД. Однако проблема эффективного использования воздушного пространства (ВП) Московского района УВД на данное время не является решенной. Это связано с рядом причин, к которым можно отнести следующие. Техническая оснащенность Московского района (MP) УВД средствами ближней навигации (СБН) не в полной мере удовлетворяет международным требованиям и не соответствует запросам отечественной гражданской авиации (ГА). Основную роль в навигационном обеспечении полетов MP УВД играют приводные радиостанции (ПРС), которые в большинстве своем работают с продленным ресурсом, требуют значительных материальных затрат по поддержанию их работоспособности или на замену. Сама технология полетов воздушных судов (ВС) по ПРС в значительной мере устарела и не соответствует современным требованиям.

Навигационная инфраструктура на базе ПРС не обладает необходимой навигационной точностью, не позволяет использовать бортовые автоматизированные средства управления полетом ВС, а это приводит к неэффективному использованию ВП, что недопустимо для такого важного района УВД, каковым является MP УВД.

Практически все перечисленные проблемы могут быть решены при внедрении спутниковых навигационных систем на базе концепции и технологий CNS/ATM [1-3,55]. Однако экономическое положение гражданской авиации России в данное время и на ближайшее будущее не позволяет решить задачу навигационного обеспечения MP УВД с помощью спутниковых систем в кратчайшие сроки и в достаточном объеме. Следовательно, необходимо искать пути решения поставленных задач в рамках реальных технических и экономических возможностей. Такие пути существуют и они рассматриваются в представленной диссертационной работе.

Целесообразно рассмотреть и проанализировать возможности внедрения систем ближней навигации на основе радиомаяков VOR/DME [20] и провести синтезирование на их базе единого радионавигационного поля, обеспечивающего полеты ВС по международным и внутренним трассам с требуемыми навигационными характеристиками (ТНХ) [20-22,28,29], а также по маршрутам зональной навигации (ЗНАВ) [3-5].

Здесь возникают задачи рационального размещения наземных позиций радиомаяков (РМ) VOR/DME с учетом обеспечения ТНХ, рекомендуемых ИКАО, и внедрение методов зональной навигации. При решении этих задач будут выполнены международные навигационные требования, повыситься уровень эффективности использования ВП, что приведет к повышению безопасности полетов в MP УВД [13,14,56-58].

Поэтому в предложенной работе определяются технические возможности поэтапного внедрения в MP УВД наземных РМ VOR/DME и, соответственно, поэтапного снятия с эксплуатации ПРС. Хотя рассматривается конкретно Московский район УВД, но предлагаемые подходы и методы решения задач навигационного обеспечения полетов ВС в районе УВД могут быть применены и в других районах России с достаточно высокой интенсивностью полетов ВС.

Таким образом, формируется следующая актуальная и важная научная задача: обеспечить высокую эффективность использования воздушного пространства в Московской воздушной зоне (МВЗ) и Московском районе УВД путем повышения точности навигационного обеспечения полетов ВС.

Целью работы является разработка методов анализа размещения наземных РМ VOR/DME для создания единого синтезированного навигационного поля в МВЗ и MP УВД.

Для достижения поставленной цели потребовалось:

1. Разработать методы использования расчетов пространственных рабочих зон систем ближней навигации для конкретного региона с целью проведения сравнительного анализа.

2. Проанализировать состояние навигационного радиотехнического обеспечения полетов в МВЗ и MP УВД и сформулировать предложения по совершенствованию этого обеспечения.

3. Разработать методы использования расчетов радионавигационного поля, создаваемого радиомаяками VOR/DME, для конкретных районов УВД.

На защиту выносится совокупность научных положений и результатов, содержащих решение задачи создания единого навигационного поля РМ VOR/DME в МВЗ и MP УВД, а именно:

• методы расчета пространственных рабочих зон систем ближней навигации для конкретных регионов с учетом особенностей местности размещения радионавигационных средств;

• анализ состояния навигационного радиотехнического обеспечения МВЗ и MP УВД и предложения по совершенствованию этого обеспечения;

• методы расчета радионавигационного поля, создаваемого радиомаяками VOR/DME в конкретном регионе с учетом рельефа местности.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:

• разработаны прикладные методы расчета пространственных рабочих зон систем ближней навигации в конкретном районе УВД;

• проведен анализ состояния навигационного радиотехнического обеспечения в конкретном районе УВД;

• разработаны методы расчета навигационного поля создаваемого радиомаяками VOR/DME для конкретного района УВД.

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты позволяют:

• строить пространственные рабочие зоны систем ближней навигации в конкретных зонах УВД;

• определять состояние навигационного радиотехнического обеспечения в конкретном районе УВД;

• рассчитывать навигационные поля, создаваемые радиомаяками VOR/DME для конкретных районов УВД.

Апробация.

Результаты работы докладывались на Международной НТК «Современные научно-технические проблемы ГА» (Москва, 1999), «ГА на рубеже веков» (Москва,2001), на НТС «Концепция создания интегрированного оборудования, навигации, посадки, связи и наблюдения» (Москва, 2000), а также на межкафедральных семинарах МГТУ ГА.

Внедрение.

Результаты работы внедрены в МЦ АУВД, о чем имеются соответствующие акты о внедрении.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объем диссертации.

Работа состоит из Введения, 3-х разделов и списка цитируемой литературы. Общий объем составляет 117 стр. и включает 26 рис. и 10 табл. Список литературы составляет 58 наименований.

3.7 Выводы.

1. Увеличение угла закрытия а от а=0° до а=1,5° уменьшает дальность прямой радиовидимости в 7 раз при высоте полета ВС Н=200 м, в 3,7 раза при Н=1 км, в 2,1 раза при Н=3 км и в 1,7 раза при Н=10 км. Влияние углов закрытия на дальность прямой радиовидимости РМ резко возрастает при уменьшении высоты полета ВС относительно поверхности.

2. Для холмистой местности, а также для местности городского типа рабочие зоны азимутально-дальномерного метода при углах закрытия а=1° составляют окружности с радиусом действия, равным 21 км при высоте полета ВС Н=400 м и < 1 м.мили и уменьшаются до окружностей с радиусом действия 13 км при §тр < 600 м независимо от значений углов закрытия.

3. При уменьшении дальности прямой радиовидимости для метода дальномерно-дальномерного определения местоположения ВС радионавигационное поле при некотором Н не позволяет решать задачу нахождения координат ВС. Отсюда вытекает, что при использовании метода ДМЕ/ДМЕ необходимо тщательно выбирать позиции размещения РМ с целью минимизации углов закрытия.

4. При Н=400 м и бтр < 600 м и а=1° сплошное радионавигационное поле метода ДМЕ/ДМЕ исчезает.

5. На средних и больших высотах полета ВС дальномерно-дальномерный метод обеспечивает большую дальность действия СБН и более высокую точность определения координат ВС по сравнению с азимутально-дальномерным методом. Однако при переходе ВС в аэродромную зону на малых высотах полета очевидные преимущества имеет метод VOR/ДМЕ

1. Б.И.Кузьмин. Концепция ИКАО CNS/ATM. -М С.Пб.: ОАО НИИЭИР, 1999г. -206с.

2. Б.И.Кузьмин. Международная авиационная телекоммуникационная сеть ATN. С.Пб.: ООО «Агентство РДК-принт», 2000 г. - 304 с.

3. Т.Г.Анодина, А.А.Кузнецов, Е.Д.Маркович. Автоматизация управления воздушным движением. М: Транспорт, 1992 г. -280 с.

4. Организация управления воздушным движением. Под редакцией Г.А.Крыжановского. М: Транспорт, 1988 г. - 264 с.

5. Управление воздушным движением. Т.Г.Анодина, С.С.Володин, В.П.Куранов, В.И.Мокшанов. М: Транспорт, -1988 г.-229 с.

6. Автоматизация процессов управления воздушным движением. Под ред. Г.А.Крыжановского. М: Транспорт, 1981 г. - 400 с.

7. Автоматизация самолетовождения и управление воздушным движением. П.А.Агаджанов, В.Г.Воробьев, А.А.Кузнецов, Е.Д.Маркович. М. транспорт, 1980 г. - 357 с.

8. Автоматизированные системы управления воздушным движением: Справочник. В.И.Савицкий, В.А.Василенко, Ю.А.Владимиров, В.В.Тогилов; Под ред. В.И.Савицкого. М.: Транспорт, - 1986 г. - 192 с.

9. Дубровский В.И., Крыжановский Г.А., Солодухин В.А. Организация радиотехнического обеспечения в системе УВД. Рациональное оснащение районных центров М.: Транспорт, 1985 г.-164 с.

10. Управление воздушным движением. Вып. 1. М.: Воздушный транспорт, 1979 г. - 303 с.

11. П.С.Давыдов, П.А.Иванов. Эксплуатация авиационного радиоэлектронного оборудования. Справочник. М.: Транспорт, 1990 г. - 240 с.

12. А.А.Кузнецов, В.И. Дубровский, А.С.Уланов. Эксплуатация средств управления воздушным движением. Справочник. М.: Транспорт, 1983 г. - 256 с.

13. А.И.Прокофьев. Надежность и безопасность полетов. М.: Машиностроение , 1985 г. 184 с.

14. Опыт эксплуатации и его использование при оценке функционирования автоматизированных систем управления воздушным движением. М.: Воздушный транспорт, 1989 г. -161 с.

15. Правила полетов и обслуживания воздушного движения. Дополнение Д. Инструктивный материал по применению автоматизации в области УВД. ИКАО документ 4444 -RAS/501/11, 1987 г.

16. М.С.Ярлыков. Статистическая теория радионавигации.-М.:Радио и связь, 1985 г. 344 с.

17. Н.Г.Хиврич, Н.Г.Миронов, АМ.Белкин. Воздушная навигация. М.: Транспорт, 1984 г. - 244 с.

18. Г.Ф.Молоканов. Точность и надежность навигации летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1967 г. - 215 с.

19. Наставление по производству полетов в ГА СССР. НПП ГА -85. М.: Воздушный транспорт, 1985 г. - 254 с.

20. П.В.Оленюк, Г.П.Астафьев, В.В.Грачев. Радионавигационные системы и устройства гражданской авиации. М.: Транспорт, 1988 г.-320 с.

21. К.В.Макаров, Л.Я.Ильницкий, И.Ф.Шешин. Радионавигационные системы аэропортов. М.: Машиностроение, 1988 г. - 344 с.

22. Л.С.Беляевский, П.В.Олянюк. Основы радионавигации. М.: Транспорт, 1982 г. - 287 с.

23. ГОСТ 18832-73. Системы радиотехнической ближней навигации. Термины и определении. М.: Издательство стандартов, 1984 г. - 6 с.

24. Правила для аэронавигационных служб. Правила полетов и обслуживания воздушного движения. ИКАО- документ 4444-А/501/10, 1985 г.

25. Правила для аэронавигационных служб. Производство полетов самолетами ГА. ИКАО-документ8168-ОР/611/3,1971 г.

26. В.К.Качан, АТ.Перевезенцев, В.В.Сокол. Радиооборудование автоматизированных систем УВД. Киев:Виша школа, 1984 г.-312 с.

27. Т.Крохин, Ф.И.Скрипник, В.З.Шестаков. Инженерно-организационные основы обеспечения безопасности полетов в ГА.- М.: Транспорт, 1987 г. 175 с.

28. Авиационная радионавигация. Справочник. Под ред. А.А.Сосновского. -М.транспорт, 1990 г.- 264 с.

29. Руководство по требуемым навигационным характеристикам. ИКАО- документ 9613-А/937, 1994 г.

30. Авиационная электросвязь, т.1. ИКАО приложение 10, 1972 г.

31. Обслуживание воздушного движения. ИКАО- приложение 11.

32. Аэронавигационный план. Европейский регион. ИКАО-документ 7754, 1985 г.

33. Руководство по планированию обслуживания воздушного движения. ИКАО- документ 9426-А/924,1984 г.

34. Материалы по применению концепции требуемых навигационных характеристик (THX-RNP) на этапах захода на посадку, посадки, вылета. Особое специальное совещание по связи и производству полетов. Монреаль, 1995 г.

35. Справочник по связи и радиотехническому обеспечению полетов. Под ред. Р.С.Терского. М.: Воениздат, 1984 г.

36. Объективный контроль точности самолетовождения. Под ред. Е.Ф.Моложанова. -М.: Воениздат, 1980 г.

37. Техническое предложение по проекту КСА ОВД «Москва». -М.: СП «Буран», 1992 г.

38. Научно-технический отчет «Разработка критериев по размещению радиомаяков ближней навигации VOR/DME для Московской воздушной зоны с целью возможного обеспечения полетов ВС по принципу зональной навигации» М.: ГосНИИ «Аэронавигация», 1994 г.

39. Научно-технический отчет «Разработка предложений по внедрению комплексов VOR/DME для обеспечения навигации в аэродромных зонах РФ. М.: ГосНИИ «Аэронавигация», 1996 г.

40. Научно-технический отчет «Оценка потенциально возможных мест размещения радиомаяков VOR/DME на территории Московского района УВД» М.: ГосНИИ «Аэронавигация»,1996 г. 7? с.

41. Научно-технический отчет «Исследование по разработке предложений по поэтапному снятию с эксплуатации приводных радиостанций. М.: ГосНИИ «Аэронавигация»,1997 г.-24 с.

42. Г.В.Дружинин. Методы оценки и прогнозирования качества. -М.: Радио и связь, 1982 г. 156 с.

43. А.И.Логвин. Критерии оценки качества функционирования радиосистем УВД. М.: В кн. «Проблемы технического обеспечения систем УВД» 1984 г., 93-95 с.

44. А.И.Логвин. Критерии и показатели эффективности использования авиационного оборудования. М.: В кн.: «Теория и практика применения и совершенствования радиоэлектронных систем ГА», 1985 г., с. 59-61.

45. А.И.Логвин, Б.В.Михайлов. Методы оценки качества функционирования радиотехнических систем в процессе эксплуатации. Научный вестник МГТУ ГА. Радиофизика и радиотехника. №51,2002 г., с. 6-11.

46. А.И.Логвин, В.А.Максимов. Совершенствование радионавигационного обеспечения в зоне Московского аэроузла. Тезисы докладов МНТК «Современные научно-технические проблемы ГА», М., 1999 г., с. 194-195.

47. А-И.Логвин, В.А.Максимов. Задача модернизации навигационного оборудования в зоне Московского аэроузла.

48. Тезисы докладов МНТК «Гражданская авиация на рубеже веков», М., 2001 г., с. 168-169.

49. В.А.Максимов. Совершенствование структуры организации воздушного движения в Московской зоне УВД. Тезисы докладов совместного НТС «Концепция создания интегрированного оборудования , навигации, посадки, связи и наблюдения. М., 2002 г., с. 24.

50. В.А.Максимов. Ближняя радионавигация в Московской зоне УВД. Научный вестник МГТУ ГА. Радиофизика и радиотехника. №34, 2000 г., с. 77-79.

51. В.А.Максимов. Радиотехническое обеспечение полетов ВС в зоне аэродрома. Научный вестник МГТУ ГА. Радиофизика и радиотехника. №31,2000 г., с. 80-83.

52. В.А.Максимов. Оценка эффективности использования различных навигационных систем. Научный вестник МГТУ ГА. Радиофизика и радиотехника. №31, 2000 г., с. 84-86.

53. Материалы Международного симпозиума «Аэронавигационная система России. Проблемы и пути их решения» М.: 2000 г., 118 с.

54. В.Г.Воробьев, Б.В.Зубков. Технические средства и методы обеспечения безопасности полетов. М.: РИО МИИГА, 1989 г. -85 с.

55. Безопасность полетов. Под ред. Р.В.Сокола. М.: Транспорт, 1989 г.-239 с.

56. П.А.Соломонов. Безотказность авиационной техники и безопасность полетов. М.: Транспорт, 1977 г. 206 с.