автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Повышение точности определения координат воздушных судов в зоне аэродрома перспективными радотехническими средствами



л

йо

УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИЙ

ЙОСИОЭСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

экз. М,

ШПОНКШ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ

УДК 621.396.93! 629.783

ГОШШВНЙЕ ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНА КООРДИНАТ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ В ЗОНЕ АЭРОДРОМА ПЕРСПЕКТИИШЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ

Специальность: 05.12.04 - "Радиолокация и радионавигация"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Шскла - 1993 г.

Работа вьдалнена в Московском государственном техническом университете гражданской авиации.

Шучиый руководитель Официальные оппонента

I

Ведущая организация

* доктор технических наук, профессор А. А. Кузнецов

- доктор технических наук, профессор а А. Лутин

- кандидат технических наук Е А. Корчагин.

- Государственный научно-исследовательский институт " Аэронавигация "

Защита состоитоя " V" чЛЛЛъсЛ 1993 г. в 10 часов на васеданин Специализированного совета 07 ..05.03 в Московской государственном технической университете гражданской авиации по адресу: 12Б493, Москва, ул. Пулковская, б-а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУГА.

Автореферат разослан к 1ддз г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просив лаправить по адресу: 126493, Москва, Кронттадский бульвар, д. 20 на имя Ученого секретаря Специализированного Совета

Ученый секретарь Специализированного Совета, к. т. и.

Ц. М. Шгмаханов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Айтуальмсть работа Возрастающая интенсивность воздушных перевозок усложняет задачи решаемые службами управления • воздушного движения (УВД) по обеспечено требований безопасности полетов экономии энергетических ресурсов и высокой регулярности полетов в любое время суток.

Все это неразрывно связано с использованием технических средств обеспечения всепогодной посадки и возможностей сложного маневрирования в зоне аэродрома

С широким внедрением микропроцессорной техники и с реализацией сложных алгоритмов обработки сигналов стало возможно в зоне аэродрома создание единого комплекса посадки, навигации и наблюдения в' режиме автоматического зависимого наблюдения (АЭН).

Существующая концепция построения комплекса АЭН с использованием спутниковых каналов связи иэ-эа возникновения проблем с временными задержками информации непозволяет полностью пер>даести на нее функции связи и вынуждает искать нетрадиционные каналы передачи данных.

Одним из яерапективиюс направлений решения данной порблемы является комплексша использование стандартизованного даяьномерного оборудования ДМЕ/Р, входящего п микроволновую систему посадки которое и»з0Т некоторый запас информативности для передачи дополнительной информации.

Определение местоположения воздушного судна (ВС) в зоне аэродрома с точность» отвечающей современным требованиям, повытет эф- , феотивность всего комплекса АЭН, Среди бол. лого многообразия радиотехнических средств определения координат на борту ЕС особое место занимают спутиикмыэ радионавигационные системы (СРНС), которые обладает глобальностью действия и возможностью интеграции с другими авиационными системами, что делает СРНС неотемлемой частью на б а -$е которой возможно построение наиболее перспективных комплексов работающих а зоне аэродрома.

Использование дифференциального режима работы СРШ и дополнительной информации о дальности от аппаратуры ЛМЕ/Р и высотомара

позволяет получить необходимую точность местоопределения ВС для создания комплекса АЭН, работающего в зоне аэродрома.

В этой овяэи в работе решается актуальная научная задача по совместимости штатного режима работы аппаратуры ДМЕ/Р с функцией передачи координатной инфорк-'-зции системы АЭН и дифференциальной по- . правкл приемоиндикатору СРНС, которая реализуется раэр соткой еда- ■ ной модели системы АЭН на базе1 СРНС с каналом передачи информации в системе ДМЕ/Р и коиндексированием данных СРНС, ДМЕ/Р и высотомера.

Работа проводилась в соответствии с планом проведения научных исследований МИИГА темы 19-85 и 19-88 и Московского конструкторского бюро "КОМПАС" (ОКР "Поправка") в интересах МГА и МАЕ

Цель и задачи исследования. Основная цель работы - разработка

методов и требований к дополнительным устройствам дальномерного оборудования ДМЕ/Р при комплексном использовании ее в*системе автоматического зависимого наблюдения. Оценка воздействия дополнительных сигналов внутри системы на эффективность ее работы при эксплуатации воздушных судов. Исследование и обоснование путей использования высококачественной радионавигационной информации СРНС, ДМЕ/Р и высотомера для местоопределения ВС в зоне аэродрома.

Для достижения поставленной цели необходимо было последова-.1 тельно решить следующие задачи:

1. Провести анализ организации структуры АЭН в зоне аэродрома с использованием аппаратуры МЦЗ и СРНС.

2. Разработать способ расширения информационных возможностей системы ДМЕ/Р с определением состава, объема и темпа обновления дополнительной информации для организации системы АЭН в зоне аэродрома.

3. Разработь тактико-технические требования и технические решения для организации канала связи "борт-земля" в системе АЭЕ

4. Проанализировать изменения в сообщениях и возможности реализации канала связи "борт-земля" при создание системы АЭЕ

5. Исследовать методы построения канала связи в для передачи дифференциальной поправки СРНС.

6. Определить основные функции и предложить технические решения к дополнительной аппаратуре кодирования и декодирования данных дифференциальной поправки при передачи в система ДМ;«'?.

7. ¡<";.гЛз?е7м анализ погрешностей местоопределения ВС с ислоль-

зоваиием аппаратуры СРНС для создания АЭН в зоне аэродрома.

8. Разработать обобщенную имитационную модель системы АЭН на базе СРНЗ с каналом передачи информации по ДИЕ/Р и комплексирования данных для получения повышенной тог .сти определения ¡координат ВС

в зоне аэродрома

9. Провести исследований по оценке погрешностей местоопределе-ния ВС при комплексировании данных о дальности получаемой аппаратурой ДМБ Р и кооидинатами ВС от СРНС, работают^ в дифференциальном режиме.

10. Исследовать эффективность алгоритмов комплексирования данных получаемых приемоинджатором СРНЗ с данными барометрического высотомера при организации АЭН в зоне аэродрома

Методы исследования. При решении перечисленных задач в работе, использованы прикладные методы теории вероятностей, теории случайных потоков, теории фильтрации, вычислительной математики и имитационного маделирования.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Определена струл-гура организации автоматического зависимого наблюдения в зоне аэродрома для обеспечения полетов с различной интенсивностью воздушного движения.

2. Исследована возможность и обоснована целесообразность использования радиодаяьномерного канала ДМЕ/Р для организации . связи "борт-земля" системы АЭН в зоне аэродрома.

3. Исследована возможность использования ра:.:лодаль номерного канала ДМЕ/Р для передачи и приема, дифференциальных поправок, прие-моиндикатору СРНС.

4. ^аны рекомендации по технической реализации расширения ин-' формационной возможности канала передачи данных в системе ДМЕ/Р.

5. Поведен анализ и исследованы оценки погрешностей мероопределения ВС а зоне азродрома при комплексировании данных получаемых на борту от аппаратуры СРНС, ДМЕ/Р и барометрического высотомега.

Практическая ценность работы. Шлучеиные в работе результаты

ПОЗВОЛЯЕТ: ■ ,.. '■.- ., -

1. Использовать радиодальномерное оборудование помимо своей основной функции для создания дополнительного канала связи "борт-эемля-Оорт" е целью организации системы АЭН в зоне азродрома.

2. При условии реализации системы АЭН в зоне азродрома выпол-

ценной на базе приэмоиндикатора СРШ и ДНЕ/Р повысить точность мес-тоопределения ВС путем ввода дифференциального режима работы СРШ и комплексирования данных СРНЗ, ДМЕ/Р и барометрического высотомера.

3. Выбрать наиболее оптимальные алгоритмы вторичной обработки принимаемой дополнительной информации для систем СРШ и ДМЕ/Р а зависимости от требований к точности ыестоопределения ВС и их динамических характеристик.

На защиту выносится;

1. Научно-техническое обоснование организации системы АЭН -аоне аэродрома на основе систем СРШ и MLS,

2. Способ расширения возможностей системы ДМЕ/Р при передачи данных в автоматической системе зависимого наблюдения.

3. Алгоритм создания имитационной модели системы АЭН выполненной на базе лриемоиндикатора СРШ с каналом передачи данных в ДМ2 р.

4. Рекомендации по выбору алгоритма обработки сигналов дифференциальной поправки в аппаратуре ДЫЕ/Р.

6. Алгоритм комплексирования данных прйемоиндикатора СРШ с данными получаемыми на борту аппаратурой ДИЕ/Р, работающей в агатном режиме и данными барометрического высотомера при оценке погрешностей мэстоопределения ВС в зоне аэродрома. .

Реализация результатов работа Полученные в диссертационной работе результаты внедрены: в НИР, проводимых в МИИГА,"Исследование по расширению функций микроволновой системы посадки в части определения азимута в пределах 360 гр. "(тема 19-86),"Рекомендации по использованию радиопеленгаторов микросекундных импульсов с их обеспечением. "(тема 10-88) и в Московском конструкторском бюро "КОМПАС" (ОКР "Поправка") "СоэдйШэ комплекса измерения дифференциальных параметров радионавигационных систем", что подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы

докладывались и обсуждались на: Всесоюзной научно-технической конференции "Прблемы совершенствования прцессов технической эксплуатации авиационной техники, инженерно-авиационного обеспечения полетов", Москва, МИИГА, 1й88 г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы соверяепствоьаиия радиоэлектронных комплексов и систем о&естчвния полетов", Киев, КНИГА, 1889 г.; внутривувовской научно-технической конференции КНИГА "Обеспечение безопасности и экономич-

- 7 - -

ности воздушного транспорта", Москва, МИИГА, 1991 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликов&мо 12 печат-, ных работ.

Структура и обьем работы.. $дссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, списка использованных источнит ко.. (04 наименования) и приложений. Материалы диссертационной работы изложены на 173 страницах, включая 27 рисунков, .11 таблиц и 3 приложений на 29 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, сформирована цель и основные задачи исследования, приведена структура изложения материала диссертационной работы по разделам.

1. Анализ перспективных радионавигационных средств обеспечения управления воздушным движением в эоне аэродрома.

Стандартным средством наведения ВС при заходе на посадку в настоящее время является курсоглисездная радиомаячная система 1ЬБ, длительное время обеспечивающая регулярность полетов в сложных метеоусловиях. Однако принципы построения системы не позволяют решить такие важные для современной авиации задачи, как выбор оптимальных траекторий для предпосадочного маневра в широкой рабочей эоне. Поэтому в результате досконального изучения предложен!«* Международная эргашгаация гражданской авиации (1САО) выбрала новый стандарт сиоте-посадки М5 со сканирующем лучем ТЯЗВ и утвердила его как единую зистему посадки во всем мира после 2010 года. В состав системы МБ' зшшчено существующее оборудование измерения расстояния типа ДМБ. Зоарэменное развитие цифровой и вычислительной техники нашло свое «рамвние в новой аппаратуре ДМЕ/Р, прошедшей испытания и показав-вей хорошие результаты.

Маневры ВС в зон* аэродрома во многом зависят от ааронавигаци->югой обстановки и наличия бортовых и наземных радионавигационных ;редств, развитие которых привели к созданию бодывого многообразия вдекгронйых компрексов и многофункциональных систем. Проведенный шализ оснащения бортового оборудования средствами навигации и их

точностных характеристик показал, что наиболее перспективным является комплекс состоящий из приемоиндикатора СРШ, высотомера и аппаратуры посадки ДМЕ/Р.

При внедрении GPHC и MLS станет возможна реализация оптимальных схем захода на посадку, а от технических средств УВД потребуется выполнения следующих функций:

- сбор и первичная обработка информации о местоположении ВС;

- определение оптимального времени посадки ВС и назначение им соответствующих траекторий захода на посадку;

- контроль за движением по плановым траекториям;

- обнаружение конфликтных ситуаций;

- передача команд по устранению канфликтнмх ситуаций.

, Всем перечисленным требованиям отвечает автоматическая система зависимого наблюдения, которой в последнее время уделяется первостепенное значение. Перенос существующей концепции построения АЭН на зону аэродрома связан с трудностями возникающими при передачи информации от ВС. Использование спутниковых каналов связи приводит к большим временным задержкам, связанным с очередностью и протоколами обмена. Всвяэи с втим возникает необходимость искать нетрадиционные каналы связи в сбьемах с участвующих систем..

Качество выполнения функций посадки, навигации и УВД полностью зависит от таких характеристик как: зона наблюдения, точность, пропускная способность, достоверность и инадежность, поэтому при объединении систем СРШ и №13 для построения на их основе системы АЭН в зоне аэродрома необходимо подробно остановиться на этих основных характеристиках и путях их реализации.

Зона наблюдения систем полностью совпадает и охватывает всю зону полетов ВС, а также обеспечивается наблюдение вблизи поверхности' земли, где система M-S легко решает проблему контроля на конечном участке захода на посадку. В этом случае точность координатной информации будет определяться точностью измерения координат на борту ВС. Избыточность образующаяся при комвлексировании CFHC и fcLS позволяет использовать дальномерный канал MLS в качестве линии связи"борт-земля"для передачи навигационной информации в систему УД) В первом приближении возможно реализовать путем введения в эап-рсслый сигнал ДНЕ третгего импульса, временное положение которого кодирует координаты ВС. Таким образом, возможное использование канчда ДМ8/Р в MLS является рациональным вариантом передачи инфэр-

- я - ,

мации с борта на землю для целей УВД, если позволяет его пропускная способность. .

Пропускная способность канала связи по числу обслуживаемых ВС) определена техническими решениями лдаии связи и очевидно, что использование в качестве линии передачи данных (ЛПД) дальнимерного ка ала MS приведет к снижению его пропускной способности . Однако ; высокая пропускная способность системы ДМЕ Р. 100 ВО, позволяет организовать такую ЛЦД в аэропортах со средней интенсивностью ЬЗэдуш-ного движения (ИВД). Кроме того, в ML3 для каждого направления посадки на одной ВПП используется свое дальномерное оборудование, 1 совмещенное с подсистемой азимута. Зто позволяет решить проблему пропускной способности системы ДЭН при построении ЛЦД на базе ДМЕ Р, путем использования одного неработающего при данном направлении по-, садки радиомаяка ДМЕ, для дешифрирования координатной информации поступающей от ВС.

Показатели достоверности контроля, такие как вероятность правильного обнаружения конфликтной ситуации и вероятность ложной тревоги с использованием средств навигации построенных на MLS и 'СРНС значительно выше точности средств радиолокационного контроля и следовательно они будут иметь существенное преимущество в части достоверности контроля захода на посадку.

Надежность работы системы в зоне аэродрома должна быть такая, что при отказе любого из средств навигации остался заданный уровень безопасности. Система же АЭН характеризуется тем, что отказ одного из средств, автоматически ведет к отказу другого. Однако система контроля за ВС построенная на базе MLS по своей надежности превосходит систему посадочных радиолокаторов, а ее вкономическая эффективность значительно выше. В отличие от MS, которая имеет глубокий внутренний контроль, контроль СРНС обеспечивается контрольными станциями отстоящими в ряде случаев на очень большом расстоянии от аэродрома. Наиболее рациональным вариантом построения системы контроля СРНС является установка вблизи ВПП приемника СРНС и сравнение его координат с координатами измеряемыми СРНС. Таким образом анализ измеряемых навигационных параметров и характер их изменения дает возможность обнаружить отказы и выделить дифференциальные поправки на ионосферное распространение радиоволн. Передача этих поправок может осуществляться также по радиодальномерному каналу, что полно-

- 10 -

лит охватить всю зону аэродрома средней ИБД.

Проведенный анализ перспективных радионавигационных средств определил основные элементы комплекса АЭН работавшего в зоне аэродрома, в который должны входить:

- спутниковая радионавигационная система с бортовым приемоин-дикатором СРНС;

- наземный приемник СРНС с выделением дифференциаль. поправки;

- система bLS с каналом передачи данных системы Д ¿/? .

Предварительный анализ пропускной способности системы ДОГ Р

при передачи дополнительной координатной информации ВС и дифференциальной поправки СРНС, дает основание для отдельного рассмотрения структуры построения АЭН в зависимости от ИРЦ в зоне аэродрома.

Минимальные требования имеются при некатегорированной посадке на равнинных аэродромах МВД. Пилот выходя на высоту принятий решения имеет достаточно времени для оценки обстановки, поэтому требования к инструментальной системе захода на посадку в части обслуживания и целостности информации не предъявляются. В таких аэропортах УВД может осуществляться посредством речевой связи, и оснащение ВО простейшим приемником СРНС обеспечит некатегорированный заход на посадку до высоты принятия решения.

Аэродромы категорированной посадки выдвигают свои требования в части повышения точностных характеристик и обеспечения целостности навигационной информации. Здесь введение в структуру АЭН дифференциальных поправок может обеспечить не только контроль точности информации СРНС, ни и ее целостность. Такая информация может обеспечить заход на посадку в горизонтальной плоскости. В вертикальной плоскости необходима ¿гломестная подсистема посадки MLS. В атом случае для передачи дифференциальных поправок мажно использовать канал передачи данных MLS с ограничением сектором -40 от оси ВПП.

Внедрение СРНС и предусмотренный планом ICA0 переход всех аэропортов со средней ИВД на MLS автоматически создает систему АЭН в зоне аэродрома с основными элементами приведенными на рис. 1.

Ограниченная прпускная способность системы АЭН построенной с ЛЦД на баз» ОДЕ Р и сложность организации воздушного движения при высокой ИВД требует иного построения системы АЭН. Эдзсь возможно использование ЛПД на базе системы вторичной радиолокации (ВРЛ). В то»? время целесообразно сохранить ражим АЭН рассмотренный выае,

- и - ,

Структурная схема построения системы автоматического зависимого наблюдения в зоне аэродрома со средней

Рис. 1.

в связи с ограниченостыо зоны действия ВРЛ вблизи поверхности земли.

Проведенный анализ перспективных радионавигационных, средств обеспечения УВД в зоне аэродрома позволил определить цели и направления исследований по повыше нот точности местоопределения ВС.

2. Расширение функции системы ДМВ Р с целью организации систе-ш автоматического зависимого наблюдения в зоне аэродрома.

Применение специальной аппаратуры связи работающей только в зоне аэродрома для передачи координатной информации с борта ВС ив^г фективно и удорожает систему. Вариант совмещения оборудования наиболее предпочтителен. Если будет использована система АЭН совмещенная с системой MLS, то в первую очередь необходимо рассмотреть использование соответствующей аппаратуры этой системы посадки.

Существуют глубокие проработки и экспериментальный данные о

возможности neperлчи дополнительной информации по дальиомерному каналу ДМЕ. Е о широко известные радионавигационные системы ОLS, DAS, TACAN и 1NCL , а также предложения с использованием асинхронно-адресного способа передачи данных, принятого в радиосети ИНФРА синхнонно-адресного и синхронно-ассоциативного способов организации канала связи "борт-земли". Г ов«денный анализ методов передачи координатной информации по каналу ДМЕ показал, что создание ЛПД для системы АЭН возможно, а с введением нового варианта аппаратуры ДНЕ Р требуется дополнительные исследования в части пропускной способности системы.

Состав сообщений передаваемых с помощью спутниковь. систем связи iССС) для АЭН имеет большой обьем а разл-чный состав информации, отвечающий требованиям ICAO и FANS. С внедрением M-S планируется сокращение времени присутствия ВС в зоне аэродрома, а это в свою очередь приводит к выбору оптимального обьема , состава и периода обновления информации необходимой для передачи в центр УВД, Имея основную информацию передаваемую через ССС в центре обработки для местоопределения ВС необходимо в первую очередь получить координаты о временной привязкой расчета этих парачетров на борту. Другие сообщения по каналу ЛЦД передавать нецелесообразно.

Чтобы дискретность передачи информации не влияла на качество динамического процесса в контуре самолетовождения необходимо иметь частоту передачи не ниже полосы пропускания контура управления полетом. В автоматическом режиме современных ВС рекомендуется обновлять информацию с учетом прпусков сигнала около 5 Гц. Обшцй минимальный обьем координатной информации с возможными сокращениями обусловленными огранич нием пространственным объемом зоны аэродрома и временем присутствия ВС определен в 44 бита.

Для осущесвленич передачи координатной информации выбрана трех-импульсная кодовая последовательность, у которой все кодовые интервалы между импульсами удалены от кодовых интервалов используемых в каналах ДЫЕ/Р, ато 33 и 15 мкс. Приманено временное кодирование с дискретностью положения трехимпульсных посылок через 1 икс., что позволило передавать информацию с частотой повторения 8 Гц,

В диссертационной каботе предлагается вариант использования ал -ратурн ДМЕ/Р для решения задачи УВД в плане создания канала с*нчи "Гюрт-эемля" без изменения принципа работы эаприсчика и радио-

- 13 - '

маяка ДЫЕ/Р. Для оценки эффективности системы и тактике-технических характеристик исследовано воздействие потока запретных сигналов внутри системн, которая должна выполнять дополнительные функции. В качестве метода исследования хара еристик системы вубран метод имитационного моделирования.

Веотемлемой частью исследования качества востановления траекторию: измерений в системе АЭН при передачи данных по каналу ДМЕ/Р для целей УВД и всего навигационного комплекса является вопрем имитации полета ВС. Поэтому в работе рассмотрена модель с имитацией движения ВС в зоне аэродрома и передачей по каналу связи ДУЕ/Р изменяющиеся значений координ&г. В модели параметры движения описываются диффузионным марковским процессом, удовлетваряпцим система стахостических дифференциальных уравнений

ТГ

Яри этой состав ляодие вектора моделируются

система координат, мов имеют вид

о t о 'Ум О о о е о о о о

в геоцентрической Матрицы коэффициентов сноса и интенсивности шу -

г»

о &

о о

О 1

о

О о о

о *

// =

о

о о о

9

О о

о о

о О О

о О

о в

о 9

о

0

о

*

В дискретном виде стахостическов уравнение для моделирования

XI,*! в ■+ П1 где = Цп^ пь ПуЦг - последовательность независимых

случайных векторов с нулевзлш математически»™ ожиданиями и корреляционной глтрицей £ (т-ЫЗ Ме#р £?т(т-х)'] ¿Т , а Ф* (Рт) - переходная матрица. Так как прог^с флуктуации ВС достаточно медленный период дискретизации много меньше времени корреляции флуктуации скорости ВС, то

I-

" 1 ■ О

о о

о »

о

о с

О г. б

о

г»

где ух , Ху . У г ' параметры имеющие смысл постоянных врр мени флуктуация ВС в напрзя лнении соответствующих осей: Т - период дискретизации.

о

- 14 -

Матрица интекеивностей возмущения имеет вид * - ААТ"1 о о о п

О»

¿I1

у

о о о о

V

н*т г

о о

о

С

МП: г о

о

о

АуГ1-^ *

ь У

о

о о

о у"

МеГ

г.

Параметры интенсивности возмущений ) б"^ равны

^ * П ; ^ = 'л

где - соответствующие значения спектральной плотности;

- величины обратно-пропорц. постоян. времени флуктуаций.

Для различных типов ВО б/; = 1-2Б м/с и /с - 0,01-0,05 1/с.

Таким образом алгоритм имитации движения ВС в зоне аэродрома Имеет следующие втапы !

- вычисление географических координат ВС для данного момента времени ;

- вычисление флукгуационных ошибок в рамкох .модели;

- вычисление географических координат с учетом ошибок пилотирования;

- вычисление ошибок управляющих параметров движения.

Система ДМЕ / Р имеет свои особенности с основными техническими

характеристиками, которые также были учтены при моделировании штатного режима работы и создания канала передачи дополнительной информации "бопт-эемля".

Отправными точками генерации запросных импульсов была взята группа неразличимых и- статистически однородных точек с распределением Пуассона. Тогда на выходе ответчика ДМЕ/Р получен временной интервал между выходными импульсами равный

I

А

¿ПХ 1С +■ -у

где

* - ^гч ♦ Уп

*ип

интенсивность потока;

* Равному распределенные случайные числа в интервале от О до 1; У - количество Ш в зоне ззродрома;

о

о

- 15 -

- интервал между к и К-1 выходными импульс, парами;

7з - период повторения запросных имп. от i-го ВС;

7>»i» - период повтор, хаотической имп. последовательности.

При этом учитывалось:

- формат сигнала ДМЕ Р с параметрами Тгя =36 мкс. =42 мкс;

- канал Y с наибольшими системными помехами;

- воб^ляция частоты запрсных импульсов до 50Jó;

- критерий режима работы радиодальномера ; *

- работа схемы приоритета ответчика ДМЕ/Р ;

- ограничения по пропускной способности радиомаяка, до 2790 ;

- начальные условия 5% эапросчиков находится в режиме поиска.

Так как заприсный поток от ВС нестационарен , было взято изменяющееся количество эапросчиков от 10 до 100.

Реальное время работы имитационной модели составило б минут, что оказалось достаточным для выявления особенностей работы системы в штатном режиме и при передаче координатной информации.

В результате имитационного моделирования системы ДМЕ/Р с каналом гвяэи "борт-эемля" эффективность при выбранном формате сигнала уменьшилась до 0,7-0,75 , что допустимо для надежной работы радиодальномеров в штатном режиме.

3. Рекомендации по использованию информационного канала системы ДМЕ/Р с целью организации дифференциального

режима работы приемоиндикатора СРНР.

В треттей главе диссертации рассмотрены вопросы организации дифференциального режима работы приемоиндикатора СРЙС с передачей корректирующей информации по каналу связи "земля-борт".

Существует возможность использовать сигналы DPSK MLS для передачи дифференциальных поправок с помощью формата вспомогательных данных, передава®шх в последовательности М*1, обьемом более 200 бит информации. При этом имеются ограничения по зоне приема такого сигнала сектором наведения *40*от оси ВПП, что неприемлемо для системы АЭН, но возможно использовать на заключительном этапе посадки.

Круговой диаграммой направленности и необходимым радиусом действия обладает радиодальномериая система ДМЕ/Р. Поскольку в ?ряе действия радиомаяка соотношение с/ш выше 20 дБ, характеристики обнаружения сигналов в виде импульсной кодовой посылки будут весьма

высоки и могут достигать величины более 0,899 при вероятности ложной тревоги 10-', что обеспечит высокую надежность неискаженной передачи. Каналы сообщений в системе ДМЕ/Р разнесены, что позволяет использовать для передачи корректирующей информации такую жв импульсную посылку, что и при передачи координат, с интервалами между импульсами 33 и 15

Проведенный анализ существующих методов коррекции показал, что для зоны аэродрома наиболее приемлемым по дальности действия и объему передаваемой информации, является метод коррекции координат, который ке требует вмешательства в алгоритмы работы приемоиндикатора СРНС. ¡Ъзтому на Сорт ВС необходимо передать состав выбранного созвездия, зто номера 4 ИСЭ, а также пятого резервного, который войдет в зону видимости после выхода очередного. Корректирующая информация (КИ) должна состоять из трех поправок к координатам и времени полученных расчетных значений этих поправок на земле. Обьем передаваемой информации тогда составит 51 бит и передача одного сообщения с дискретностью ВИЫ 1 мкс. займет около 9 мс.

В плане уменьшения внутрисистемных помех и увеличения числа обслуживаемых ВС, находящихся в зоне приема , наиволее выгодным вариантом следует считать передачу поправок начиная с пауз между сигналами опознавания, но вместе с тем для получения КИ на борту ВС сразу после его входа в ьсшу аэродрома следует сократить период передачи КИ до 5 секунд, что дает возможность подучить период обновления информации с втим ке временем.

Для оценки эффективности системы и влияния канала связи "земля-Сорт" при передачи КИ была использована разработанная ранее имитационная модель радиоканала ДМЕ/Р. При имитации работы схема приоритета радиомаяка была изменена и трехкмпульсные пачки КИ имели приоритет только над импульсами канала 1А. Реальное время работы модели составило 5 минут.

Полученные значения эффективности системы ДМЕ/Р при выбранных параметрах и объеме информации совместно с передачей координатной информации показало ее снижение на 2-3£и возможность создания системы АЭН в зоне аэродрома с одновременной организацией дифференциального режима работы приемоиндикатора СРЙС.

В диссертационной работе давы технические предложения по реализации аппаратуры кодирования и декодировании КИ. Гфи этом бортовую

аппаратуру необходимо дополнить отдельным формирователем сигналов дифференциальной поправки, а остальные функции обработки возложить на микропроцессорный комплекс ДМЕ/Р. Предлагается алгоритм обработки КИ, включающий в себя поиск и захват сигналов, их измерение , сглаживание и работу по памяти.

4, ^следование влияния избыточности измерительной информации и комплексирования данных на точность местоодределения ВС в зоне аэродрома.

В четвертой главе диссертационной работы роведен анализ погреа-ностей местоопределения ВС в зоне аэродрома с помощью приемонндкка-тора СРГО ГЛОНАСС и показано, что учесть все факторы оказывающие влияние на точность характеристик местоопределения можно лишь путем имитационного моделирования. При этом необходимо моделировать космическую систему CPHD, приеыоиндикатор и условия распространения радиоволн. Создание модели оценки погрешностей определения координат было произведено путем решения задачи апределения географических коог тинат ВС по четырем измеренным значениям псевдодальности, что приводит к решению следующих подзадач:

- имитация космического сектора СРНС;

- выбор оптимального созвездия ИСЭ;

- имитация первичной обработки псевдодальностей до ИСЭ созв.;

- имитация вторичной обработки и определение навиг. параметр. При этом под высотой ВС, определяемой в приемоиндикаторе подразумевалась высота над уровнем общеземного злипсоида Красовского.

Алгоритм решения навигационной задачи в общем виде:

Х(п) * Х(п-<) *■ б(», П-1) 0-1) ,

V(») 5 ?С»-1) * S(n, n-ij о

где К и 9 - вектор координат и составляющих скорости!

Од и ¡V векторы иевязок иелду измеренными И расчетными значениями навигационного параметра!

^ <Г(«,П'1) « Ит,(п,п~1)

Н ~ матрица направляющих тстусоь.

Далее для каждого ИСЭ из выбранно? четверки рупчиты^итсЯ параметры необходимые для моделирования ошибок псевдовальности, а Пг порченным ошибкам расчитываются ошибки координат ВС.

Aj-H^d

где ах »J х„, уп, г J} - вектор ошибок определения координат;

-¿р, -вР,,. т - вектор ошибок определения

лй - 11ар4 ,ор3 , ч>у II псевдодальностей.

Аналогично моделируются погрешности измерения составляющих скорости

«V = Н" л vp

Оценки координат и составляющих скорости ВС вычисляются как:

х - х ; v = v где х и v -векторы истинных значений координат и составл. скор.

Работа имитационной модели осуществлялась для следующих условий: - космический сектор СРНС ГЛОНАСС содержит 24 ИСЭ, расположенных на трех орбитальных плоскостях, отстоящих друг от друга на 120* и по 8 ИСЭ равномерно распределенных в каждой орбитальной плоскости;

' - минимально допустимый угол мести ИСЭ, который обусловлен резким ухудшением отношения с ш при уменьшении угла возвышения ИСЭ, принят равным 10 гр.

Для штатного режима работы системы СРНС получено распределение числа ИСЭ находящихся в зоне видимости ВС, что соответствует с вероятностью 0,33 7-8 ИСЭ при геометрическом факторе 2. Среднеквадра-тическое отклонение (СКО) погрешности определения местоположения ВС для различных параметров динамики полета ВС при флуктуации скорости 2-10 и/Ь можгт меняться в пределах 30-150 м.

Рассмотрен вопрос повышения функциональной надежности и улучшения навигационных характеристик путем комплексирования данных с другими навигационными датчиками. Дая оценки точностных характеристик полученных в зоне аэродрома рассмотрен вопрос комплексирования данных СРШ с данными о дальности получаемых на борту от аппаратуры ДМЕ Р. Алгоритм решения этой нав. рационной задачи сводится к измерению значения псевдодальности до 4 ИСЭ и дополнительной rd получаемой от ДМЕ Р. Система линейных уравнений в матричной форме равна:

дх - ( H*f'«2 С

где +z = //г, -г, ,rt-rt ,г,-vs ,rv-i; ,rd-rct |1 - вектор разности измеренных и счисляемых значений псевдодальности по 4 ИСЭ и ДМЕ/Р;

° х - ¡1 х-х ,у-у ,z-2 ,т-с II- вектор поправок к определенным

координатам и времени.

( Н')"' - псевдообралцэнная матрица Н. В результате моделирования оценки точностных характерисик >*?стоапредедения ВС с комплексированием данных СРНЗ и ДМЕ/Р при

флуктуации скорости ВС 5 ц/с получены значения СКО погрешности местоопределения 65-80 м в зависимости от дальности до ВПП при значении СКО погрешности местоопределения СРНС 90 м и среднего значения географического фактора 1,9.

В зоне аэродрома для увеличения точности местоопределения ВС представляет интерес комллексирования данных СРНС с высотомером. Для этого были рассмотрены два независимых измерения высоты: Н срнс - Н + ni и Нб - Н + ¿H + п2 где Н -истинное значение высоты полета;

л Я -разность барометрической и геометрической высоты; ni и п2 - гаусовские случайные величины, шумы измерения, С учетом этих двух измерений оценка высоты полета будет:

Н - Kl Н срнс + к2 ( Нб - ) где к1 и к2 - коэффициенты удовлетворяющие несмещенную оценку щ K1 + к2 - 1 ;

Н - оценка разности, которая должна^быть полечена в процессе фильтрации, при этомо Н » Нб - Н . Предполагаем, что смещение случайно и описывается диффузионным Гауссовским марковским процессом, удовлетворяющим стахостическому дифференциальному уравнению в дискретном виде: ан * 1 ) - «Н <Y ) + Т п„ 1 +«<Т 1 +«<Т где ntf - последовательность независимых гауссовских случайных чисел ( для ВМ-15 СКО эа счет атмосферных возмущений равно 40 м )•, 1/<* - постоянная времени измерения разности барометрической и геометрической высоты. Тогда для процесса наблюдения и измерения поправки высоты получим алгоритм Калыановской фильтрации #

А Н (п - аН (У +1 ) + к /ш - Н - ли (У+1 )\ 1 1 +»<Т J

где • к - коэффициент усиления фильтра.

С учетом полученных выражений было проведено имитационное моделирование алгоритма комллексирования данных СРНС и высотомера для местоопределения по трем ИСЭ и барометрической высоте. Дня СКО флуктуации скорости ВС 5/4 с СКО погрешности местоопределения составило 100-150 м, что значительно хуже чем измерение координат по 4 ЧГЪ . Использование режима измерения координат ВС по 4 ИСЭ с дифференци-

альным режимом СРНС и комплексированием данных высотомера СКО погрешности местоопределения составило 30-45 м. Использование еше и алгоритма камплексирования данных о дальности от ДМЕ/Р уменьшает СКО погрешности измерения координат до величины 20-35 ы.

Заключение и выводы

Основные результаты работы сводятся к следующему

1. На основании проведенного анализа требований, предъявляемых к радиотехническим системам обслуживания воздушного движения в зоне аэродрома показано, что в зависимости от интенсивности воздушного движения и категории посадки зги требования определяют, при сохранении приемственности и наращивании, три вида комплекса радиотехнического оборудования.

2. При организации системы автоматического зависимого наблюдения в зоне аэродрома со средней интенсивностью воздушного движения а комплекс должны входить система посадки и датчик навигационной информации спутниковой радионавигационной системы работающий в дифференциальном режиме.

3. Для реализации системы автоматического зависимого наблюдения в зоне аэродрома в качестве канала связи рациональным образом выбран дальномерный канал системы ДМЕ/Р, а при ее комплексной эксплуатации исследован вопрос передачи дифференциальной поправки по каналу "земля-борт".

4. Определен обьем, состав информации и форматы сигналов для передачи дополнительной информации по каналу "борт-эемля-борт" в радиодальномерной системе ДМЕ/Р.

б. Предложено техническое руление по передаче координатной информации ВС по каналу связи системы ДМЕ/Р и приему дифференциальной поправки бортовым радиодальномером.

6. Разработана имитационная модель ради© анала передачи данных на базе аппаратуры ДМЕ/Р.

7. Проведен анализ основных погрешностей при определениии местоположения ВС приемоиндикатором СРШ, учитывающий шумовую погрешность приема, оценки приращения псевдодальности, ошибки расчета координат и измерения составляющих скорости.

8. Разработано дополнение к пакету программ имитационной молили приемоиндикатора СРНС используемого для целей исследования

- 21 -

возможности его использования в системе АЭН.

9. Разработан алгоритм решения навигационной задачи мссуо^кг;^-деменяя ВС в зоне аэродрома приемокндикатором CPНС с комгглек.':Иро.?г*-нием данных о дальности получаемых от аппаратуры ДМЕ/Р.

10. Проведено исследование эффективности алгоритмов ксмплвизирования данных спутниковой радионавигационной системы с данными барометрического высотомера при организации в зоне аэродрома системы автоматического зависимого наблюдения.

Результаты полученные в работе позволяют сделать следующие выводы:

1. Предложенный алгоритм имитационной модели создания системы автоматического зависимого наблюдения на базе системы СРНС ГЛОНАСС о радиоканалом передачи данных радиодальномерной системы ДМЕ/Р и проведенные исследования информационных потоков "борт-эемля-борт" показали, что для УВД в зависимости от интенсивности воздушного движения требуется три вида комплекса радиотехнического оборудования с различным обьемом аппаратуры системы посадки MLS и СРНС.

2. Исследования показали целесообразность комплексного использования радиодальномерного канала ДМЕ/Р в качестве канала связи для передачи координатной информации ВС в зоне аэродрома и дифференциальной поправки приемоиндикатору СРНС при выбранном формате сигнала и обьеме информации.

3. Влияние мешающих воздействий при создании канала связи в системе ДМЕ/Р приводит к уменьшению эффективности системы до 0,7 , в канале У с наибольшими системными помехами и с оптимальной частотой повторения координатной информации 8 Гц, а дифферанциагьной поправки через 5 с. ,что позволяет системе ДОЕ/Р обслуживать до 100 ВС,

4. Проведенный анализ алгоритмов работы бортовой аппаратуры по передаче и приему дополнительной информации дает основание говорить о незначительны;, доработках в аппаратной части радиодальномера и возможности использовать программное обеспечение с увеличенным обьемом памяти микропроцессорного комплекса системы ДМЕ/Р.

5. Разработанный алгоритм решения навигационной задачи мест— определения ВС в зоне аэродрома приемокндикатором СРЯС с чомллекси-рованием данных о дальности от аппаратуры ДМЕ/Р дает повышение точ ности определения координат на 5-25% , в яаяиоимост« от дальности полета ВС до взлетно-посадочной полосы.

б. Использование данных барометрического высотомера в качестве дополнительной информации при комплексировании с данными приемоинди-катора СРНС работающего по 4 ИСЭ создает точность местоопределения ВС в эрне аэродрома порядка 45-70 м .

7| Работа приемоиндикатора СРНС ГЛОНАСС в дифференциальном режиме с комплексировзнием данных о дальности от радиодальномера ДМЕ/Р и данных барометрического высотомера, при выбранных алгоритмах, позволяет получить среднеквадратическое отклонение погрешности измерения при создании системы автоматического зависимого наблюдения порядка 20-35 м .

в. Проведенные исследования показали возможность использования приемоиндикатора СРНС с поддержкой данных от радиодальномера, ДМЕ/Р и барометрического высотомера в качестве основного навигационного датчика определяющего местоположения ВС в зоне аэродрома до входа в зону пропорционального наведения.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Шпонкмн ЕЕ .Екимова Е.С. Оценка технического аффекта при расширении информационных возможностей радиотехнической системы передачи информации. В кн. Техническая эксплуатация радиоэлектронного оборудования и радиообеспэчение полетов. -М.: ШИТА, 1987. -с. 158-165.

2. Шпонкин а Н. Способ передачи информации по каналу системы ДМЕ. Отчет по НИР тема 19-85. Исследование по расширению функций микроволновой системы посадки в части определения азимута в пределах 360 гр. МИИГА; Руководители А. А. Кузнецов, Е С. Уваров. - гр. 01850 068165;- Ы., 1987. - 185 С.

а Шпонкин а Н. Радиотехническое обеспечение посадки комплексной системой на базе ДМЕ. В кн. Теория и практика совершенствования радиообеспечения полетов. -Ы. г МИИГА, 1988.-с 52-57.

4. Шпонкин Е К , Камэолова С. Г. Еортовоцй измеритель азимута в системе ДМЕ. В кн. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. Проблемы совершенствования прцессов технической эксплуатации авиационной техники, инженерно-авиационного обеспечения полетов в условиях ускорения научно-технического процесса - U.: МИИГА, 1988. С. 82.

5. Шпонкин Е Н. Использование азимутальной информации системы

ДУЕ для посадки на МВД В кн. Теэнсы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. Проблемы совершенствования прцессов технической эксплуатации авиационной техники, инженерно-авиационного обеспечения полетов в условиях ускорения научно-технического процесса. -1МИЙГА, 1988. с. 94.

6. ИЬюнкия Е Е Исследование внутрисистемных помех в канале передачи дополнительной информации системы ДМБ/Р. Отчет по НИР тема 19-88. Рекомендации поиспользованию радиопеленгаторов микросекундных импульсов с их обеспечением. ШИТА; Научный руководитель А. А. Кузнецов.- гр. 018800320008 ;-«., 1088. -209 с.

7. Камзолова С. Р., Шпонкин Е Я, Алгоритм приема азимутальной информацт! в системе ДЫЕ/р. В кн. Совершенствование радиоэлектронных систем ГА и прцессов их технической эксплуатации. -U.: ЫИИГА, 1989. О. 94-99.

8. Шпонкин Е Е , Титов А. Е Моделирование информационных потоков ответчика ДЫЕ Р. В кн. Совершенствование радиоэлектронных систем ГА и процессов их технической эксплуатации.-Ы.:НИИГЛ, 1689. с. 110-115.

9. Шпонкин B.R Оптимальная обработка азимутальной информации для передачи по каналу связи в систем ДНЕ. В кн. Теория и практика радиоэлектронных устройств ГА и эксплуатация прцессов их технического обслуживания. -IL: ШИТА, 1989. с. 77-82.

10. Шюикин ВН. Исследование возможностей канала связи системы ДМЕ/Р в плане передачи дифференциальных поправок. Отчет по ОКР.шифр "Поправка". Создание комплекса измерения дифференциальных параметров радионавигационных систем. URS "Компас". ГЪд ред. Зайцева А. Е - гр. 456-266 21.02.89. - И., 1989. -307 С.

11. ШПонкия ЕЕ Расширение технических возможностей системы ДМЕ/Р при эксплуатации воздушных судов. В кя. Тезисы докладов па Всесоюзной научно-технической конференции. Проблемы совершенствования радиоэле изданных комплексов и систем обеспечения полетов. - Киев.- КНИГА, 1989. с. 27.

12. Шонкин ЕЕ Средства наблюдения, навигации и посадки в зоне аэродрома с использованием аппаратуры ДМЕ/Р. В кн. Радиотехнические устройства и системы ГА. -14: МИ$!ГА, 1990. с. 107-¿11.