Введение к работе
Актуальность'темы. Современная четырехмерная навигация, пирающался на высокоточные навигационные системы, имеет дело погрешностями вывода воздушного судна по отдельным точкам рассы до 20 с и менее. Такие погрешности могут быть достигну-ы только при условии полного учета метеорологических условий, арактеризуемых также с очень малыми погрешностями.
В планировании и управлении воздушным движением необходим чет состояния внешней среды в точках и областях пространства, которых воздушное судно будет находиться при полете по рассе, т.е. необходимо иметь прогнозируемые характеристики нєшней среды. По существу, при метеообеспечении дело имеют :егда с прогностической информацией. При этом информация о жтической погоде используется в том смысле, что за время, юшедшее после ее получения (срок наблюдений), изменение метрологических величин и условий не превышает допустимых пог-?шностей. Очевидно, чем выше временная изменчивость метеоро-)гических условий (эта изменчивость свойственная большинству іасньгх явлений, а также сложным условиям), тем большая роль пшадлежит прогнозам различной заблаговременности. С другой ороны, прогнозы с большой заблаговременностью имеют и боль-іе ошибки в прогнозируемых явлениях и величинах, поэтому при іанировании и управлении воздушным движением целесообразно шользовать минимальные интервалы упреждения.
Оперативное функционирование автоматизированных аэронави-щионных систем приводит к необходимости минимизации времени мерения и обработки информации о параметрах физического стояния атмосферы на воздушных трассах и в районах аэропор-в. При оценке условий взлета, посадки и полетов на эшелонах ъем информации, которую необходимо обрабатывать в авиацион-х метеорологических центрах и станциях, с каждым годом зна-тельно увеличивается в связи с использованием новых видов формации о физическом состоянии атмосферы, получаемой, нал-мер, системами дистанционного зондирования, а также воз-станием потока метеорологической информации от аэропортов
первой посадки, запасных аэродромов и гидрометеостачций штої мового кольца. В связи с этим проблема непрерывной обработ} метеорологической информации, поступающей в автоматизировали} систему планирования и управления воздушным движением станс вится неразрешимой без построения автоматизированных систє метеорологического обеспечения. Именно поэтому в нашей стра* и за рубежом все большее внимание уделяется разработке исследованию автоматизированных систем метеорологическог обеспечения процессов аэронавигации.
Значительный рост интенсивности воздушного движения, увє личение объема воздушных перевозок, широкое развитие сети as ропортов на магистральных и местных воздушных линиях, появле ние новых типов воздушных судов, имеющих большие скорости грузоподъемность, обуславливает необходимость дальнейших тес ретических и экспериментальных исследований проблемы автоматі1 зации процессов планирования и управления воздушным движение* Важной составной задачей этой комплексной проблемы являете разработка эффективных физических и математических методе анализа и учета информации о физическом состоянии атмосферы автоматизированных системах аэронавигации. Решение рассматря ваемоп задачи значительно способствует выполнению авиационнс метеорологической службой.своих основных функций, состоящих обеспечении безопасности, регулярности и экономической эффен тивности воздушных перевозок.
Цель исследований. Целью диссертационной работы явилос теоретическое обобщение авиационнометеорологических аспекте проблемы четырехмерной аэронавигации, развитие системного пог хода к познанию влияния физического состояния атмосферы на пс леты воздушных судов и разработка на этой основе методов, аг горитмов и автоматизированных технологий анализа и комплексне го использования климатологической, фактической (текущей) прогностической информации о физическом состоянии атмосферы задачах метеорологического обеспечения четырехмерной азронави гации при автоматизации процессов планирования и управлена воздушным движением.
Научная новизна. Рачработаны обоснованы и развиты прия ципы комплексного учета информации о физическом состоянии ат мосферы в моделях четырехмерной аэронавигации. Проведен системные исследования моделей физического состояния атмосфер
.эронавигационные модели движения воздушных судов. Синтези-аны модели взаимодействия атмосферы с воздушными судами, троены координирующие стратегии управления системами класса мосфера-воздушные суда". Синтезирована теоретико-множест-ная система структурных отношений "атмосфера-воздушные су-
Разработаны координирующие стратегии оптимальных взаимо-[СТЕий ее управляющих блоков, образующііх иерархическую іуктуру, с учетом информации о физическом состоянии атмосфе-
Развиты теоретические основы теории распознавания опасных . ; авиации явлений погоды. Исследован класс квадратичных мет-іеских функций в задачах распознавания и классификации ат-
:фернЫХ ПрОЦеССОВ И ЯВЛЄНИЙ.
Предложен и исследован новый класс сингулярных метри-. :ких функций для задач анализа информации о физическом :тоянии атмосферы. Доказана теорема о сходимости порожденных і адаптивных алгоритмов распознавания и классификации. Эф-;тивность построенных алгоритмов подтверждается серией ;ленных экспериментов при распознавании опасных для авиации іений погоды.
Впервые разработаны принципы учета климатологической ин->мации о сложных метеорологических условиях при оптимизации досрочных планов движения воздушных судов (авиарасписания), лзана теорема об оптимальных сдвигах авиарасписания по ба-1ым контурам.
Построены новые алгоритмы принятия оптимальных решений, юпасных в метеорологическом отношении, при оперативном уп-ілениіі несколькими классами воздушных судов.
Впервые построены и строго математически обоснованы алго-мы оптимального учета климатологической, фактической и гностической информации о физическом состоянии атмосферы в іачах автоматизации процессов долгосрочного планирования и іративного управления полетами воздушных судов с использова-!М методов математической логики.
Разработана автоматизированная интерактивная технология хорологического обеспечения четырехмерной аэронавигации.
Разработана система имитационного моделирования для авто-
4 матизированиого проектирования перспективных систем метеоро; гического обеспечения процессов планирования и управления вс душным движением.
Таким образом, разработанные теоретические положения я ляются новыми фундаментальными достижениями в развитии тако перспективного направления, как метеорологическое обеспечен аэронавигации при автоматизации планирования и управления во душным движением.
Практическая ценность. Полученные в диссертации результ ты по вопросам анализа и учета климатологической, фактическ и прогностической информации о физическом состоянии атмосфе используются при разработке систем метеорологического обесп чения автоматизированных систем навигации и управления возду; ним движением разных уровней иерархии. Алгоритмы распознавай: опасных для авиации явлений погоды использованы при разработі автоматизированной радиолокационной системы штормоповещениі Предложенные принципы учета климатологической информации сложных метеорологических условиях в долгосрочном планирован] движения воздушных судов использоеэны при совериенствоваш АСУ "Расписание".
Автоматизированная интерактивная технология метеоролоп чес::ого обеспечения авиации положена в основу проекта техні ческого переоснащения Главного авиационного метеорологическої центра
Положения диссертационной работы использовались при раг работке принципов построения единой автоматизированной систеь организации воздушного движения страны, а также в междунаро; ком проекте построения комплексной автоматизированной систем метеорологического обеспечения авиации и других отраслей на родного хозяйства КАС-МЕТЕО.
На зашиту выносятся:
принципы комплексного учета информации о физически состоянии атмосферы в моделях четырехмерной аэронавигации, ко ординирующие стратегии управления системами класса "атмосфе pa-воздушные суда";
новый класс сингулярных метрических функций и адаптив ных алгоритмов распознавания опасных и сложных для авиации Яв лений погоды;
принципы построения диалоговых систем метеорологически
5 беспечения четырехмерной аэронавигации и автоматизирован-технология анализа и прогноза погоды для авиации;
- комплекс моделей учета климатологической, фактической и
ностической информации о физическом состоянии атмосферы в
.чах планирования и оперативного управления воздушным дви-
:ем;
- автоматизированные системы метеорологического обеспече-.
авиации разного уровня и их имитационные модели.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались и вдались:
- на II, III, IV и V-ой Всесоюзных научно-практических,
[еренциях по безопасности полетов в гражданской авиации
шнград, 1979, 1982, 1985, 1988);
-на IV Ленинградском симпозиуме по теории адаптивных гем (1979); '
-на Всесоюзной научно-технической конференции по безо-юсти полетов в условиях опасных внешних воздействий (Киев, 1);
-на Всесоюзных конференциях по применению статистических одов в метеорологии (Алма-Ата, 1981, Казань, 1985);
- на VI Всесоюзном совещании по радиометеорологии (Гал-
н, 19S2);
- на Всесоюзной конференции по статистической радиофизике нск, 1984);
на Всесоюзных конференциях по авиационной метеорологии сква, 1986, Суздаль', 1990);
на Всесоюзной конференции по активным воздействиям на рометеорологические процессы (Обнинск, 1987);
на Международной ' конференции по автоматизированным ітемам управления (Пловдив, 1987);
на Международном симпозиуме по комплексному обеспечению :ударственных органов, народного хозяйства и обиественности "еорологической информацией (Потсдам, 1989);
на совместном заседании секции N б 25 международной іференции по радиолокационной метеорологии и 4 конференции
авиационным метеорологическим системам (Париж, 1991).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы ^бликованы в 45 печатных работах и одной монографии, список горых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит введения, семи пав, заключения и списка цитируемой литерат ив 219 наименований. Общений объем страниц текста - 386, которых 9 таблиц, 46 рисунков.