автореферат диссертации по транспорту, 05.22.13, диссертация на тему:Разработка методов контроля высоты полета воздушных судов при управлении воздушным движением в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования

На правах рукописи

ПРЯХИН Борис Сергеевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ВЫСОТЫ ПОЛЕТА ВОЗДУШНЫХ СУДОВ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ В УСЛОВИЯХ СОКРАЩЕННЫХ НОРМ ВЕРТИКАЛЬНОГО ЭШЕЛОНИРОВАНИЯ

Специальность 05.22.13 - Навигация и управление воздушным движением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2009

003473537

Работа выполнена на кафедре «Авиационных радиоэлектронных систем» Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет гражданской авиации».

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Черняков Михаил Владимирович Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Самохин Алексей Васильевич

кандидат технических наук, доцент Пригонюк Николай Дмитриевич

Ведущая организация:

Защита состоится «_»

диссертационного совета Д.223.011.01 при Московском государственном техническом университете гражданской авиации по адресу: 125993, г. Москва, А-493, ГСП - 3, Кронштадтский бульвар, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА.

Автореферат разослан « S » 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д.223.011.01 заслуженный работник высшего профессионального образования РФ, ^

доктор технических наук, профессор С.К. Камзолов

ФГУП ГосНИИ «Аэронавигация»

2009 г. в на заседании

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Важными задачами, решаемыми в гражданской авиации, являются повышение экономичности и регулярности воздушного движения при обеспечении заданного уровня безопасности. Однако желание пользователей воздушного пространства летать по кратчайшим (ортодромиче-ским) маршрутам наталкивается на ограничение, связанное с допустимой по условиям безопасности плотностью воздушного движения на самых экономичных эшелонах полета (выше 8100 м), на которых в настоящее время в России применяется-минимум вертикального эшелонирования 500 м. Разработка и внедрение нового, более точного, бортового и наземного оборудования для выдерживания и контроля заданной барометрической высоты полета, необходимого для введения сокращенного минимума вертикального эшелонирования (НУБМ) 300 м в диапазоне высот 8100 - 12300 м, позволит увеличить пропускную способность воздушных трасс путем ввода шести дополнительных эшелонов полета.

В Постановлении Межведомственной комиссии по использованию воздушного пространства Российской Федерации от 16 сентября 1999 г. было принято решение о проведении работ по обеспечению внедрения сокращенных норм вертикального эшелонирования с ноября 2004 г.

Согласно руководящим документам Международной организации гражданской авиации (ИКАО) неотъемлемой частью программы по сокращению норм вертикального эшелонирования является контроль показателей безопасности полетов при их внедрении и последующем использовании. Независимый контроль должен включать комплекс процедур, предусматривающих измерение геометрических высот полета воздушных судов (ВС) при помощи наземной системы контроля высоты полета (НСКВП) и сравнение их с геометрическими высотами разрешенных эшелонов. При этом совместное среднее квадратичное отклонение погрешности измерения геометрической высоты полета ВС и геометрической высоты эшелона не должно превышать 15 м (50 фут).

Одна из главных причин, препятствующих введению сокращенных норм вертикального эшелонирования в России - отсутствие НСКВП, отвечающей требованиям ИКАО - определяет актуальность исследования путей создания такой системы, включая разработку методов и алгоритмов высокоточного определения координат и высоты полета ВС.

Невозможность измерения геометрической высоты полета ВС используемыми в настоящее время для управления воздушным движением (УВД) в России средствами наблюдения за воздушной обстановкой - однопозиционными двухкоординатными радиолокационными станциями (РЛС) и недостаточная точность существующих датчиков, применяемых в таких системах, придают особую важность исследованиям, нацеленным на создание НСКВП на базе многопозиционной радиолокационной системы (МПРЛС), использующей сигналы системы вторичной радиолокации (ВРЛ) на уровне первичной обработки информации. Исследований, посвященных статистическому синтезу и анализу таких алгоритмов, до настоящего времени не проводилось.

Таким образом, задача разработки методов контроля высоты полета ВС, обусловленная важностью и нерешенностью проблемы контроля показателей безопасности полетов при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования в России, и отсутствием комплексных исследований алгоритмических аспектов создания НСКВП, а именно этим проблемам посвящена диссертационная работа, является актуальной научной и прикладной задачей, имеющей важное хозяйственное значение.

Целью диссертационной работы является разработка методов контроля высоты полета ВС, обеспечивающих соблюдение заданного уровня безопасности полетов при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования.

Поставленная цель достигается путем решения следующих основных задач:

• анализа требований ИКАО, предъявляемых к системам контроля выдерживания высоты полета ВС при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования;

• обоснования принципа построения и состава НСКВП;

• синтеза субоптимальных алгоритмов, позволяющих определять координаты и высоту полета ВС в соответствии с требованиями ИКАО по точности;

• разработки статистической имитационной модели НСКВП для количественной оценки характеристик качества её функционирования;

• расчета потенциальных и фактически достижимых характеристик точности НСКВП.

Методы исследований. При решении перечисленных задач применялись методы марковской теории оценивания случайных процессов. Также были использованы положения теории вероятностей и случайных процессов, теории сложных сигналов, методы математической статистики и математического моделирования.

На защиту выносятся следующие научные положения и результаты:

• методы контроля высоты полета ВС при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования;

• структурная схема НСКВП, позволяющей определять пространственные координаты ВС с точностью, отвечающей требованиям ИКАО;

• статистическая имитационная модель НСКВП для оценки качества её функционирования;

• характеристики точности НСКВП.

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

• разработаны методы контроля высоты полета ВС при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования, основанные на использовании многопозиционной обработки радиосигналов системы ВРЛ на уровне первичной обработки информации;

• предложена НСКВП для определения пространственных координат ВС

при независимом контроле средств вертикального эшелонирования, использующая корреляционную обработку сигналов системы ВРЛ;

• разработана статистическая имитационная модель НСКВП, позволяющая производить количественную оценку её потенциальных и фактически достижимых характеристик точности.

Практическая значимость работы состоит в том, что:

• полученные результаты могут быть использованы при создании НСКВП, необходимой при реализации программы по сокращению норм вертикального эшелонирования в России, а также трехкоординатной МПРЛС для УВД; '

• разработанные методы позволяют оценивать характеристики средств вертикального эшелонирования и бортового ответчика системы ВРЛ;

• методика исследования потенциальных и фактически достижимых характеристик качества функционирования НСКВП может быть использована при обосновании тактико-технических требований к МПРЛС для УВД.

Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы использованы ОАО «НПО «ЛЭМЗ» в ОКР «Рейс-2000», Управлением заказов и поставок авиационной техники и вооружения в ТТЗ на ОКР по созданию подсистем наблюдения за воздушной обстановкой и управления воздушным движением, ВА ВКО им. Г.К. Жукова в учебном процессе, а также в/ч 18353 при выполнении НИР «Дециан-08».

Апробация результатов. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на XXXIV военно-научной конференции во 2 ЦНИИ МО РФ (Тверь, 2008 г.), НГС в 24 НЭИУ МО РФ, межкафедральных семинарах и НТС в МГТУГА.

Публикация результатов. Основные результаты диссертации опубликованы в шести статьях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения и библиографического списка использованной литературы. Общий объем рукописи составляет 111 страниц, включает 50 рисунков, 12 таблиц. Библиографический список содержит 33 источника.

Содержание работы

Первый раздел посвящен вопросам контроля выдерживания высоты полета ВС при внедрении сокращенных норм вертикального эшелонирования. Рассмотрены технические требования к характеристикам выдерживания высоты полета; проведен анализ составляющих погрешностей, а также возможностей современных барометрических высотомеров; определены роль и место контроля высоты полета ВС в УВД; представлены технические требования, предъявляемые к НСКВП.

Для обоснования решения о возможности сокращения норм вертикального эшелонирования в ИКАО используются количественные методы оценки риска столкновений ВС в вертикальной плоскости. Уровень риска, который считается приемлемым, называется установленным уровнем безопасности (ТЬБ). Для обеспечения ТЬБ ИКАО были разработаны:

- требования к характеристикам летной годности, включенные в сводные технические требования к минимальным характеристикам бортовых систем (МАБРв) всех ВС, использующих сокращенные нормы вертикального эшелонирования;

- новые эксплуатационные правила полетов в воздушном пространстве с сокращенными нормами вертикального эшелонирования;

- комплексный метод контроля безопасной эксплуатации системы организации воздушного движения (ОрВД) в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования.

Современные электронные высотомеры типа ВБЭ: ВБЭ-1, ВБЭ-2А, ВБЭ-2Б и система воздушных сигналов ВБЭ-СВС, а также приборы типа ВБЭ-ЦМ с цветным матричным экраном: ВБЭ-1-ЦМ, ВБЭ-2А-ЦМ, ВБЭ-2Б-ЦМ, ВБЭ-2В-ЦМ и ВБЭ-СВС-ЦМ, созданные на основе вибрационно-частотных датчиков давления, соответствуют требованиям МАБРБ. Основные характеристики этих приборов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Выходная информация Диапазон, м Погрешность, и

Высота абсолютная (Набс) -503 ... 15240 ± 4,6 (при На6с =-503) до ± 24,4 (при На6с =15240)

Высота относительная (Нотн) 0... 15240 ±6,1 (при НоТН =0) до ± 24,4 (при Н,™ =15240)

Согласно руководству по применению минимума вертикального эшелонирования 300 м (Doc ИКАО 9574) обязательной проверке при введении и использовании сокращенных норм вертикального эшелонирования подлежат погрешность выдерживания ВС абсолютной высоты (AAD), погрешность системы измерения высоты (ASE) и суммарная ошибка по высоте (TVE), что проиллюстрировано на рис. 1.

Рис.1

Измерение ТУЕ должно осуществляться посредством определения геометрической высоты полета ВС Нгеом. фМТ. и расчета на этот же момент времени

геометрической высоты разрешенного эшелона Нгеом. эш.. Разность этих высот дает величину TVE.

Значение AAD определяется как разность высоты полета, передаваемой бортовым ответчиком системы ВРЛ в режиме С или режиме S (поле АС) Heap, врл и заданной барометрической высоты Нбар. эш.> соответствующей эшелону полета.

Под ASE понимается разность абсолютной высоты на индикаторе высотомера Н&Ф. св. при условии правильной установки барометрического давления на высотомере, и барометрической высоты, соответствующей невозмущенному окружающему давлению Нбар.фает,-

Для поддержания требуемого уровня безопасности полетов имеет большое значение своевременное выявление ВС, не соблюдающих требования по выдерживанию высоты полета в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования. Используемые критерии для их определения заключаются в следующем:

|TVE| >90м;

¡ASE) > 75 м;

¡AAD¡ > 90 м.

Важными элементами системы контроля, связанного с применением сокращенных норм вертикального эшелонирования, являются НСКВП. Они принимают сигналы бортовых ответчиков системы ВРЛ (в режимах А и S), на основе которых рассчитывается положение ВС в пространстве. На основе метеорологической информации и данных системы ВРЛ о барометрической высоте полета (в режимах С и S) осуществляется измерение TVE, AAD и ASE.

В соответствии с эксплуатационными требованиями ИКАО, а также основываясь на характеристиках используемой в Европе системы VERA-HME, НСКВП должна обеспечивать:

- работу в автоматическом режиме в зоне действия, имеющей форму цилиндра диаметром 56 км, ограниченного снизу и сверху эшелонами 290 и 410 соответственно;

- измерение в горизонтальном и прямолинейном полете более 37 км в зоне действия системы геометрической высоты с нулевым математическим ожиданием и средним квадратическим отклонением не более 7,5 м, а также планар-ных координат ВС со средним квадратическим отклонением не более 15 м;

- прием данных о расчетной геометрической высоте используемых эшелонов полета между эшелонами 290 и 410;

- регистрацию геометрической высоты полета ВС и эшелона;

- прием данных об адресе ВС и значений барометрической высоты, передаваемых бортовым ответчиком системы ВРЛ;

- определение TVE, AAD и ASE;

- выдачу "предупреждения" при превышении заранее установленных значений TVE, ASE или AAD;

- регистрацию всех данных в формате, удобном для последующего анализа.

Во втором разделе рассматриваются вопросы применения многопозиционных систем наблюдения для УВД; обосновывается многопозиционный принцип построения НСКВП с использованием сигналов системы ВРЛ и псевдо-дальномерного метода определения координат и высоты полета ВС; для обеспечения точности НСКВП, соответствующей требованиям ИКАО выполняется синтез субоптимальных алгоритмов определения координат и высоты полета ВС на уровне первичной обработки информации, в соответствии с которыми разрабатывается структурная схема многопозиционной системы приема сигналов и обработки информации в НСКВП.

В настоящее время для получения информации о ВС, находящихся в воздушном пространстве, контролируемом диспетчерской службой центров ОрВД, широко используется система ВРЛ. Она состоит из двух элементов - наземного радиолокатора и бортового ответчика. Принцип работы системы ВРЛ не предусматривает измерение геометрической высоты полета ВС.

Невозможность измерения геометрической высоты полета ВС эксплуатируемыми в настоящее время в России средствами наблюдения за воздушной обстановкой - однопозиционными вторичными обзорными радиолокаторами, а также недостаточная точность существующих датчиков, применяемых в таких системах придают особую важность исследованиям по созданию НСКВП на базе МПРЛС, использующей сишалы системы ВРЛ на уровне первичной обработки информации.

Прием и совместная обработка сигнала, излученного бортовым ответчиком системы ВРЛ, несколькими разнесенными в пространстве приемными позициями позволяют не только улучшить точность измерения координат по сравнению с вторичными обзорными радиолокаторами, применяемыми в системе ОрВД, но и определять геометрическую высоту полета ВС.

Предложенные в диссертационной работе алгоритмы определения планар-ных координат и геометрической высоты полета ВС основаны на применении псевдодальномерного метода.

Под суммарной псевдодальностъю от ВС до передающих и приемных позиций понимают измеренную суммарную дальность до этих позиций, отличающуюся от истинной суммарной дальности на неизвестную, но постоянную за время локации величину Ш. В измерениях суммарной дальности в системе ВРЛ случайная составляющая <И вызвана нестабильностью задержки ответа в бортовом ответчике.

Решение системы уравнений с четырьмя неизвестными (три пространственные координаты и величина <5й) требует измерения как минимум четырех суммарных псевдодальностей "передающая позиция - ВС - приемная позиция".

Измерение доплеровских частот в МПРЛС позволяет получить полный вектор скорости ВС, а также повысить точность определения его пространственного положения за счет информационной избыточности. Для системы ВРЛ целесообразно использование псевдорадиально-скоростного метода, позволяющего определять вектор скорости ВС при наличии неизвестного смещения частоты сигнала А<э, вызванного нестабильностью задающего генератора бортового ответчика. Измеренное значение радиальной скорости или псевдоради-

альную скорость можно представить в виде суммы истинной радиальной скорости и неизвестной величины, пропорциональной смещению частоты Асо. Для нахождения вектора скорости ВС и смещения частоты Дсо необходимо произвести измерения как минимум в четырех приемных позициях.

Анализ зарубежного опыта разработки, особенностей и преимуществ МПРЛС показал, что для достижения высоких точностных характеристик при сравнительно невысокой стоимости в НСКВП целесообразно применить объединение информации на уровне единичных замеров и корпоративный прием сигналов с использованием некогерентного алгоритма при приеме и обработке радиосигналов. Для таких МПРЛС рациональны двухэтапные алгоритмы обработки информации, в которых на первом этапе оценивают параметры принятых сигналов, а на втором - эти оценки объединяют и формируют результирующий единичный замер - оценки координат (и их производных) в единой для МПРЛС системе координат.

Предлагаемая НСКВП включает в себя разнесенные в пространстве пять наземных приемных станций (НПС), обрабатывающих ответные радиосигналы бортового ответчика, центральную позицию (ЦП), а также линии передачи дан-

------сигналы наземного запросчика системы ВРЛ

......- сигналы бортового ответчика система ВРЛ

...............- сигналы обмена информацией и синхронизации между ЦП и НПС

Рис. 2

Запросчик системы ВРЛ расположен на ЦП, там же размещается одна из НПС. Между ЦП и каждой НПС по линиям передачи данных осуществляется обмен информацией, в том числе и для обеспечения их синхронной работы в едином системном времени.

Для согласования шкал времени ЦП и НПС предлагается использование системы синхронизации, основанной на запросном методе с применением фа-зокодоманипулированных сигналов с большой базой. Такая система позволяет измерять рассогласования шкал времени каждой НПС относительно ЦП для их дальнейшей обработки.

Для определения пространственного положения ВС в НСКВП используются сигналы бортового ответчика дискретно-адресной системы ВРЛ режима Б, содержащие информацию об адресе ВС.

Наблюдение на входе /-й НПС может быть представлено в виде:

6(0 = ^,У;) + я,(0> (!)

где 1=1 , 2 , ..., I - число наземных приемных станций; 5,(<,У()- полезный дискретно-непрерывный сигнал бортового ответчика; - стационарный белый гауссовский шум (БГШ) наблюдения; У, =[йа,Дю1]т - вектор параметров радиосигнала (ПРС), непосредственно определяющих радиосигнал на входе ¡'-й НПС; с1а - суммарная псевдодальность по направлениям ЦП - ВС и ВС - г'-я НПС, включающая в себя случайную величину Ш, вызванную нестабильностью задержки ответа в бортовом ответчике; Да, - уход частоты сигнала 5,(<,У,) за счет нестабильности частоты задающего генератора бортового ответчика Асобо и эффекта Доплера.

Случайные изменения суммарной псевдодальности могут быть выражены дифференциальным уравнением:

= + 5*^,(0, «(*,) = <5/0. (2)

где ия(0 - формирующий БГШ; ¡5 - характеризует ширину спектра флуктуа-ций процесса М (?); сг^ - стационарное значение дисперсии.

Уход частоты Д <э5О(0, обусловленный нестабильностью задающего генератора бортового ответчика, может быть представлен дифференциальным уравнением:

Д©и(0 = -гАюда(0 + л/27°'Л(0. Дю£0(?0) = До£00, (3)

где иш(<) - независимый формирующий БГШ; у - параметр, характеризующий ширину спектра флуктуаций частот задающего генератора бортового ответчика; (ег^ )2 - дисперсия флуктуаций частоты задающего генератора бортового ответчика.

Динамика изменения параметров движения ВС на отдельных этапах полета (включая полет по трассе, поворот и смену эшелона) задается системой уравнений:

г(»0) = г0;

УМ=А(г), У(О=У0; (4)

где г = [х,г,ИУ - радиус-вектор местоположения ВС; V = [Ух, Уг, У^ и А = [ах, аг, аЛ Р - векторы проекций земной скорости и ускорения ВС на оси прямоугольной системы координат; 14, (г) - вектор формирующих БГШ; а] -дисперсия флуктуации ускорения; а - коэффициент, определяемый видом маневра и аэродинамическими характеристиками ВС.

С учетом вышесказанного определяется вектор состояния:

Хт(г)=[гт,Ут,Ат, ЬшюМ\. (5)

Вектор Х(?) представляет собой многокомпонентный диффузионный марковский процесс, который для простоты предполагается гауссовским и описывается векторно-матричным стохастическим дифференциальным уравнением:

Х(г) = ЕХ(0 + СЩ Х(фХ0, (6)

где = "^(о]1 _ вектор формирующих БГШ; Р, С - известные матрицы состояния и возмущения.

Связь векторов ПРС (() с компонентами вектора состояния может быть представлена в виде:

¥,(/) = Ь,{Х(/)}, (7)

где Ь({*} - известная в общем случае нелинейная векторная функция, явный вид которой для рассматриваемого случая определяется функциональными зависимостями:

¿а = ЦдДХЮ} = |г - г0| + ]г - г#| + <И,

/ОЛ

Лгу, = Ьд {Х(0}=Лй,о--К,тУ,

' с

где г0 = [х0, 20, и г, = [х,, г,, hlJ - радиус-векторы местоположения ЦП и /'-й

г — Г-

НПС соответственно; К, =.-^ - вектор направляющих косинусов, значения

1г~г/|

которого на интервале времени, равном периоду повторения ответных сигналов Т, с приемлемой точностью можно считать постоянными.

Так как наблюдения производятся в дискретные моменты времени с периодом повторения Т, то вектор состояния (6) может быть представлен в виде статистически эквивалентного разностного уравнения:

х(0= (9)

где Ф^^.г,,) и Г^Л,) - переходные матрицы состояния и возмущения; 1Ч(/Ы) - вектор-столбец независимых гауссовских случайных величин.

Таким образом, для создания НСКВП, удовлетворяющей требованиям ИКАО по точности, использующей сигналы системы ВРЛ на уровне первичной обработки информации, постановку задачи синтеза алгоритмов определения координат и высоты полета ВС можно сформулировать следующим образом: имея априорные сведения о векторе состояния Х(г) (6) и располагая наблюде-

ниями (1), требуется определить оценку вектора состояния Х'(г), оптимальную по критерию минимума средней квадратической ошибки.

При синтезе алгоритмов первичной обработки информации в НСКВП используется подход, при котором дискриминатор каждой НПС разрабатывается применительно к своему частному пространству состояний, определяемому векторами ПРС г = 1,/. В то же время учитываются все функциональные

связи Ь/ между частными векторами У, (Г) и общим вектором состояния Х(г), что позволяет сформировать алгоритмы первичной обработки информации со структурно раздельной первичной обработкой сигналов.

Оптимальные алгоритмы для формирования оценок векторов ПРС У,'л0), ¡ = 1,1, на этапе обработки радиосигналов мотуг быть получены путем решения уравнения Стратоновича для апостериорной плотности вероятности оцениваемых процессов. Однако реализация таких алгоритмов затруднена. Поэтому целесообразно применять более простые (субоптимальные) алгоритмы обработки сигналов бортового ответчика, синтез которых производится с использованием метода гауссовской аппроксимации апостериорной плотности вероятности.

Возможность применения данного метода в рассматриваемой задаче обусловлена обоснованным упрощением моделей оцениваемых процессов, суть которого заключается в описании динамики векторов ПРС У, (О на полуинтервалах [/Ц,г,4+Д()с (г, г4+1), соответствующих областям возможных для данного тактового интервала положений принятого 1-й НПС сигнала бортового ответчика, квазислучайным процессом:

где - известная векторная функция своих аргументов и А, « Т.

При этом субоптимальные в гауссовском приближении первого порядка алгоритмы обработки наблюдений £,(')> где 1 = 1,...,/ на временных полуинтервалах [/(4, ¿(;1+Д(), полученные на основе решения соответствующего уравнения Стратоновича на этапе обработки радиосигналов, применительно к одной НПС могут быть представлены в виде:

ХЩ'и + д,)= Хл + + + АД 0°)

^ЬМО-Ф'Д',.* + *,)}"'. О1)

т' гу*ч _ дЬ^Х^)

где У'к = X* - оценка вектора состояния в момент времени форми-

руемая в результате совместной обработки оценок ПРС + Д,);

К, А,) - матрица центральных моментов второго порядка ошибок

фильтрации компонент вектора ПРС; матрица центральных моментов вто-

poro порядка ошибок фильтрации компонент вектора состояния, которые имеют место в результате совместной обработки наблюдений Y*+ Д,); Ф,((1к +Л() и Ф"(tlk + Д,) - первая и вторая производные логарифма функционала правдоподобия (ЛФП) по вектору ПРС.

Рассматривая далее оценки Y('(íi 4jíí t + А,.) в качестве наблюдений, осуществляется разработка алгоритмов оптимального дискретного оценивания значений компонент вектора состояния Х(/). Реализация этих алгоритмов, по сути, является второй ступенью обработки информации.

При отношениях сигнал/шум на входах НПС q, »1, характерных для системы ВРЛ, применив метод гауссовской аппроксимации, оценки Y'(tlk\tlt + А,) можно представить в виде:

Х'С/Ж* + Л'Х» -RftA* + + +4)Ф:„(',* +Af), (12)

где Eu = L((Xt)-L,(X¡) - вектор ошибок оценивания компонент вектора ПРС;

к + А,) — матрица сигнальных составляющих вторых производных ЛФП; Ф|,((/( t+Д() - вектор шумовых составляющих первых производных ЛФП с нулевым математическим ожиданием и матрицей центральных моментов второго порядка:

D )(/„ +Д,.) = Л/|ф'11,(/а +Д,.)Ф'„Лга +Af)}.

После разложения нелинейных функции ЬДХ,) в ряд Тейлора в окрестности точки Х'к, учитывая только линейные члены разложения, совокупность рассматриваемых наблюдений может быть представлена в виде:

St+1=BwXt+Dw + F1+IN„ (13)

где St+1 = ¡O,Jíu + Д,),...,Y;T(í/Jt|íí t + Д,)]Т;

N4=[N1Tt)...,N/l]T;

Bt+I, DJ+1, rt+1 - блочные матрицы, полученные из уравнения (12) при объединении оценок Y(*(í(i]/a + Д(), / = 1,7, в совокупность наблюдений. N1A,...,Nft - векторы независимых случайных гауссовских величин.

Полученные алгоритмы оптимального дискретного оценивания значений компонент вектора состояния по наблюдениям (13), имеют вид:

К* =ф„х; +Ккм[зы -Bwx; - D J (14)

- оценка вектора состояния;

(15)

- матрица коэффициентов усиления;

к»,, = [фАФ1 + ГЛ]-К1+1[ФЯ[К4В1+1]т (16)

- матрица центральных апостериорных моментов второго порядка; Фи и Г, - фундаментальная матрица и переходная матрица возмущения соответственно, удовлетворяющие уравнению (9).

Структурная схема синтезированной в соответствии с полученными алгоритмами многопозиционной системы приема сигналов и обработки информа-

В составе структурной схемы можно выделить ЦП, НПС и линии передачи данных. НПС включает в себя следующие элементы: приемное устройство сигналов ответа (ПРМ СО), блок синхронизации (БС), генератор тактовых импульсов (ГШ) и многомерный дискриминатор, состоящий из устройства формирования опорных сигналов (УФОС), умножителей, интеграторов и блока вычисления производных логарифма функционала правдоподобия (БВПЛФП). ЦП включает в себя передатчик сигналов запроса (ПРД СЗ), БС, блок обработки данных (БОД) и блоки обработки сигналов наземных приемных станций (БОСНПС). Каждый БОСНПС состоит из блока вычисления ПРС (БВПРС), блока вычисления весовых коэффициентов (БВВК), умножителя и сумматора.

Третий раздел посвящен оценке качества функционирования методов контроля высоты полета ВС при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования. С этой целью разрабатывается статистическая имитационная модель НСКВП, при помощи которой рассчитываются её потенциальные и фактически достижимые характеристики точности.

Для обоснованного принятия решения о целесообразности практического использования разработанных методов контроля высоты полета ВС при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования и соответствии

НСКВП требованиям ИКАО важным является количественный расчет фактически достижимых характеристик точности системы контроля.

В работе предложено исследование фактических характеристик качества функционирования системы путем имитационного моделирования синтезированных алгоритмов на основе статистических эквивалентов для сигналов на выходах дискриминаторов. Такой подход позволяет избежать сложности моделирования алгоритмов на несущей частоте радиосигналов и в то же время дает возможность учитывать явления, связанные с нелинейной динамикой следящих систем.

В соответствии с этим методом для расчета ошибок оценивания вектора состояния в алгоритмах используются действительные модели наблюдаемых и оцениваемых процессов, которые, в силу изменения текущих условий функционирования, могут отличаться от расчетных моделей. Пусть при этом действительные модели наблюдаемых и оцениваемых процессов имеют вид

+ (17)

Хд1+.=Ф«Хд,+ГяГ*д<, (18)

где пл (г) - БГШ со следующими известными статистическими характеристиками:

Л/к(0} = О, МКСКС-Г)} = (ВД<5(г); Фвд нГд- переходные матрицы состояния и возмущения; ]МД11 - вектор-столбец независимых гауссовских случайных величин с нулевыми математическими ожиданиями и единичными дисперсиями.

Индекс д в этих выражениях и далее означает "действительное".

Подставив выражение (18) в (14), можно получить уравнение для фактической оценки вектора состояния X* 4+1. При этом фактическая ошибка оценивания вычисляется в соответствии с формулой:

Ед*+1 = Хд*+1 ~Хд*+Г 09)

Наиболее трудоемким при расчете фактических ошибок оценивания компонент вектора состояния с использованием полной статистической модели является определение действительных значений первых и вторых производных ЛФП Ф)д(/и+Д,) и Ф/д(',д + А,) при использовании действительных моделей наблюдений (17), так как оно предусматривает моделирование на высокой частоте.

Поэтому целесообразно упрощение, заключающееся в замене многомерного дискриминатора статистическим эквивалентом. Это соответствует представлению первой производной ЛФП в статистически эквивалентной форме

+л>г(^1,Ем)+г1да+1, (20)

где Ей4 = Ь,(Хд4) - Ь,.(Х* ¿) - фактические ошибки оценивания вектора ПРС; г(,м>Еш) - многомерная дискриминационная характеристика (сигнальная составляющая первой производной ЛФП + Д,)); Г„ - нижняя треугольная

матрица, определяющая флуктуационную составляющую первой производной ЛФП Фп,д('а + А,); N,,4^, - вектор-столбец независимых гауссовских случайных величин с нулевыми математическими ожиданиями и единичными дисперсиями.

Статистически эквивалентное представление второй производной ЛФП имеет вид

+ д/>й + д,) + , (21) где Ф + Д,) - сигнальная составляющая второй производной ЛФП; 1Ч2а+] - матрица независимых гауссовских случайных величин с нулевьми математическими ожиданиями и единичными дисперсиями; Г2, - матрица, связанная с флуктуационной составляющей второй производной ЛФП Ф < +А,).

Структурная схема статистической имитационной модели НСКВП представлена на рис. 4.

Согласно алгоритму предложенной модели на каждом тактовом интервале необходимо выполнить следующие операции: сформировать действительные значения вектора состояния Хд4, вычислить ошибки оценивания компонент вектора ПРС Ем, рассчитать значения первой и второй производных ЛФП, найти оценки вектора ПРС V," 4 + Д,) и вектора состояния X*,, а также вычислить фактические ошибки оценивания вектора состояния Ед,+1.

Для исследования характеристик НСКВП проводится моделирование прямолинейного полета ВС на различных эшелонах в зоне её действия. В качестве исходных данных при расчетах используются типовые значения параметров системы ВРЛ.

С использованием статистической имитационной модели НСКВП получены зависимости фактических ошибок оценивания координат и высоты полета от времени для случаев, когда бортовой ответчик отвечает на каждый сигнал запроса и когда есть пропадания сигналов ответа на несколько периодов Г, например, в результате воздействия внутрисистемной помехи.

Как видно из графиков реализаций ошибок оценивания координат и высоты полета ВС, представленных на рис. 5, зависимости носят случайный характер с нулевым средним значением. Максимальные отклонения ошибок оценивания высоты в установившемся режиме составляют примерно ± 3 м, а пленарных координат - примерно ±5м для случая, когда ответ поступает на каждый запросный сигнал. При ответе на каждый десятый запрос эти погрешности возрастают примерно вдвое.

Полученные зависимости средних квадратических ошибок определения координат и высоты полета ВС от времени, представленные на рис. 6, позволяют сделать вывод о том, что НСКВП, разработанная в соответствии с предложенными методами, отвечает требованиям ИКАО по точности.

Рис. 4

Рис. 5 Рис. 6

Заключение

В диссертационной работе на основе проведенного анализа

- требований, предъявляемых к бортовому оборудованию и системам контроля выдерживания высоты полета воздушных судов при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования;

-опыта применения многопозиционных радиолокационных систем при УВД;

- существующих алгоритмов высокоточного определения местоположения воздушных судов с использованием различных многопозиционных систем, включая спутниковые радионавигационные системы;

а также путем

- обоснования и выбора принципа построения наземной системы контроля высоты полета, отвечающей требованиям, установленным документами гражданской авиации,

- синтеза субоптимальных алгоритмов, позволяющих определять координаты и высоту полета воздушных судов в соответствии с требованиями ИКАО по точности,

- разработки статистической имитационной модели наземной системы контроля высоты полета для количественной оценки характеристик качества её функционирования,

- расчета потенциальных и фактически достижимых характеристик точности наземной системы контроля высоты полета

разработаны и исследованы методы контроля высоты полета воздушных судов, обеспечивающие соблюдение заданного уровня безопасности полетов при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования, что соответствует поставленной цели диссертационной работы.

В ходе выполнения работы были получены следующие новые научные результаты:

- разработаны методы контроля высоты полета воздушных судов при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования, основанные на использовании многопозиционной обработки радиосигналов системы ВРЛ на уровне первичной обработки информации;

- предложена наземная система контроля высоты полета для определения пространственных координат воздушных судов при независимом контроле средств вертикального эшелонирования, использующая корреляционную обработку сигналов системы ВРЛ;

-разработана статистическая имитационная модель наземной системы контроля высоты полета, позволяющая производить количественную оценку её потенциальных и фактически достижимых характеристик точности.

Полученные результаты позволяют:

- проводить контроль высоты полета воздушных судов при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования;

- осуществлять практическую разработку наземной системы контроля высоты полета, необходимой при реализации программы по сокращению норм

вертикального эшелонирования в России, а также трехкоординатной многопозиционной радиолокационной системы для УВД;

- оценивать характеристики средств вертикального эшелонирования и бортовых ответчиков системы ВРЛ;

- обосновывать тактико-технические требования к многопозиционным системам наблюдения для УВД.

По содержанию диссертации опубликованы следующие работы:

1. В изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций:

1.1.М.В. Черняков, B.C. Пряхин. Алгоритмы работы наземной системы контроля высоты полета. // Наукоемкие технологии. - 2008. - №3.

1.2. М.В. Черняков, B.C. Пряхин. Многопозиционная обработка сигналов системы вторичной радиолокации для измерения геометрической высоты полета. // Научный Вестник МГТУ ГА, 2008. - №126.

1.3. М.В. Черняков, Б.С. Пряхнн. Контроль выдерживания высоты полета. // Научный Вестник МГТУ ГА, 2009. - №139.

2. В прочих изданиях:

2.1. Б.С. Пряхии. Алгоритмы многопозициониой системы наблюдения для управления воздушным движением. /В сборнике «Материалы XXXIV военно-научной конференции». - Тверь: 2 ЦНИИ МО РФ, 2008.

2.2. Б.С. Пряхин. Алгоритмы наземной системы контроля высоты полета воздушного судна. Научный вестник ГосНИИ "Аэронавигация" №7, серия Проблемы организации воздушного движения. Безопасность полетов. - М.: ФГУП ГосНИИ "Аэронавигация", 2007.

2.3. Г.В. Столяров, Б.С. Пряхин, A.B. Шанин. Применение многопозиционных радиолокационных станций для управления воздушным движением. Научный вестник ГосНИИ "Аэронавигация" №6, серия Проблемы организации воздушного движения. Безопасность полетов. - М.: ФГУП ГосНИИ "Аэронавигация", 2006.

Соискатель

Печать офсетная 1,25 усл.печл.

Подписано в печать 22.05.09 г Формат 60x84/16 Заказ № 812/

1,16уч.-изд. л. Тираж 70 экз.

Московский государственный технический университет ГА 125993 Москва, Кронштадтский бульвар, д. 20 Редакционно-издателъский отдел 125493 Москва, ул. Пулковская, д.ба

© Московский государственный технический университет ГА, 2009

Перечень сокращений.

Введение.б

1. Проблема контроля выдерживания высоты полета воздушным судном.

1.1. Программа по сокращению интервалов вертикального эшелонирования, целесообразность её внедрения.

1.2. Анализ требований, предъявляемых к бортовому оборудованию воздушного судна, доработанному средствами вертикального эшелонирования.

1.2.1. Основные технические требования к характеристикам выдерживания высоты полета.

1.2.2. Погрешности барометрического высотомера.

1.3. Контроль выдерживания высоты полета воздушным судном как важная составляющая программы по сокращению интервалов вертикального эшелонирования

1.4. Анализ требований, предъявляемых к системам контроля выдерживания высоты полета воздушным судном.:.

Выводы по разделу 1.

2. Выбор структуры системы и метода контроля высоты полета воздушного судна.

2.1. Выбор метода определения высоты в наземной системе контроля высоты полета воздушного судна.

2.1.1. Особенности и преимущества многопозиционных радиолокационных систем.

2.1.2. Применение многопозиционных систем наблюдения при управлении воздушным движением.

2.2. Определение состава наземной системы контроля высоты полета воздушного судна

2.3. Решение задачи высокоточного определения пространственных координат воздушного судна в наземной системе контроля высоты полета.

2.3.1. Обоснование выбора метода оптимизации обработки сигналов в наземной системе контроля высоты полета воздушного судна.

2.3.2. Разработка математических моделей полезных сигналов и помех в наземной системе контроля высоты полета воздушного судна.

2.3.3. Решение задачи высокоточного определения пространственных координат воздушного судна путем синтеза субоптимальных алгоритмов первичной обработки информации в наземной системе контроля высоты полета.

Выводы по разделу 2.

3. Оценка качества функционирования, рекомендации по применению наземной системы контроля высоты полета воздушного судна и дальнейшему совершенствованию синтезированных алгоритмов.

3.1. Оценка потенциальных характеристик качества функционирования наземной системы контроля высоты полета воздушного судна.

3.2. Оценка фактически достижимых характеристик качества функционирования наземной системы контроля высоты полета воздушного судна.

3.2.1. Исследование характеристик наземной системы контроля высоты полета воздушного судна с использованием её статистической имитационной модели.

3.2.2. Фактически достижимые характеристики качества функционирования наземной системы контроля высоты полета воздушного судна.

3.3. Рекомендации по применению наземной системы контроля высоты полета воздушного судна при управлении воздушным движением в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования.

Выводы по разделу 3.

Одной из главных задач, решаемых в гражданской авиации, является повышение экономичности и регулярности воздушного движения при обеспечении заданного уровня безопасности. За последние годы в нашей стране большое внимание уделяется экономии энергетических ресурсов, в том числе авиационного топлива. Одним из действенных методов, позволяющих снизить расходы авиационного топлива, является сокращение интервалов вертикального эшелонирования. Увеличение общего количества возможных эшелонов в диапазоне крейсерских высот позволит выполнять полеты на эшелонах более близких к оптимальным с точки зрения расходов авиатоплива, повысить пропускную способность воздушных трасс, а, следовательно, и регулярность авиаперевозок. Более эффективное использование воздушного пространства позволит увеличить коммерческую загрузку воздушных судов (ВС) за счет уменьшения количества заправляемого топлива.

Анализ использования воздушного пространства показал, что наиболее загруженными являются эшелоны полета (ЭП) 290 - 410 на высотах от 8100 до 12300 м, так как на них обеспечивается наиболее экономичный расход топлива.

В соответствии с нормативными документами международной организации гражданской авиации (ИКАО) вертикальное эшелонирование должно осуществляться по показаниям измерителей высоты, использующих барометрический метод.

Применяемый в России в верхнем воздушном пространстве минимум вертикального эшелонирования (VSM) 500 м, а в зарубежных государствах до недавнего времени — 2000 фут (600 м) были приняты в 1960 году на основе технических возможностей ВС и барометрических высотомеров (БВ) того времени [1]. В настоящее время в России и за рубежом разработаны и выпускаются измерители барометрической высоты с существенно улучшенными техническими характеристиками.

Эти обстоятельства обусловили настоятельную необходимость более эффективного использования воздушного пространства путем сокращения норм вертикального эшелонирования выше ЭП 290.

В Постановлении Межведомственной комиссии по использованию воздушного пространства Российской Федерации от 16 сентября 1999 года было принято решение о проведении работ по обеспечению внедрения с ноября 2004 г. сокращенных норм вертикального эшелонирования на высотах выше 8100 м - через 300 м [2].

Необходимым условием введения сокращенных норм вертикального эшелонирования является поддержание или повышение существующего уровня безопасности полетов.

Поэтому контроль выдерживания высоты полета ВС — это неотъемлемая часть данной программы.

В настоящее время контроль эшелонирования ВС на маршрутах воздушных трасс и вне трасс, а также в отведенных зонах района аэродрома осуществляется при помощи системы вторичной радиолокации (ВРЛ), когда значение барометрической высоты, измеренное на борту ВС, передается на наземный радиолокатор. Использование этой системы позволяет выявить погрешности, обусловленные техникой пилотирования (FTE), но не дает возможности проконтролировать погрешности системы измерения высоты (ASE) и суммарную ошибку по высоте (TVE), равную разности фактической барометрической высоты, на которой находится ВС, и заданной барометрической высоты, соответствующей ЭП, подлежащие обязательной проверке при введении и использовании сокращенных норм вертикального эшелонирования.

Рекомендуемый ИКАО метод измерения TVE заключается в сравнении геометрической высоты полета ВС, измеренной с помощью наземной системы контроля высоты полета (НСКВП), с геометрической высотой заданного ЭП, рассчитанной на основе метеорологических данных. При этом совместное среднее квадратичное отклонение погрешности измерения геометрических высот полета ВС и геометрических высот ЭП не должно превышать 15 м [1].

Опыт внедрения сокращенных норм вертикального эшелонирования в Европе показал целесообразность использования в качестве НСКВП многопозиционной радиолокационной системы (МПРЛС), работающей с сигналами бортового ответчика (БО) системы BPJI. В документах ИКАО и Евроконтроля принято название такой системы — HMU -High Measuring Unit.

Одна из главных причин, препятствующих введению сокращенных норм вертикального эшелонирования в России - отсутствие НСКВП, отвечающей требованиям ИКАО -определяет практическую значимость исследования путей создания этой системы, включая разработку методов и алгоритмов высокоточного определения координат и высоты полета ВС.

Невозможность измерения геометрической высоты полета ВС эксплуатируемыми в настоящее время в России средствами наблюдения за воздушной обстановкой - однопо-зиционными двухкоординатными радиолокационными станциями (PJIC), а также недостаточная точность существующих датчиков, применяемых в таких системах придают особую важность исследованиям, нацеленным на создание НСКВП на базе МПРЛС, использующей сигналы системы ВРЛ на уровне первичной обработки информации (ПОИ), что позволяет улучшить качество функционирования самих измерителей.

Таким образом, объектом исследования в диссертационной работе является контроль высоты полета ВС при управлении воздушным движением, а предметом исследований - методы контроля высоты полета ВС при управлении воздушным движением (УВД) в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования, основанные на многопозиционной обработке радиосигналов системы BPJI на уровне ПОИ.

Вопросы обработки сигналов системы BPJI рассматривались в работах [3, 4]. Исследованию МПРЛС, в том числе статистическому синтезу и анализу методов и алгоритмов обработки информации, посвящен ряд работ [5, 6, 7].

Однако, исследование процессов определения координат и высоты полета ВС псевдодальномерным методом в НСКВП и разработка субоптимальных алгоритмов многопозиционной обработки радиосигналов БО системы BPJI на уровне ПОИ до настоящего времени еще не проводились.

Таким образом, задача разработки методов контроля высоты полета ВС, обусловленная важностью и нерешенностью проблемы контроля показателей безопасности полетов при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования в России, и отсутствием комплексных исследований алгоритмических аспектов создания НСКВП, а именно этим проблемам посвящена диссертационная работа, является актуальной научной и прикладной задачей, имеющей важное хозяйственное значение.

Целью диссертационной работы является разработка методов контроля высоты полета ВС, обеспечивающих соблюдение заданного уровня безопасности полетов при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования.

Поставленная цель достигается путем решения следующих основных задач:

- анализа требований ИКАО, предъявляемых к системам контроля выдерживания высоты полета ВС при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования;

- обоснования принципа построения и состава НСКВП;

- синтеза субоптимальных алгоритмов, позволяющих определять координаты и высоту полета ВС в соответствии с требованиями ИКАО по точности;

- разработки статистической имитационной модели НСКВП для количественной оценки характеристик качества её функционирования;

- расчета потенциальных и фактически достижимых характеристик точности НСКВП.

Методы исследований. При решении перечисленных задач применялись методы марковской теории оценивания случайных процессов [8, 9]. Также были использованы положения теории вероятностей и случайных процессов, теории сложных сигналов, методы математической статистики и математического моделирования.

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

- разработаны методы контроля высоты полета ВС при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования, основанные на использовании многопозиционной обработки радиосигналов системы BPJI на уровне первичной обработки информации;

- предложена НСКВП для определения пространственных координат ВС при независимом контроле средств вертикального эшелонирования, использующая корреляционную обработку сигналов системы BPJI;

- разработана статистическая имитационная модель НСКВП, позволяющая производить количественную оценку её потенциальных и фактически достижимых характеристик точности.

Практическая значимость работы состоит в том, что:

- полученные результаты могут быть использованы при создании НСКВП, необходимой при реализации программы по сокращению норм вертикального эшелонирования в России, а также трехкоординатной МПРЛС для УВД;

- разработанные методы позволяют оценивать характеристики средств вертикального эшелонирования и бортового ответчика системы BPJI;

- методика исследования потенциальных и фактически достижимых характеристик качества функционирования НСКВП может быть использована при обосновании тактико-технических требований к МПРЛС для УВД.

Работа состоит из введения, трех разделов, заключения и библиографического списка использованной литературы.

Первый раздел посвящен вопросам контроля выдерживания высоты полета ВС при внедрении сокращенных норм вертикального эшелонирования. Рассмотрены технические требования к характеристикам выдерживания высоты полета; проведен анализ составляющих погрешностей, а также возможностей современных барометрических высотомеров; определены роль и место контроля высоты полета ВС в УВД; представлены технические требования, предъявляемые к НСКВП.

Во втором разделе рассматриваются вопросы применения многопозиционных систем наблюдения для УВД; обосновывается многопозиционный принцип построения НСКВП с использованием сигналов системы ВРЛ и псевдодальномерного метода определения координат и высоты полета ВС; для обеспечения точности НСКВП, соответствующей требованиям ИКАО выполняется синтез субоптимальных алгоритмов определения координат и высоты полета ВС на уровне первичной обработки информации, в соответствии с которыми разрабатывается структурная схема многопозиционной системы приема сигналов и обработки информации в НСКВП.

Третий раздел посвящен оценке качества функционирования методов контроля высоты полета ВС при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования. С этой целью разрабатывается статистическая имитационная модель НСКВП, при помощи которой рассчитываются её потенциальные и фактически достижимые характеристики точности.

На защиту выносятся следующие научные положения и результаты:

- методы контроля высоты полета ВС при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования;

- структурная схема НСКВП, позволяющей определять пространственные координаты ВС с точностью, отвечающей требованиям ИКАО;

- статистическая имитационная модель НСКВП для оценки качества её функционирования;

- характеристики точности НСКВП.

Выводы по разделу 3

1. На основе статистического моделирования сигналов на выходах дискриминаторов разработана имитационная модель наземной системы контроля высоты полета воздушного судна, позволяющая производить количественную оценку фактически достижимых характеристик точности. Такой подход дает возможность избежать сложности статистического моделирования алгоритмов на несущей частоте радиосигналов и не приводит к слишком большим упрощениям.

2. Анализ потенциальных и фактически достижимых характеристик качества функционирования показал, что разработанная наземная система контроля высоты полета отвечает предъявляемым требованиям, которые выражаются в допустимой погрешности измерения пространственных координат воздушного судна. Так, точность определения высоты (среднее квадратичное отклонение) в установившемся режиме составляет примерно 1 метр, а планарных координат - около 2 метров при полете воздушного судна на высотах от 8100 до 12300 м. Требование несмещенности оценки выполняется.

3. Установлено, что измерение высоты с наименьшей погрешностью осуществляется при пролете воздушного судна над центральной позицией системы.

4. Даны рекомендации по практическому применению наземной системы контроля высоты полета воздушного судна и дальнейшему совершенствованию синтезированных субоптимальных алгоритмов.

Заключение

В диссертационной работе на основе проведенного анализа

- требований, предъявляемых к бортовому оборудованию и системам контроля выдерживания высоты полета воздушных судов при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования;

- опыта применения многопозиционных радиолокационных систем при УВД;

- существующих алгоритмов высокоточного определения местоположения воздушных судов с использованием различных многопозиционных систем, включая спутниковые радионавигационные системы; а также путем

- обоснования и выбора принципа построения наземной системы контроля высоты полета, отвечающей требованиям, установленным документами гражданской авиации,

- синтеза субоптимальных алгоритмов, позволяющих определять координаты и высоту полета воздушных судов в соответствии с требованиями ИКАО по точности,

- разработки статистической имитационной модели наземной системы контроля высоты полета для количественной оценки характеристик качества её функционирования,

- расчета потенциальных и фактически достижимых характеристик точности наземной системы контроля высоты полета разработаны и исследованы методы контроля высоты полета воздушных судов, обеспечивающие соблюдение заданного уровня безопасности полетов при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования, что соответствует поставленной цели диссертационной работы.

В ходе выполнения работы были получены следующие новые научные результаты:

- разработаны методы контроля высоты полета воздушных судов при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования, основанные на использовании многопозиционной обработки радиосигналов системы BPJI на уровне первичной обработки информации;

- предложена наземная система контроля высоты полета для определения пространственных координат воздушных судов при независимом контроле средств вертикального эшелонирования, использующая корреляционную обработку сигналов системы BPJI;

-разработана статистическая имитационная модель наземной системы контроля высоты полета, позволяющая производить количественную оценку её потенциальных и фактически достижимых характеристик точности.

Полученные результаты позволяют:

- проводить контроль высоты полета воздушных судов при УВД в условиях сокращенных норм вертикального эшелонирования;

- осуществлять практическую разработку наземной системы контроля высоты полета, необходимой при реализации программы по сокращению норм вертикального эшелонирования в России, а также трехкоординатной многопозиционной радиолокационной системы для УВД;

- оценивать характеристики средств вертикального эшелонирования и бортовых ответчиков системы BPJI;

- обосновывать тактико-технические требования к многопозиционным системам наблюдения для УВД.

Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы использованы ОАО «НПО «ЛЭМЗ» в ОКР «Рейс-2000», Управлением заказов и поставок авиационной техники и вооружения в ТТЗ на ОКР по созданию подсистем наблюдения за воздушной обстановкой и управления воздушным движением, ВА ВКО им. Г.К. Жукова в учебном процессе, а также в/ч 18353 при выполнении НИР «Дециан-08».

Апробация результатов. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на XXXIV военно-научной конференции во 2 ЦНИИ МО РФ (Тверь, 2008 г.), НТС в 24 НЭИУ МО РФ и межкафедральных семинарах в МГТУ ГА.

1. Руководство по применению минимума вертикального эшелонирования в 300 м (1000 фут) между ЭП 290 и ЭП 410 включительно. Изд. второе, Doc 9574 - AN/934, 2002.

2. Постановление №1 Межведомственной комиссии по использованию воздушного пространстваРоссийской Федерации от 16 сентября 1999 г.

3. Крыжановскип Г.А., Черняков М.в. Комплексирование авиационных систем передачиинформации. М.: Транспорт, 1992.-295 с.

4. Радиолокационное оборудование автоматизированных систем управления воздушным движением. / Под ред. А.А. Кузнецова. - М.: Транспорт, 1995. - 344 с.

5. Черняк B.C. Многопозиционная радиолокация. — М.: Радио и связь, 1993. - 416 с.

6. Черняк B.C., Заславский Л.П., Осипов Л.В. Многопозиционные радиолокационныестанции и системы // Зарубежная радиоэлектроника. - 1987. - № 1. - 9 - 69.

7. Кондратьев B.C., Котов А.Ф., Марков Л.Н. Многопозиционные радиотехнические системы. - М.: Радио и связь, 1986. - 264 с.

8. Ярлыков М.С., Миронов М.А. Марковская теория оценивания случайных процессов.М.: Радио и связь, 1993. - 464 с.

9. Браславский Д.А., Логунов С, Пельпор Д.С. Авиационные приборы и автоматы. - М.:Машиностроение, 1978. - 432 с.

10. Приложение к инструкции по проверке барометрического высотомерного оборудования.

12. Технические системы и средства, создаваемые для единой системы организации воздушногодвижения России. Каталог. Изд. Второе, М.: ОАО НИИЭИР, 1998. - 160 с.

13. Б.С. Пряхин. Алгоритмы многопозиционной системы наблюдения для управлениявоздушным движением. /В сборнике «Материалы XXXIV военно-научной конференции». - Тверь. 2 ЦНИИ МО РФ, 2008.

14. Многопозиционная система наблюдения P3D и ее реальное применение в УВД. // НОВОСТИаэронавигации. Международное издание. - 2003. - № 6. — 20 — 26.

15. Авиационная электросвязь. Приложение 10 к конвенции о международной гражданскойавиации. Том IV (системы обзорной радиолокации и предупреждения столкновений). Издание первое тома IV - июль 1995 г.

16. Б.С. Пряхин. Алгоритмы наземной системы контроля высоты полета воздушногосудна. Научный вестник ГосНИИ "Аэронавигация" №7, серия Проблемы организации воздушного движения. Безопасность полетов. - М.: ФГУП ГосНИИ "Аэронавигация", 2007.

17. М.В. Черняков, Б.С. Пряхин. Алгоритмы работы наземной системы контроля высотыполета. // Наукоемкие технологии. - 2008. - № 3. - 81 - 89.

18. М.В. Черняков, Б.С. Пряхин. Многопозиционная обработка сигналов системы вторичной радиолокации для измерения геометрической высоты полета. Научный вестник МГТУ ГА №126, серия Радиофизика и радиотехника. - М.: МГТУ ГА, 2008.

19. Singer R.A. Estimating optimal trackingTmer performance for manned maneuvering targets. IEEE Trans., 1970 July, AES-6, № 4, p. 473 - 483.

20. Ярлыков M.C. Статистическая теория радионавигации. — М.: Радио и связь, 1985.344 с.

21. Калиткин Н.Н., Гольцов Н.А. Введение в численный анализ. Учебное пособие. — М.:Изд. МГУЛ, 2003.-143с.

22. Перов А.И. Статистическая теория радиотехнических систем. - М.: Радиотехника,2003.-400 с.

23. Харисов В.Н., Пастухов А.В. Упрощение моделирования приемников СРНС на основевведения статистически эквивалентных дискриминаторов. // Радиотехника (Журнал в журнале). - 2003. - № 7.