Влияние технического состояния радионавигационного оборудования, воздействующих на него радиопомех и ошибочных оценок воздушной ситуации на радионавигационное обеспечение полетов

Стаднюк, Алексей Петрович

автореферат диссертации по транспорту, 05.22.13, диссертация на тему:Влияние технического состояния радионавигационного оборудования, воздействующих на него радиопомех и ошибочных оценок воздушной ситуации на радионавигационное обеспечение полетов

кандидата технических наук: Стаднюк, Алексей Петрович
город: Москва
год: 2008
специальность ВАК РФ: 05.22.13

Диссертация по транспорту на тему «Влияние технического состояния радионавигационного оборудования, воздействующих на него радиопомех и ошибочных оценок воздушной ситуации на радионавигационное обеспечение полетов»

Автореферат диссертации по теме "Влияние технического состояния радионавигационного оборудования, воздействующих на него радиопомех и ошибочных оценок воздушной ситуации на радионавигационное обеспечение полетов"

□034В0044

На правах рукописи

СТАДНЮК АЛЕКСЕЙ ПЕТРОВИЧ

ВЛИЯНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РАДИОНАВИГАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ, ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ НА НЕГО РАДИОПОМЕХ И ОШИБОЧНЫХ ОЦЕНОК ВОЗДУШНОЙ СИТУАЦИИ НА РАДИОНАВИГАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЛЕТОВ

Специальность 05.22.13 - Навигация и управление воздушным движением

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2008

003460044

Работа выполнена на кафедре «Авиационныхрадиоэлектронных систем» Московского государственного технического университета гражданской авиации (Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования)

Научный руководитель

Заслуженный деятель науки и техники РФ, профессор, доктор физико-математических наук

Козлов А.И.

Официальные оппоненты Заслуженный деятель науки РФ,

профессор, доктор технических наук

старший научный сотрудник, кандидат технических наук

Логвин А.И.

Егоров В.И.

Ведущая организация

ОАО Московское конструкторское бюро «КОМПАС»

Защита диссертации состоится «__»_2008г. на заседании

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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУГА. Автореферат разослан «___»_2008г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 223.011.01

Заслуженный работник высшего профессионального образования РФ профессор, доктор технических наук

Камзолов С.К.

Общая характеристика работы

Актуальность. Мировая гражданская авиация, в том числе и отечественная, все более и более оснащается новыми сложными радиотехническими системами (РТС) и комплексами (РТК), включающими в себя радиолокационное, радионавигационное и связное оборудование, созданными на основе самых последних достижений науки, техники и технологии. Кроме того, повсеместное увеличение интенсивности воздушного движения (ИВД) вызывает резкое увеличение нагрузки на службы УВД. В этих условиях качество функционирования радиотехнического оборудования, и в первую очередь радионавигационного оборудования, в значительной, если не в решающей, степени влияет и на организацию воздушного движения, и на безопасность полетов. Однако даже при самом совершенном радиоэлектронном оборудовании (РЭО) возникают ситуации, когда экипаж воздушного судна, осуществляя пилотирование строго по показаниям приборов, выводит воздушное судно на грань или даже за грань авиационного происшествия. Одной из объективно возникающих причин таких ошибок экипажа является воздействие на радионавигационную аппаратуру других радиотехнических устройств, являющихся источником непреднамеренных помех, воздействующих.

Необходимо отметить также, что далеко не всегда тактико-технические характеристики РТС и РТК, указанные в паспортных данных предприятий-изготовителей, соответствуют тем, которые реально имеют место в условиях эксплуатации. Это связано, во-первых, с особенностями конкретного размещения радиотехнического оборудования на местности, во-вторых, со спецификой функционирования РТС и РТК в изменяющихся условиях эксплуатации. Под термином "изменяющиеся условия эксплуатации" следует понимать все многообразие факторов, которые влияют на условия функционирования радиотехнического оборудования. При этом, прежде всего, следует выделить три фактора. К первому из них следует отнести электромагнитную обстановку в зоне действия конкретной РТС, которая может существенно изменяться как в течение времени года и времени суток, так и по ряду многих иных причин. Вторым существенным фактором является изменение значений информационных параметров принимаемых радиотехнических сигналов, вызванных изменением по-меховой обстановки в зоне действия РТС и РТК. Наконец, к третьему фактору следует отнести действия служб УВД, которые при неверной оценке ситуации с их стороны могут иметь катастрофические последствия.

Таким образом, задача обеспечения требуемого качества функционирования радионавигационного обеспечения полетов в изменяющихся условиях эксплуатации, обусловленных наличием мешающих отражений, и ошибочных оценок ситуации со стороны служб, обеспечивающих организацию и непосредственное управление воздушным движением, а именно этим проблемам посвящена диссертационная работа, является актуальной научной и прикладной задачей, имеющей важное хозяйственное значение.

Целью работы является разработка методов оценки качества функционирования радионавигационных систем в изменяющихся условиях эксплуатации и

оценки влияния на точностные характеристики их технического состояния, а также имеющих место радиопомех и ошибочных оценок ситуации при УВД.

Поставленная цель достигается путем решения следующих основных задач:

1.Анализа влияния процессов УВД на показатели безопасности полетов.

2.Анализа факторов, влияющих на эффективность радионавигационного обеспечения полетов ВС и выбора показателей эффективности.

З.Оценки влияния на точностные характеристики радионавигационного оборудования их технического состояния и воздействующих на них радиопомех.

4.0пределения аналитической зависимости между ошибкой оценивания навигационных параметров и воздействующих на датчики радионавигационного комплекса помех и отклонений его параметров от номинальных.

5.Анализа возможных ошибочных оценок ситуаций службами УВД, приводящих к потенциально-конфликтным ситуациям.

6.Расчета вероятностей перерастания потенциально конфликтных ситуаций в катастрофические.

7.Разработки методов статистической аттестации радионавигационного оборудования на основе оценок характеристик электромагнитной обстановки и информационных параметров сигнала.

На защиту выносится

1.Оценка влияния технического состояния радионавигационного оборудования и воздействующих на него радиопомех на радионавигационное обеспечения полетов.

2.Анализ влияния ошибочных оценок ситуации со стороны служб УВД на радионавигационное обеспечения полетов.

3.Оценка качества функционирования радионавигационных систем в изменяющихся условиях эксплуатации

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

-предложены методы оценки функционирования радионавигационных систем в изменяющихся условиях эксплуатации;

-разработаны методы статистической аттестации радионавигационных систем на основе оценок характеристик электромагнитной обстановки и информационных параметров сигналов;

-установлена прямая функциональная связь между ошибкой оценивания навигационных параметров с характеристиками помех, воздействующими на датчики радионавигационного комплекса, и характеристиками отклонений их параметров от номинальных значений;

-разработан метод расчета риска столкновений ВС по значениям вероятностей опасных сближений;

-обоснована динамическая модель оценивания вероятности пропуска службами УВД развития потенциально конфликтной ситуации.

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

-проводить оценку навигационных ошибок, возникающих вследствие воздействия на радионавигационную систему непреднамеренных помех от различных радиотехнических устройств и сигналов, отраженных от местных предметов;

-использовать для практических расчетов показатели безопасности полетов, связанные с процессами УВД;

-находить вероятность пропуска службами УВД ситуации, связанной с развитием потенциально конфликтной ситуации;

-количественно оценивать качество функционирования радионавигационных систем в различных условиях эксплуатации;

-проводить статистическую аттестацию РТС на основе анализа характеристик электромагнитной обстановки и информационных параметров сигналов.

Апробация.

Основные результаты работы докладывались на международных научно-технических конференциях «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» (М., 2006г., 2008г.).). Кроме того, материалы диссертации неоднократно докладывались на межкафедральных семинарах в Ml "ГУ ГА.

Результаты работы опубликованы в 5 статьях автора (все в изданиях, включенных ВАК в список изданий для публикаций материалов диссертаций).

Внедрение.

Основные результаты работы нашли применение в разработках предприятий МКБ «Компас», «НИИ ССС АУ», МНИИПА, Международный аэропорт Внуково и ЦНИИ «Радиосвязь», о чем имеются соответствующие акты о внедрении.

Структура работы.

Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и содержит 136 стр. текста, 31 рис., 4 таблицы. Список литературы содержит 82 наименования.

Содержание работы

В первом разделе проводится анализ влияния технического состояния радионавигационного оборудования и воздействующих на него радиопомех на радионавигационное обеспечения полетов. Прежде всего, в работе рассматривается влияние процесса УВД на показатели безопасности полетов, уровень которой определяется многочисленными факторами, носящими (и это принципиально) случайный характер. Последние можно разделить на два класса: на факторы, действующие объективно, и факторы личностного, субъективного характера. В конечном счете, опасность проявления этих факторов ведет к ситуациям, приводящим к опасным сближениям (ОС) воздушных судов (ВС), а поэтому наиболее естественной количественной оценкой таких ситуаций является вероятность опасного сближения (ВОС) -Рос■

В силу ограниченной точности бортовых средств самолетовождения, возможных ошибок экипажа или возникновения непредвиденных обстоятельств полет ВС может существенно отклоняться от его программы. В таких условиях диспетчеру УВД необходимо выработать корректирующие команды, выполнение которых должно приводить к восстановлению заданной программы движения, т.е. его деятельность должна быть направлена на поддержание нормативного уровня безопасности полетов посредством устранения потенциально конфликтных ситуаций (ПКС), характеризуемых их частотой &щсс ■

В странах - членах 1САО основным критерием оценки уровня безопасности воздушного движения принят риск столкновения (среднее число столкновений ВС в обслуживаемом воздушном пространстве за единицу времени полета) - Ист - сопксРосист > гДе Рст • вероятность столкновения при наличии

ОС (она задается на уровне 0,2- Ю-3). Обеспечение заданного риска столкновения является основным ограничением, накладываемым на деятельность системы оперативного УВД.

В работе показывается, что традиционные подходы к оценке вероятности ОС, опирающиеся на качество функционирования технических средств не является полным, поскольку не охватывает своим рассмотрением субъективное звено при разрешении ПКС. Из проведенного в работе анализа предпосылок к авиационным происшествиям следует, что личностный фактор, включающий профессиональный уровень и психофизиологические качества диспетчера и экипажа, служат причиной 60-70% всех предпосылок к авиационным происшествиям. Именно поэтому при создании корректной модели расчета риска столкновения очевидна необходимость совместного учета отмеченных объективных факторов наряду с субъективным диспетчерским вмешательством.

В работе принято естественное допущение, что ПКС перерастет в ОС, вызванное случайным разбросом скоростей ВС или их отклонением от траектории, тогда, когда диспетчер не устранит развивающийся конфликт (ошибется). В этом случае вероятность возникновения ОС определяется вероятностью сближения воздушных судов на расстояние, меньшее 15 км, из-за наличия случайного разброса скоростей и отклонения от траектории полета (объективный фактор) и вероятностью диспетчерской ошибки (субъективный фактор). Необходимо также учесть, что возникновение ПКС возможно при движении воздушных судов в догон, либо на пересечении трасс, либо при смене эшелонов. Таким образом, Рос характеризует вероятность развития ОС из ПКС в одном из трех отмеченных случаев, а поэтому может быть рассчитана по формуле: Рос =1-11 - ИПР0СП А1 - РОСд А1 - Р0СС )- где рОСп > рОСд > рОСс - веР°ят" ности перерастания ПКС в ОС при движении ВС на пересечении трасс, в догон и смене эшелона соответственно; Нп - некоторый топологический коэффициент, (кп=0 при отсутствии пересечений, Ьп=\ при их наличии).

В работе проводится детальный анализ возможных методов определения интенсивности возникновения ПКС. Обеспечение высокого уровня безопасности ВД базируется на разделении ответственности между экипажами ВС, несу-

щими ответственность за точное и своевременное выполнение указаний диспетчера, и диспетчерами службы движения, ответственными за соблюдение ограничений на параметры движения, определенные нормативными документами. Основным принципом безопасности полетов является выдерживание безопасных интервалов (норм эшелонирования) непосредственно между ВС и наземными препятствиями, ВС и областями опасных метеоявлений и т.п.

Наиболее часто различают три вида потенциальных конфликтов: пересечение, догон и смена эшелонов В работе для ВС, движущихся со скоростями и Vi по трассам, пересекающимся под углом <р, при интенсивности движения и Л2 и минимальном интервале продольного эшелонирования R получены соотношения для интенсивностей ПКС для всей зоны при пересечении трасс при числе эшелонов - j = \,т в точках схождения и пересечения трасс и при / = 1,и - числе точек пересечения и схождения трасс в зоне

"»ЛпЛп^ + Vj2 - 2VAVj2 cosщ

°>пксп -7Г7г—:-•

Ры Vj\Vji™<Pi

Аналогичное выражение для частоты ПКС по догону на трассе длиной 5 по всем эшелонам и маршрутам всей зоны имеет вид:

k т д.д... - _

СО ИКСд = X Yj^yrriWi ~ Vj)+ RVj\> i = l'k - число участков трасс (маршру-i=\j=\vivj

tob).

Наконец, при оценивании частоты ПКС при смене эшелонов необходимо использовать два подхода: когда одно ВС движется по горизонтальной траектории, а второе изменяет эшелон полета, и когда оба ВС одновременно изменяют эшелон полета.

В работе п роводится детальный анализ обоих случаев, поскольку они имеют определенные особенности. Задача решается при предположении наличия множества траекторий ¥(F\...Fn), по которым происходят полеты ВС с

интенсивностью потока Я,- со скоростью V,- и на которых происходит смена эшелонов, и множества эшелонов Y^i-.yjf), которые пересекаются траекториями, совокупность точек пересечения которых —q^). Каждой точке соответствует своя пара F„ у,.

В этом случае с учетом всех траекторий смены эшелонов и всех эшелонов для частоты возникновения ПКС для первого случая получено выражение:

W Я Я» лХц

J'I Ы

а для второго выражение

1 КК№ + У;-2ГяГясо8ая

апкс - 2]-:—т/т/ .-, где ат - угол между траекториями

ИЫ ynymSmCtw

пят, V у - вертикальная скорость ВС по у -ой траектории при пересечении эшелона .

Анализ приведенных соотношений указывает на необходимость знания большого числа параметров, носящих случайный (с большой дисперсией) и сугубо индивидуальный характер для каждой траектории сближения (интенсивность воздушного движения в разных зонах может различаться в 10-20 раз).

Разброс местоположений ВС может явиться предпосылкой конфликта (опасного сближения), устранение которого является основной задачей диспетчера. Учитывая линейный характер взаимосвязи "расстояние-скорость", закон распределения Щх) случайных местоположений ВС - х может быть выражен через математическое ожидание скорости ВС - ту и ее среднее квадратическое

значение оу, ^(х) = 1Ч(.г; где 1Ч(...) - запись нормального закона.

Боковые отклонения ВС также подчинены нормальному закону с математическим ожиданием, приходящимся на середину коридора - к, и средним квадратичным отклонением ВС в боковом направлении о§ (при вероятности выхода ВС за пределы допустимого отклонения, равной 0,05, значение а5 =2,55 км).

Основываясь на допущении о независимости продольных и боковых отклонений ВС, в работе показано, что плотность распределения вероятностей случайных местоположений ВС определяется следующим выражением: Ш{х, к) = 1Ч[х, к, щи Л; <т5, ан (*); о].

Задача диспетчера состоит в устранении ситуаций, развитие которых без его вмешательства может приводить к нарушению безопасных интервалов движения, а также ряда других ограничений, установленных нормативными документами. В этой связи становится необходимьм учет влияния субъективного диспетчерского управления при формировании моделей оценивания вероятности ОС. В работе при предположении, что ОС происходит при одновременном выполнении двух условий - ПКС "перерастает" в ОС из-за случайного разброса местоположений ВС, а диспетчер не парирует развитие ПКС (ошибается), проводится расчет полной вероятности ОС при развитии конфликтной ситуации, определяемой через соответствующие объективные и субъективные составляющие.

Характер деятельности диспетчера различен в зависимости от типа системы УВД. В автоматических системах роль диспетчера сводится к заданию корректур некоторых начальных условий и принятию решений в нестандартных и аварийных случаях, он же осуществляет связь с бортом. В неавтоматизированных системах сбор, обработка информации, процессы принятия решений, передачи команд производятся диспетчером вручную. Однако во всех случаях диспетчер остается основным звеном по обнаружению и предупреждению конфликтов, а поэтому исключение диспетчера как субъективного звена из процесса непосредственного УВД не представляется возможным. Ни изменение уровня автоматизации, ни способа получения информации не приведут к принципиальным изменениям моделей расчета вероятности диспетчерской ошибки. Сказанное означает, что изменения типа системы УВД не носят принципиального

характера с точки зрения самой модели деятельности диспетчера УВД, позволяя сформировать универсальную модель ошибки диспетчера. В работе предлагается обобщенный алгоритм деятельности диспетчеров при непосредственном УВД, где выделены три основных этапа деятельности диспетчера в условиях ПКС: обращение к ситуации, анализ ситуации и выработка решения (прогноз), передача управляющих команд на борт ВС. ОС произойдет, если, хотя бы один, из отмеченных этапов не будет выполнен (будет выполнен с ошибкой). В рассматриваемой ситуации возникают независимые между собой ошибки двух типов: пропуск ситуации с вероятностью Рн и формирование ошибочного прогноза с вероятностью Рпр, состоящее в решении диспетчера, принятое им после

анализа об отсутствии ПКС при фактическом ее существовании. Кроме того, следует учитывать возможность недопустимых временных задержек в канале связи, которые можно характеризовать соответствующей вероятностью Ркстати образом, вероятность ОС, обусловленная субъективным фактором - диспетчерским вмешательством, может быть представлена в виде:

М') = Рн(0 + [1 - - Рн('I - Рпр(')\Ркс(()-

Как видно, при наличии необходимых сведений и высокой квалификации диспетчера вероятность ОС будет определяться только вероятностью Ркс> т.е. определяться работой канала передачи информации «Земля-Борт-Земля».

В дальнейшем в работе рассматривалась задача формирования допустимых областей точностных характеристик навигационных систем, задачей которых является воспроизведение сообщений о местоположении ВС, определяемом некоторым вектором х. Естественно, что такое воспроизведение происходит с некоторой ошибкой Дх = х - х, где х* - воспроизводимая оценка вектора х. Как известно, считается, что наиболее общим показателем точности воспроизведения сообщений является средний риск

Я = |... , где Дх,х*) - функция потерь, ^[х*|х] -

—00 —00

функция правдоподобия, W{%) - априорная плотность вероятности сообщения х. В отсутствии знания о функции £Г(х) используется условный риск. Как видно, функция ^(х*|х) полностью характеризует точностные свойства РНС. Введение функции потерь /(х,х*) позволяет учесть различные особенности РНС, связанные с ее назначением, условиями функционирования и пр.

Если класс функций, к которому принадлежит 7г(х*|х) известен, уровень

риска и функция потерь заданы, то требования к точности РНС могут быть определены из решения задачи нелинейного программирования, где требуется

наити минимум следующего выражения шт

До - )••■

, где

У. е Л- вектор параметров, Л0 - заданный уровень риска (в данном случае условного).

Следующий этап состоял в анализе ограничений, накладываемых на точностные характеристики навигационных систем.

Задача формирования допустимых областей точностных характеристик имеет два аспекта: синтез множеств допустимых текущих событий £5(/) навигационных систем и собственно синтез их точностных характеристик. На формализованном языке рассматриваемую задачу можно сформулировать следующим образом: Пусть движение ВС описывается системой дифференциальных уравнений: х = /(х,и,\у),где хеХсЯ", иеисЯ?, чгб!сКл.п = и(/)-д-мерное управляющее воздействие, \у = - и-мерная функция возмущения в системе, X, и ,\У - области ограничений. Известно начальное х(/у) и требуемое конечное состояния, необходимо найти допустимое управление и((): í0<t<1t|[, переводящее ВС из начального в заданное конечное состояние. В работе проводится строгое решение сформулированной задачи, которое сводится к следующим процедурам. Опираясь на приведенные уравнения для заданного момента времени находится совокупность точек, удовлетворяющим

условиям: (х*(/Д/,)=тах(х(/А),/,), / = !,# и

жеству допустимых управлений. Как видно, данная задача для фиксированного является задачей оптимального управления со свободным правым концом траектории и фиксированным временем. Решение N таких задач позволяет получить ТУ точек множества достижимости системы, с помощью которых можно аппроксимировать данное множество. Оно, в свою очередь, совпадает с областью управляемости системы на отрезке Это дает возможность следующим образом представить методику решения задачи синтеза областей управляемости ВС на различных этапах полета: 1.Задается отрезок времени и функционал вида У = (х(^),/Д ¡¡>0, ]]/г-]} — 1. 2.Для выбранных N значений

решается задача оптимального управления. З.По совокупности точек

принадлежащих границе области управляемости, строится аппроксимация границы области управляемости.

Важную роль на точность навигационного обеспечения полетов ВС играет техническое состояние РНО и воздействующие на него радиопомехи.

Изменение технического состояния подсистем навигации и управления, воздействие различного рода атмосферных возмущений на ВС, а также радиопомех на радионавигационное оборудование приводит к случайным отклонениям траекторий движения ВС от заданных.

Обеспечение заданной точности самолетовождения может быть достигнуто за счет перераспределения ошибок подсистем навигации и управления.

и(г)еи. Здесь вариации осуществляется по мно-

'о

Сложность реализации высокоточных подсистем управления ВС приводит к тому, что ее точность в несколько раз ниже точности подсистемы навигации. В условиях эксплуатации радионавигационное оборудование подвержено воздействию ряда дестабилизирующих факторов: старение элементов РНО, изменение климатических условий, воздействие на РНО радиопомех. Наличие дестабилизирующих факторов приводит к увеличению ошибок в оценке навигационных элементов движения ВС. Из-за наличия случайных воздействий на ВС, а также радиопомех на датчики навигационной информации траектория движения ВС носит случайный характер.

В работе проводится математическое моделирование системы управления ВС с учетом изменения в процессе эксплуатации технического состояния датчиков радионавигационной информации, функционирующих в условиях радиопомех. В рамках теории оптимальной фильтрации определяется ошибка оценивания навигационных элементов движения ВС и доказывается, что влияние радиопомех на точность самолетовождения эквивалентно уходу параметров датчиков радионавигационной информации от своих номинальных значений. Это дало возможность сформулировать требования к границам допусковой области на изменение параметров датчиков навигационной информации, функционирующих в условиях радиопомех, исходя из требований на характеристики точности и безопасности самолетовождения.

В условиях эксплуатации из-за воздействия различного рода факторов на радионавигационное оборудование показатель качества снижается, а ограничения на траектории движения ВС могут не выполняться. Это объясняется возникновением дополнительных ошибок, возникающих вследствие того, что датчики навигационной информации подвержены воздействию взаимных радиопомех, вызванных электромагнитной несовместимостью радиоэлектронных средств, отклонениям (медленным) параметров от своих номинальных значений, необратимым и перемежающимся отказам датчиков из-за старения элементной базы, воздействия климатических и других дестабилизирующих факторов и воздействия на эти датчики радиопомех. Таким образом, система управления перемещением ВС вследствие перемежающихся и необратимых отказов изделий РНС имеет случайную структуру и на неперекрывающихся временных интервалах описывается различными уравнениями. Полным ее описанием в пространстве возможных состояний является совокупность всех дифференциальных уравнений наблюдения Ъ\{\) и вероятностные характеристики вектора у(г), характеризующего изменение структуры системы управления:

(0 ~ . Здесь индекс "Г относится к новым параметрам системы.

Как видно, система управления перемещением ВС является нелинейной, а поэтому определить ошибку оценивания вектора состояния Хф, вызванную изменением технического состояния в виде точного аналитического решения не представляется возможным. Точное решение задачи можно получить лишь для линейной системы управления перемещением ВС. В работе проводится линеа-

ризация модели системы управления и показывается, что модель системы управления перемещением ВС при наличии отказов изделий, медленных уходов параметров и воздействий различных радиопомех можно записать в виде:

И')+х(<ь)=Хо, ъМ=[н(/)+ЛН(/)+ДН*(0* 1(',т,)]х(')+К')+Ап(/)+Дп*(/)* */)]■

где Г(() и Н(/) - переходные матрицы, устанавливающие связь между координатами ВС и составляющими скорости и между вектором управления и навигационными переменными соответственно; и(7) - известный вектор управления, ЛН(Г), Ди(0> Ап(/) - приращения соответствующих матричных функций и векторов, вызванных медленными уходами параметров и изменениями интенсивности внутренних шумов датчиков, Д^/), ДЩ(/), Аиц(/), Дп4(() - приращения соответствующих матричных функций и векторов, возникающих за счет необратимых и перемежающихся отказов, т,- момент возникновения отказа, ц и Л - номера струюур системы управления.

Полученная модель системы управления движением ВС является основой для дальнейшего проведения анализа влияния технического состояния РНО на ошибки оценивания навигационных параметров самолетовождения. Поскольку процессы оценивания параметров и управления состоянием системы являются взаимосвязанными, их анализ представляет большие трудности, для преодоления которых используется принцип разделимости оценивания и управления.

Во второй главе проводится анализ влияния ошибочных оценок ситуации со стороны служб УВД на радионавигационное обеспечения полетов. Рассмотрение начинается с решения задачи по формированию составляющих вероятности пропуска диспетчером ПКС - ?с{1)- С этой целью разрабатываются модели оценивания вероятности - пропуска ПКС диспетчером, ошибки прогноза и возникновения недопустимых задержек в канале связи.

Определение вероятности пропуска ПКС основывается на очевидном предположении о наличии связи между степенью напряженности работы, оцениваемой коэффициентом временной загруженности (А"з) дис петчера, и возможностью ПКС. Увеличение Кз вследствие, например, увеличения интенсивности воздушного движения приводит к сокращению временного ресурса. Возникающий временной дефицит может явиться причиной пропуска ПКС и его перерастания в ОС.

Вероятность пропуска ПКС Р-^ц (К^) характеризует возможность наступления события, состоящего в том, что диспетчер не заметит ПКС в течение всей ее продолжительности, как и не заметил ее на к-ом из М шагов развития, т.е. мп

{Кз) = П% (*•)• В работе показывается, что вероятность пропуска ПКС

/Ы1

на первом шаге может быть найдена как:

МП-1

ПО-**) *=1

-\!МП

М,г-1

при Рш(Кг)= ПО-**)-/1=1

Найдя коэффициент X, можно найти вероятность пропуска ПКС типа "пересечение" на ¿-ом шаге развития.

Полученные зависимости могут быть использованы при формировании требований к нормативному значению К3. Алгоритм процедуры принимается следующим. С помощью моделей оценивания вероятности ОС для конкретной ситуации определяется потенциально наиболее опасный момент - момент наибольшей вероятности ОС. Это дает возможность, опираясь на полученные аналитические зависимости, определить уровень загруженности диспетчера Кт, в момент времени, при котором значение вероятности ОС (с учетом диспетчерского вмешательства) оказывается ниже нормативного. Используя результаты, полученные в первом разделе работы, на основания значения можно определить требования ко времени tc, т.е. ко времени связи ВС с диспетчером, включая возможное число переспросов и время вхождения в связь по запросу.

Следующий круг вопросов, который рассматривался в работе, состоял в анализе ошибок, возникающих при прогнозе развития ПКС и оценке их вероятности. Диспетчер постоянно сталкивается с необходимостью предсказания степени изменения воздушной обстановки через некоторый промежуток времени. Показателем качества проведения диспетчерской экстраполяции служит вероятность ошибки прогноза - Pnp(t) при разрешении диспетчером ПКС. В работе

разрабатывается аналитическая динамическая модель расчета вероятности ошибки диспетчерского прогноза с целью ее дальнейшего использования при оценивании общей вероятности Pn„p(t) неразрешения ПКС диспетчером, под

которой понимается вероятность события, состоящего в принятии диспетчером решения о невозможности опасного сближения и последующем фактическом его наступлении (сближении ВС на расстояние, меньшее 15 км).

В течение времени анализа диспетчер получает информацию от двух ВС, двигающихся на пересекающихся курсах и, в конечном счете, прогнозирует расстояние U (при ее истинном значении r{t) в момент времени t) между ВС к некоторому моменту времени в будущем. Это дает основание диспетчеру формировать решение о возможной ПКС. Однако при прогнозировании неизбежно возникновение диспетчерских ошибок. Имеющиеся статистические данные дают основания говорить об их нормальном распределении, что дает основание для соо " "

квадратическое значение ошибки прогноза.

При анализе диспетчером ситуации типа "догон" степень зависимости точности экстраполяции от интервала экстраполяции (от времени) пренебрежимо мала и может не учитываться.

Случай ошибочного прогноза будет зафиксирован также, если при решении диспетчера "разделение больше нормы", фактическое разделение окажется меньше.

Таким образом, вероятность ошибки прогноза определяется совпадением двух событий: принятие диспетчерского решения о безопасном расхождении ВС и фактическом их схождении на 15 км и менее. Искомая вероятность для ПКС типа "пересечение" будет иметь вид:

жение

%(') = о-ЦлГ К № г(')+ °»Рогп№> и+ть,ак\1Х

прогц \1РЛ ¡5 о

Для ситуации "догои" вероятность ошибки прогноза имеет аналогичный вид. Важную роль в возникновении ПКС играет время задержки передачи информации. При возникновении отказов канала связи время информационного обмена между диспетчером и экипажем ВС возрастает, что может приводить к недостаточности временного запаса, стимулируя ОС. Отказы каналов авиационной радиосвязи могут быть обусловлены как изменением состояния входящего в канал оборудования, так и воздействием непреднамеренных помех.

В работе определяется вероятность превышения необходимым временем радиосвязи запаса времени для разрешения ПКС при условии отказа системы радиосвязи из-за воздействия помех, основываясь на следующих исходных данных поток заявок на связь является пуассоновским с параметром у, вероятность переспросов в канале известна и равна Рп, плотность вероятности длительности сеанса радиосвязи тсв экспоненциальная

Щ (т„) = г ехР {"ха ), длительность ПКС тпкс также имеет экспоненциал 0

альное распределение с плотностью вероятности

\\'г (т„кс) = цпкс ехр(- Мпксгпкс) >а за вРемя Т возникает N заявок на радиосвязь и с вероятностью Рц каждой заявке будет соответствовать переспрос.

В работе в явном виде было получено аналитическое выражение для плотности распределения вероятности суммарных дополнительных затрат времени, вызванных ненадежностью канала связи, а также найдены м.о. и среднее

v

квадратическое значение этих временных затрат т^ =-,

■Пд У-Пкс

2 \(\ + 2\1ПкЛ ^св0 Рп

(ЧдЦЛкоГ ^се^-Рп

Запас времени для разрешения ПКС также можно считать нормально

распределенной случайной величиной с параметрами (ти5,ст|]. В этом случае

вероятность превышения суммарными временными затратами запаса времени

/ >

для разрешения ПКС определится как: Р^с (/) = Ф Мз ^

/_2 , 2

где

ф(г)=|е~х 12сЬс - функция Лапласа.

Построенные модели носят динамический характер. Это позволяет по шагам развития ПКС оценить рост вероятности события, состоящего в возможном превышении запаса разрешения суммарными временными затратами.

Полученные модели оценивания вероятности возникновения недопустимых задержек в канале связи при развитии двух типов ПКС "догон" и "пересе-

чение" является составляющими общей модели расчета риска столкновения. С учетом этой взаимосвязи может быть произведен расчет конкретных ситуаций в зоне УВД, направленный на выявление случаев превышения фактической вероятностью ее предельно допустимого значения.

Третья глава посвящена оценке качества функционирования радионавигационных систем при их эксплуатации. При этом сами радионавигационные системы и комплексы рассматриваются, как объекты статистической аттестации. Практически все РТС и РТК, применяемые в ГА, являются в той или иной мере измерительными системами. РНС проводят измерения для определения местоположения соответствующего объекта также на основе получаемой информации из радиосигналов. Основным носителем информации служит излучаемый сигнал S{t), который может быть детерминированной, квазидетермини-рованной или случайной функцией времени. Кроме того, сигнал S(t) может быть функцией пространственно-временного аргумента S(t,r), где г - радиус-вектор, т.е. r=r(xj>j). В процессе взаимодействия излучаемого сигнала с окружающей средой формируется принимаемый сигнал S(t)np = 5[Л(/), А(/)], где

Л(f) - вектор информационных, A(i) - вектор неинформационных параметров.

К принимаемому сигналу Snp{t) могут добавляться аддитивные помехи n(i), включающие в себя внешние помехи и внутренние шумы приемника, пересчитанные к его входу.

В результате образуется принимаемое колебание, которое можно представить в следующем виде [/(i)=5[A(i),A(/)]+n(i). Будем полагать, что все РНС, как измерительные системы, осуществляют измерения на некотором конечном интервале наблюдения ръ'г]- Прямым назначением приемной системы является формирование оценок Л и А, исходя из U(t), что и является полезным выходом измерительной РНС. Обработку сигнала U(t) для получения оценок параметров сигнала А обозначим некоторым оператором W, т.е. A=W{U(t)}.

Возможность управления системой обработки сигналов и передатчиком обеспечивается некоторыми операторами Т и R, соответственно, для формирования которых требуется дополнительно информация о значениях несущественных параметров и оценка качества функционирования измерительной РТС. Это можно описать оператором Wa формирования оценки неинформационных параметров А и оператором Wz оценки качества функционирования. Элементами пространства решений S относительно качества функционирования обычно используются оценки среднеквадратических ошибок измерения или другие показатели. Таким образом, полезным выходом РНС является оценка информационных параметров, представляющая решение основной задачи данной РНС (определение координат ВС). Для обеспечения адаптации и наилучшего согласования измерительной РНС в изменяющихся условиях эксплуатации целесообразно формировать дополнительные выходы измерительной РНС, т.е. выделять оценки несущественных параметров и качества функционирования РТС. Такая оценка качества функционирования РНС и составляет понятие "статистическая аттестация РНС". В рамках введенных понятий изменяющиеся условия эксплуатации

означают, что в процессе функционирования изменяются неинформационные параметры, а информационные - состоят из двух частей: собственно информационного параметра, обусловленного полезным эффектом, и аддитивной добавки к значению информационного параметра, обусловленной воздействием окружающей среды. В этом случае дополнительное нежелательное изменение информационного параметра может быть отнесено к воздействию шума, т.е. параметр Л является случайным процессом. Таким образом, в любой измерительной РТС необходимо учитывать качество функционирования этой системы в процессе эксплуатации, для чего необходимо ввести оценки качества функционирования измерительных РТС, т.е. в большинстве случаев принимают вероятность появления какого-либо события, либо м.о. некоторой выбранной случайной величины. Соответственно, может быть рассмотрена вероятность выполнения системой своих функций в некоторых идеализированных условиях, в типовых условиях эксплуатации и изменяющихся условиях эксплуатации. Для РНС практически любой обобщенный или частный показатель качества функционирования будет величиной вероятностной. Это связано с тем, что при функционировании любой РНС неизбежно наличие шумов и помех в радиоканале и в самой РНС. Идеализированная радиосистема может рассматриваться только как система, функционирующая при малых уровнях шумов. Поэтому в отличие от известных в литературе показателей, следует принять, что в данном случае Ро также является вероятностной величиной. Наличие различных мешающих воздействий в радиоканале может существенно изменять уровень функционирования, а поэтому любая РНС не может рассматриваться, с точки зрения эксплуатации изолированно, а должна включать в себя среду распространения радиоволн, т.е. радиоканал Это значит, что для получения количественной оценки величины Л/[Ртах(0] и, соответственно Етах(г), нужно рассматривать не просто идеализированную систему, у которой наблюдается полное соответствие заданным параметрам, а систему с учетом воздействия внешних факторов (помех и шумов) на прохождение радиосигнала. В работе критерием качества функционирования РНС используется минимум разности математических ожиданий показателей качества функционирования реальной и некоторой идеализированной РНС при условии сохранения других показателей неизменными. В качестве второго равнозначного критерия использовалось также отношение этих показателей э=М[Р(()]/М[Рт^)]. Таким образом, качество функционирования показывает, насколько данная РНС в данный момент времени или в интервале времени [О,//] соответствует эксплуатационно-тактическим характеристикам, заложенным в РНС при изготовлении.

В работе вводятся понятия «типовые» (в радиоканале действует типовой набор помех и шумов, а параметры полезного .радиосигнала не меняются) и «изменяющиеся» (в радиоканале действуют комбинации различных помех и шумов, либо из-за метеоусловий и условий распространения появляются новые типы помех и шумов, а параметры полезного сигнала на трассе распространения меняются непредсказуемым образом (и только стохастически) условия эксплуатации. Это дает возможность ввести модифицированные мгновенные и интервальные показатели качества функционирования, как отношения соответст-

вующих показателей в изменяющихся и типовых условиях эксплуатации. Следует отметить, что программа эксплуатации РНС ГА, помимо работ по техническому обслуживанию, предусматривает учет различных режимов работы. С этой целью имеет смысл ввести показатели, которые характеризовали бы качество функционирования данной эксплуатируемой системы по отношению к ней самой, если ее показатели в результате определенных технических и организационных мероприятий превышают показатели известных систем, которые целесообразно назвать показателями эффективности использования системы. Близость данных показателей к максимальному значению показывает, во-первых, целесообразность проведения тех мероприятий, при которых показатели системы повышаются, во-вторых, дает оценку степени приближения эксплуатируемой системы к оптимизированной (по определенным критериям). Если среди перечисленных выше показателей качества функционирования имеются абсолютные и относительные показатели, то показатели эффективности использования РНС по своему смыслу должны быть только относительными. В работе вводится узловой показатель - эффективность использования РНС по назначению - отношение качества функционирования РНС в определенных условиях к возможно более высокому уровню функционирования, достигаемому при оптимизации или модернизации режимов работы. Показатели эффективности использования РНС по назначению должны быть вероятностными и, тем самым, должны учитывать условия ее эксплуатации. Главная задача показателя эффективности использования состоит в том, чтобы продемонстрировать уровень возможного совершенствования техники, если в выпускаемой аппаратуре эти достижения по каким-либо причинам не используются.

Конкретная РНС предназначена для решения вполне определенных задач и поэтому показатели качества функционирования должны быть выбраны такие, которые показывали бы качественный уровень решения поставленных задач. Такими параметрами являются информационные параметры, так как они обеспечивают решение задачи, которая стоит перед РНС. В общем виде принимаемый сигнал имеет вид вектор информационных параметров Л, может быть многомерным. Очевидно, что качество функционирования РНС будет определяться тем, каким образом были получены значения информационных параметров Л. В зависимости от того, какая будет выбрана модель описания условий эксплуатации, будут получены разные оценки вектора Л. В работе показаны пути выбора наилучшего в рамках того или иного критерия Л. Общим критерием качества при байесовском подходе является средний риск. Однако при оценивании параметров сигнала качество функционирования РНС практически всегда характеризуется средним квадратом ошибки или дисперсией ошибок, к которым сводится средний риск при использовании квадратичной функции потерь. При этом оптимальной оценкой в общем случае является оценка в виде ^¡ор, = ^¡Р(к1р)с1к1, 1 = 1,и , где Р^к^и) - условное апостери-л

орное распределение вектора параметров Л.

В условиях достаточно высокой точности измерений апостериорное распределение р(А,,-|£/) можно заменить функцией правдоподобия. В этом случае оценка совпадает с точкой максимального правдоподобия

К=*'1т>'к2т>->Кт-

Приведенные соотношения позволяют оценить качество функционирования РНС в условиях эксплуатации по всем информационным параметром принимаемых сигналов. Соответствующие примеры расчетов приведены в работе.

Целью статистической аттестации РНС является оценка качества ее функционирования в процессе эксплуатации. Оценке подлежат основные качественные показатели, в частности, статистические характеристики ошибок измерения информационных параметров. Выше отмечалось, что неинформативные параметры определяют условия эксплуатации РТС. Следовательно, при статистической аттестации РНС необходимо совместно с оценкой информационных параметров А, производить также оценку параметров электромагнитной обстановки.

В работе рассматривается ряд задач статистической аттестации РНС на основе оценок параметров электромагнитной обстановки. Вопрос статистической аттестации РНС очень близок к задаче сертификации, которая подразумевает проверку параметров и характеристик на соответствие нормативным требованиям. Эти требования формулируются для типовых условий эксплуатации, на которые были рассчитаны ГГХ. Однако в случае изменяющихся условий эксплуатации указанные характеристики могут не соответствовать сертификационным требованиям. Поэтому статистическую аттестацию РТС необходимо проводить постоянно для выяснения интервалов значений, в которых могут находиться параметры А данной РНС, характеризующие условия эксплуатации. В этом случае есть два варианта. В первом из них считается, что интервалы значений, в которых находятся параметры А при любых возможных ситуациях, таковы, что это влияет на качественные показатели функционирования РТС, но не выводит их за рамки сертификационных требований. Во втором варианте интервалы значений, в которых находятся параметры А при определенных условиях, таковы, что качественные показатели РНС не соответствуют сертификационным требованиям на данную РНС в процессе эксплуатации. Это приводит к следующей решаемой в работе задаче: Пусть задана модель принимаемых сигналов, позволяющая найти функцию правдоподобия Р(и/А) относительно совокупности параметров А электромагнитной обстановки. Относительно алгоритма работы измерительной системы предполагаем, что оценка параметров А производится по методу максимума некоторого известного выходного эффекта У({У(/Д Допустим, что параметры электромагнитной обстановки А являются постоянными в пределах N элементарных интервалов наблюдения длительностью Т=Тз каждый. При этом для оценок величин параметров А и Щ можно воспользоваться наблюдениями за уровнем выходного эффекта Г(/) для информационных параметров А. Достаточной статистикой при оценке информационных параметров сигнала в случае принимаемых сигналов в виде

Тг

£/(/)= л(г) является корреляционный интеграл У(Х.)= ^(^(/Д^.

П

Решение сформулированной задачи показало, что измеритель параметров электромагнитной обстановки может быть реализован в виде устройства, на вход которого поступает информация о значении корреляционного интеграла. Полученные оценки энергетического отношения сигнал/помеха могут быть использованы при расчетах вероятности аномальных ошибок или для проверки условия того, что с аномальными ошибками можно не считаться.

Следующий шаг состоял в анализе возможностей статистической аттестации РНС на основе оценок информационных параметров сигнала. Часто используемым допущением при проведении статистической аттестации РТС является допущение о достаточно высоком качестве оценки измеряемого параметра, что объясняется высоким отношением сигнал/помеха (шум). Однако на практике это допущение может не выполняться для ряда РНС, в этом случае их анализ резко усложняется. Одной из существенных особенностей при выполнении статистической аттестации РТС является наличие коррелированного гаус-совского шума. Модель такого шума достаточно адекватно описывает воздействие совокупности внешних помех, обусловленных соответствующей электромагнитной обстановкой. Процесс формирования навигационной информации проявляется в измерении параметров радионавигационных сигналов, принимаемых на подвижном объекте, к которым относятся время запаздывания принятого сигнала относительно излученного, разность времени прихода радиоимпульсов в точку приема, разность фаз и др. Если для систем передачи информации принцип их построения практически единый, отличаясь только видом применяемого сигнала, то радионавигационные системы очень многообразны и могут использовать совершенно разные принципы работы. Для радионавигационных средств выбор одного определяющего параметра затруднителен. Более целесообразно выбирать определяющий параметр для конкретной навигационной системы, принимаемой в ГА. При этом методология проведения статистической аттестации системы будет единой, как она была описана выше, но с особенностями, присущими каждой отдельно взятой радионавигационной системы. Для конкретизации в работе рассматривается РНС, использующую эффект Доплера для оценки смещения частоты радиоимпульса с целью определения скорости воздушного судна, например радиопеленгатор. В общем случае для РНС определяющим параметром целесообразно выбирать дисперсию оценки выделяемого параметра для нахождения радионавигационного параметра X., которая определяется второй производной функции автокорреляции сигнала на

выходе приемника в ее максимуме при помощи соотношения ст£ =-1/ На практике в РНС полезный сигнал на входе приемника за счет фединга подвержен амплитудным и фазовым флуктуациям. Очевидно, что влияние фединга будет сказываться на измерении смещения частоты сигнала, причем это влияние будет тем больше, чем больше происходит расширение спектра федингую-щего сигнала по сравнению со спектром нефедингующего сигнала. Решение

соответствующей задачи приведено в работе, анализ которого показал, что, во-первых, увеличение отношения сигнал/шум практически не влияет на дисперсию оценки частоты при малом значении времени корреляции сигнала, а при больших значениях времени корреляции дисперсия ошибки в изменяющихся условиях эксплуатации с возрастанием отношения сигнал/шум убывает медленнее, чем в типовых условиях эксплуатации. Отсюда вытекает практический вывод, что при малом времени корреляции полезного сигнала статистическая аттестация радионавигационной системы доплеровского типа может выполняться в типовых условиях эксплуатации, т.е. без учета влияния внешних воздействий, обусловленных электромагнитной обстановкой.

Заключение

В диссертационной работе на основе проведенного анализа -влияния процессов УВД на показатели безопасности полетов, -факторов, определяющих эффективность радионавигационного обеспечения полетов ВС,

-влияния электромагнитной обстановки на функционирование радионавигационного оборудования,

-влияния на точностные характеристики радионавигационного оборудования их технического состояния и воздействующих на него радиопомех,

-ошибочных оценок ситуаций службами УВД на возникновение потенциально-конфликтных ситуаций, а также путем

-обоснования и выбора показателей эффективности функционирования радионавигационного оборудования в изменяющихся условиях эксплуатации,

-расчета вероятностей возникновения потенциально-конфликтных ситуаций и перерастания их в опасные и катастрофические,

-определения аналитической зависимости между воздействующими на датчики радионавигационного комплекса помех и отклонений его параметров от номинальных с ошибкой оценивания навигационных параметров,

-разработки методов статистической аттестации радионавигационного оборудования на основе оценок характеристик электромагнитной обстановки и информационных параметров сигнала

разработаны методы оценки качества функционирования радионавигационных систем в изменяющихся условиях эксплуатации и оценки влияния на точностные характеристики их технического состояния, а также имеющих место радиопомех и ошибочных оценок ситуации при управлении воздушным движением, что соответствует поставленной цели диссертационной работы.

В ходе выполнения работы были получены следующие новые научные результаты:

-предложены методы оценки функционирования радионавигационных систем в изменяющихся условиях эксплуатации;

-разработаны методы статистической аттестации радионавигационных систем на основе оценок характеристик электромагнитной обстановки и информационных параметров сигналов;

-установлена прямая функциональная связь между ошибкой оценивания навигационных параметров с характеристиками помех, воздействующими на датчики радионавигационного комплекса, и характеристиками отклонений их параметров от номинальных значений.

-разработан метод расчета риска столкновений ВС по значениям вероятностей опасных сближений;

-обоснована динамическая модель оценивания вероятности пропуска службами УВД развития потенциально конфликтной ситуации.

Полученные результаты позволяют:

-проводить оценку навигационных ошибок, возникающих вследствие воздействия на радионавигационную систему непреднамеренных помех от различных радиотехнических устройств и сигналов, отраженных от местных предметов.

-использовать для практических расчетов показатели безопасности полетов, связанные с процессами УВД;

-оценивать вероятность пропуска службами УВД ситуации, связанной с развитием потенциально конфликтной ситуации;

-количественно оценивать качество функционирования радионавигационных систем в различных условиях эксплуатации;

-проводить статистическую аттестацию РТС на основе анализа характеристик электромагнитной обстановки и информационных параметров сигналов.

Публикации автора.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих работах автора (все в изданиях, рекомендованных ВАК для публикаций материалов диссертаций):

1. Стаднюк А.П. Оценка вероятности возникновения недопустимых временных задержек передачи информации в канале связи "Борт-Земля-Борт". Научный Вестник МГГУГА N2 133, 2008.

2.Стаднюк А.П. Оценка вероятности пропуска потенциального конфликта диспетчером УВД. Научный Вестник МГГУГА № 133, 2008.

3.Козлов А.И., Стаднюк А.П. О влиянии внешних возмущений и радиопомех на ошибки оценивания навигационных параметров. Научный Вестник МГГУГА N2 133,2008.

4.Стаднюк А.П. Вероятностная оценка поражения помехами приемника радионавигационных сигналов,Научный Вестник МГГУГА N° 136, 2008.

5. Стаднюк А.П. К оценке качества функционирования радионавигационных систем в условиях их эксплуатации. Научный Вестник МГГУГА № 136, 2008.

Соискатель ^^^— Стаднюк А.П.

Подписано в печать 08.11.08 г. Печать офсетная Формат 60x84/16 1,16уч.-изд. л. 1,25 усл.печ.л._Заказ № 693//г?#_Тираж 80 экз.

Московский государственный технический университет ГА 125993 Москва, Кронштадтский бульвар, д. 20 Редакционно-издательский отдел 125493 Москва, ул. Пулковская, д. 6а

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Стаднюк, Алексей Петрович

Введение

1.Влияние технического состояния радионавигационного оборудования и воздействующих на него радиопомех на радионавигационное обеспечения полетов.

1.1.Влияние процесса УВД на показатели безопасности полетов.

1.2. Допустимые области точностных характеристик радионавигационных систем.

1.3.Обеспечение навигационной информацией.

1 АОграничения, накладываемые на точностные характеристики радионавигационных систем.

1.5.Влияние технического состояния радионавигационного оборудования и воздействующих на него радиопомех на точность навигационного обеспечения полетов воздушных судов.

1.6.Выводы к главе 1.

2.Влияние ошибочных оценок ситуации со стороны служб УВД на радионавигационное обеспечения полетов.

2.1 .Пропуск потенциального конфликта и оценка его вероятности.

2.2,Ошибки при прогнозе развития потенциальноконфликтных ситуаций и оценка их вероятности.

2.3 .Недопустимые временные задержки при передаче информации и оценка вероятности их возникновения.

2.4.Выводы к главе 2.

З.Оценка качества функционирования радионавигационных систем при их эксплуатации.

3.1.Радионавигационные системы и комплексы, как объекты статистической аттестации.

3.2,Основные параметры и оценка качества функционирования радионавигационных систем.

3.3.Основные параметры, характеризующих условия эксплуатации радионавигационных систем.

3.4.Статистическая аттестация радионавигационных систем и комплексов.

3.5.Выводы к главе 3.

Введение 2008 год, диссертация по транспорту, Стаднюк, Алексей Петрович

Мировая гражданская авиация, в том числе и отечественная, все более и более оснащается новыми сложными радиотехническими системами (РТС) и комплексами (РТК), включающими в себя радиолокационное, радионавигационное и связное оборудование, созданными на основе самых последних достижений науки, техники и технологии. Кроме того, повсеместное увеличение интенсивности воздушного движения (ИВД) вызывает резкое увеличение нагрузки на службы УВД. В этих условиях качество функционирования .радиотехнического оборудования, и в первую очередь радионавигационного оборудования, в значительной, если не в решающей, степени влияет и на организацию воздушного движения, и на безопасность полетов. Однако даже при самом совершенном радиоэлектронном оборудовании (РЭО) возникают ситуации, когда экипаж воздушного судна, осуществляя пилотирование строго по показаниям приборов, выводит воздушное судно на грань или даже за грань авиационного происшествия. Одной из объективно возникающих причин таких ошибок экипажа является воздействие на радионавигационную аппаратуру других радиотехнических устройств, являющихся источником непреднамеренных помех, воздействующих.

Необходимо отметить также, что далеко не всегда тактико-технические характеристики РТС и РТК, указанные в паспортных данных предприятий-изготовителей, соответствуют тем, которые реально имеют место в условиях эксплуатации. Это связано, во-первых, с особенностями конкретного размещения радиотехнического оборудования на местности, во-вторых, со спецификой функционирования РТС и РТК в изменяющихся условиях эксплуатации. Под термином "изменяющиеся условия эксплуатации" следует понимать все многообразие факторов, которые влияют на условия функционирования радиотехнического оборудования. При этом, прежде всего, следует выделить три фактора. К первому из них следует отнести электромагнитную обстановку в зоне действия конкретной РТС, которая может существенно изменяться как в течение времени года и времени суток, так и по ряду многих иных причин. Вторым существенным фактором является изменение значений информационных параметров принимаемых радиотехнических сигналов, вызванных изменением помеховой обстановки в зоне действия РТС и РТК. Наконец, к третьему фактору следует отнести действия служб УВД, которые при неверной оценке ситуации с их стороны могут иметь катастрофические последствия.

Таким образом, задача обеспечения требуемого качества функционирования радионавигационного обеспечения полетов в изменяющихся условиях эксплуатации, обусловленных наличием мешающих отражений, и ошибочных оценок ситуации со стороны служб, обеспечивающих организацию и непосредственное управление воздушным движением, а именно этим проблемам посвящена диссертационная работа, является актуальной научной и прикладной задачей, имеющей важное хозяйственное значение.

Целью работы является разработка методов оценки качества функционирования радионавигационных систем в изменяющихся условиях эксплуатации и оценки влияния на точностные характеристики их технического состояния, а также имеющих место радиопомех и ошибочных оценок ситуации при УВД.

Поставленная цель достигается путем решения следующих основных задач:

1.Анализа влияния процессов УВД на показатели безопасности полетов.

2.Анализа факторов, влияющих на эффективность радионавигационного обеспечения полетов ВС и выбора показателей эффективности.

3.Оценки влияния на точностные характеристики радионавигационного оборудования их технического состояния и воздействующих на них радиопомех.

4.0пределения аналитической зависимости между ошибкой оценивания навигационных параметров и воздействующих на датчики радионавигационного комплекса помех и отклонений его параметров от номинальных.

5.Анализа возможных ошибочных оценок ситуаций службами УВД, приводящих к потенциально-конфликтным ситуациям.

6.Расчета вероятностей перерастания потенциально конфликтных ситуаций в катастрофические.

7.Разработки методов статистической аттестации радионавигационного оборудования на основе оценок характеристик электромагнитной обстановки и информационных параметров сигнала.

На защиту выносится

1.Оценка влияния технического состояния радионавигационного оборудования и воздействующих на него радиопомех на радионавигационное обеспечения полетов.

2.Анализ влияния ошибочных оценок ситуации со стороны служб УВД на радионавигационное обеспечения полетов.

3.Оценка качества функционирования радионавигационных систем в изменяющихся условиях эксплуатации

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые: -предложены методы оценки функционирования радионавигационных систем в изменяющихся условиях эксплуатации;