Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современных алгоритмов оценки уровня безопасности полетов 11
1.1. Уровень безопасности полетов и способы его оценки 14
1.2. Модель Рейха 22
1.3. Обобщенный алгоритм Рейха 26
1.4. Модель, разработанная в NASA 30
1.5. Алгоритм, предложенный ГосНИИ "Аэронавигация" 33
1.6. Алгоритм оценки вероятности успешного приземления ВС . 37
1.7. Выводы 41
Глава 2. Оценка уровня безопасности полетов 45
2.1. Расчет вероятности столкновения ВС, движущихся на одной высоте, при нормальном законе распределения измеренных параметров 45
2.2. Общий случай расчета вероятности столкновения ВС, при нормальном законе распределения измеренных параметров . 55
2.3. Расчет вероятности столкновения ВС, движущихся на одной высоте, при двустороннем экспоненциальном законе распределения измеренных параметров 63
2.4. Вероятность правильной посадки 69
2.5. Выводы 73
Глава 3. Сравнительный анализ алгоритмов оценки уровня безопасности полетов 76
3.1. Сравнительный анализ алгоритмов при полете по пересекающимся трассам 77
3.2. Зависимость величины вероятности и риска столкновения от ошибок определения координат ВС 84
3.3. Метод наведения на цель 89
3.4. Реальная воздушная обстановка 96
3.5. Сравнительный анализ алгоритмов оценки вероятности успешной посадки ВС 101
3.6. Выводы 109
Глава 4. Оценка уровня безопасности полетов в реальном масштабе времени 112
4.1. Индикатор уровня безопасности полетов 113
4.2. Контроль уровня безопасности полетов 115
4.3. Контроль за нарушениями норм эшелонирования 119
4.4. Контроль интенсивности воздушного движения 125
4.5. Выводы 127
Заключение 128
Литература 134
- Уровень безопасности полетов и способы его оценки
- Расчет вероятности столкновения ВС, движущихся на одной высоте, при нормальном законе распределения измеренных параметров
- Сравнительный анализ алгоритмов при полете по пересекающимся трассам
- Контроль за нарушениями норм эшелонирования
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время контролю за уровнем безопасности полетов придается исключительное значение. Это вызвано ростом объемов воздушных перевозок и тяжестью последствия воздушных катастроф. Поэтому, согласно поправке N 40 к Приложению 11 [23], в каждом государстве должен быть установлен приемлемый уровень безопасности полетов, за обеспечение которого данное государство несет ответственность. С целью повышения эффективности функционирования системы управления воздушным движением (УВД), требуется оптимизировать существующие функции контроля за соблюдаемым уровнем безопасности полетов. Для этого, используя современные методы обработки информации, нужно иметь возможность оперативно контролировать текущий уровнь безопасности полетов.
На сегодняшний день для оценки уровня безопасности полетов используются реальные события [21, 26]: столкновения воздушных судов (ВС), столкновения ВС с другими объектами, катастрофы при взлете и посадке. По данным расследования катастрофы выявляются причины происшедшего и принимаются решения для предотвращения катастроф в будущем. Для достоверной оценки уровня безопасности полетов в зоне конкретного центра УВД нужно накапливать статистику происшествий длительное время, так как катастрофы являются редкими событиями. Следовательно, данный способ оценки не дает возможности оперативно оценить уровень безопасности полетов в текущий момент времени.
Для оценки уровня безопасности полетов в зоне ответственности центра УВД в текущий момент времени требуется ввести оперативную оценку, которая позволяет дать объективное представление о динамике изменения без-
опасности полетов. Для этого при вьгаислении оперативной оценки уровня безопасности полетов должна использоваться наиболее полная информация о движении ВС и структуре контролируемого воздушного пространства. Здесь разделяются несколько задач: оценка уровня безопасности при полетах на трассах, в зоне подхода, при взлете и посадке ВС, руление в зоне аэродрома. Решения этих задач являются объектом исследований во многих странах [4, 5, 7-9, 11, 28-30, 32-54, 56-81].
Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов оперативной оценки уровня безопасности полетов на трассах и при посадке ВС. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Разработать алгоритмы оценки вероятности столкновения ВС и уровня безопасности полетов в реальном масштабе времени, которые в полной мере учитывают текущую информацию о движении ВС, получаемую от наземных средств наблюдения.
Разработать алгоритм определения вероятности успешной посадки ВС для оценки уровня безопасности полетов в реальном масштабе времени.
Провести анализ разработанных алгоритмов на основе компьютерных методов обработки информции с использованием имитационных примеров и записей реальной воздушной обстановки.
Разработать структуру и состав комплекса программно-аппаратных средств, которые функционируют на основании разработанных алгоритмов и предназначены для оперативного контроля соблюдаемого уровня безопасности полетов в центрах УВД.
Основные методы исследования. При разработке алгоритмов оценки уров-
ня безопасности полетов на трассах и для посадки ВС в настоящей работе были использованы методы системного анализа, теории вероятности, теории случайных процессов, математической статистики и теоретические основы радиолокации. Анализ существующих и разработанных алгоритмов проводился методами математического моделирования, а также методами натурных испытаний в центрах УВД.
Научная новизна. В диссертации получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной:
Разработана новая вероятностная модель потенциально опасной ситуации при полете ВС, которая учитывает ошибки определения не только пространственных координат ВС, но и их скоростей.
Дано новое определение вероятности возникновения потенциально опасной ситуации при полете ВС, в котором учитывается не только минимально возможное расстояние между конфликтующими ВС, но и время до кульминации конфликта.
Разработан алгоритм оценки вероятности конфликта при полете ВС, использующая текущую траєкторную информацию о местоположении ВС и их скорости.
Разработана новая вероятностная модель, позволяющая по оперативным данным наземных радиотехнических средств наблюдения, оценивать вероятность успешного приземления ВС.
Разработана структура и состав программно аппаратного комплекса оценки соблюдаемого уровня безопасности полетов, предназначенного для размещения в центрах УВД.
Практическая значимость работы. Разработанные и исследованные математические модели и алгоритмы являются основой для практической реализации программно-аппаратного комплекса, предназначенного для оперативного контроля соблюдаемого уровня безопасности полетов в центрах УВД. Использование комплекса позволяет произвести оценку уровня безопасности полетов в контролируемой зоне системы УВД, оповещение персонала центра УВД об опасности возникновения конфликта, регистрацию обнаруженных и наблюдаемых конфликтов, статистическую обработку данных о безопасности полетов, анализ причин и условий возникновения зарегистрированных опасных ситуаций.
Созданный на базе разработанных алгоритмов программно-аппаратный комплекс в настоящее время тестируется в Минском и Ереванском центрах УВД
На основе выполненных исследований и полученных результатов в ходе диссертационной работы сформулированы следующие положения, выносимые на защиту:
Вероятностная модель потенциально опасной ситуации при полете ВС, учитывающая ошибки определения пространственных координат ВС и их скоростей.
Алгоритм оценивания вероятности конфликта при полете ВС, которая использует текущую информацию о местоположении ВС и их скорости, полученную в результате траекторной обработки радиолокационной информации.
Вероятностная модель посадки ВС и алгоритм оценки вероятности успешного приземления ВС, использующий оперативные данные наземных
радиотехнических средств наблюдения.
4. Структура программно аппаратного комплекса для оперативной оценки соблюдаемого уровня безопасности полетов в контролируемой зоне центра УВД.
Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: седьмая, восьмая, девятая и десятая научные сессии аспирантов и соискателей ГУАП, посвященные Всемирному дню космонавтики, Санкт-Петербург, 2004 г., 2005 г., 2006 г. и 2007 г.; XI Международная научно-техническая конференция "Радиолокация, навигация, связь", Воронеж, 2005 г.; второй Международный конгресс "Безопасность в авиации", Киев, 2005 г.;
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ [12]-[17], [55], в которых изложено основное ее содержание. Работа [17] опубликована в издании, находящемся в перечне ВАК.
Структура диссертации. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы.
Первая глава посвящена обзору материалов по контролю безопасности полетов. Рассмотрены используемые в настоящее время алгоритмы оценки уровня безопасности полетов на трассах и при посадке.
Во второй главе диссертации рассматриваются вопросы разработки алгоритмов оценки уровня безопасности полетов на трассах и при посадке в реальном масштабе времени для двухмерного и трехмерного пространств.
Третья глава посвящена сравнительному анализу наиболее известных и разработанных в работе алгоритмов оценки уровня безопасности полетов. Приведен анализ разработанного алгоритма оценки уровня безопасности полетов
на трассах на реальных записях воздушной обстановки.
В четвертой главе диссертации рассмотрена структурная схема и принцип работы программно-аппаратного комплекса для оценки наблюдаемого уровня безопасности полетов.
Уровень безопасности полетов и способы его оценки
Рост объемов перевозок воздушным транспортом и соответственное возрастание интенсивности воздушного движения обостряет проблемы его безопасности. Воздушные катастрофы, в отличие от таковых на суше или море, достаточно часто сопровождаются полным уничтожением техники и приводят к гибели всех людей находящихся на борту. Из большого числа задач по обеспечению безопасности полетов, нас будет интересовать оценка уровня безопасности при полете ВС на трассах и обеспечение безопасности их посадки. Обе эти задачи для своего разрешения предполагают правильную организацию полетов, а также точную и технически обеспеченную работу наземных служб управления полетами. Решение прочих задач (отказ техники, недостатки в подготовке экипажей, террористические угрозы и т.п.) обеспечивается другими структурами (такими как: правоохранительные государственные органы, авиакомпании, службы аэропорта и др.), и их влияние на безопасность полетов мы рассматривать не будем.
Введем определение терминов [25]: столкновение, конфликт, авиационное происшествие и авиационный инцидент. Под столкновением понимается ситуация, когда координаты двух или более ВС в один момент времени совпадают. Под конфликтом понимается ситуация, когда ВС нарушают нормы эшелонирования. Также в литературе посвященной безопасности полетов часто встречаются следующие термины: авиационные происшествия и авиационные инциденты. Определение этих терминов взято из [25]. "Авиационное происшествие - событие, связанное с использованием воздушного судна, которое имеет место с момента, когда какое-либо лицо вступило на борт с намерением совершить полет, до момента, когда все лица, находившиеся на борту с целью совершения полета, покинули воздушное судно, и в ходе которого: 1. какое-либо лицо получает телесное повреждение со смертельным ис ходом в результате нахождения в данном воздушном судне, за исклю чением тех случаев, когда телесные повреждения получены вследствие естественных причин, нанесены самому себе либо нанесены другими ли цами или когда телесные повреждения нанесены безбилетным пассажи ром, скрывающимся вне зон, куда обычно открыт доступ пассажирам и членам экипажа; Примечание: Телесное повреждение, в результате которого в течение 30-ти дней с момента происшествия наступила смерть, классифицируется как телесное повреждение со смертельным исходом; 2. воздушное судно получает повреждение или происходит разрушение его конструкции, в результате чего: а. нарушается прочность конструкции, ухудшается технические или летные характеристики воздушного судна; б. требуется крупный ремонт или замена поврежденного элемента; за исключением: случаев отказа или повреждения двигателя, когда поврежден только сам двигатель, его капоты или вспомогатель ные агрегаты, или повреждены только воздушные винты, неси ловые элементы планера, обтекатели, законцовки крыла, антен ны, пневматики, тормозные устройства или другие элементы, если эти повреждения не нарушают общей прочности конструкции, или в обшивке имеются небольшие вмятины или пробоины; произошло повреждение или разрушение элементов несущих или рулевых винтов, втулки несущего или рулевого винта, трансмиссии, повреждений вентиляторной установки или редуктора, если эти случаи не привели к повреждениям или разрушениям силовых элементов фюзеляжа (балок); повреэюдений обшивки фюзеляжа (балок) без повреждения силовых элементов; 3. воздушное судно пропадает без вести или оказывается в таком месте, где доступ к нему абсолютно невозможен. Авиационное происшествие без человеческих лсертв (авария) - авиационное происшествие, не повлекшее за собой человеческих жертв или пропажи без вести кого-либо из пассажиров или членов экипажа. Авиационное происшествие с человеческими жертвами (катастрофа) -авиационное происшествие, приведшее к смерти или пропаже без вести кого-либо из пассажиров или членов экипажа. К катастрофам относятся также случаи гибели кого-либо из лиц, находившійся на борту, в процессе их аварийной эвакуации из воздушного судна. Авиационный инцидент - событие, связанное с использованием воздушного судна, которое имело место с момента, когда какое-либо лицо вступило на борт с намерением совершить полет, до момента, когда все лица, находившиеся на борту с целью совершения полета, покинули воздушное судно, и обусловленное отклонениями от нормального функционирования воздушного судна, экипажа, служб управления и обеспечения полетов, воздействием внешней среды, могущее оказать влияние на безопасность полетов, но не закончившееся авиационным происшествием." Из приведенных определений видно, что столкновение является одним из видов авиационного происшествия при полете на трассах. Конфликтная ситуация принадлежит к классу авиационных инцидентов. Над проблемой оценки уровня безопасности полетов ведутся работы во многих странах мира. Существует большое количество научных работ [4, 5, 7-9, 11, 28-30, 32-54, 56-81]. по данной теме, где предлагаются различные алгоритмы оценки. В данной главе рассмотрены наиболее известные методы оценки уровня безопасности полетов и дан их краткий анализ.
Расчет вероятности столкновения ВС, движущихся на одной высоте, при нормальном законе распределения измеренных параметров
В предыдущих параграфах были рассмотрены алгоритмы оценки уровня безопасности полетов на трассах и для посадки. Данная глава посвящена сравнительному анализу этих алгоритмов.
Сравнительный анализ алгоритмов оценки уровня безопасности полетов на трассах проведем на основе имитационных примеров и на реальных записях воздушной обстановки в зоне ответственности системы УВД. При этом будут исследованы вопросы влияния взаимного расположения ВС и уровня ошибок определения координат ВС на величину вероятности столкновения. Также будет дан анализ разработанного алгоритма при криволинейном движении ВС. Данный анализ является очень важным, так как в реальной воздушной обстановке ВС очень редко движутся прямолинейно. Для имитации столкновения используются принципы самонаведения, когда на ВС, совершающее полет по выбранному маршруту, происходит наведение конфликтующих ВС методом погони и пропорционального наведения.
Сравнительный анализ алгоритмов оценки вероятности успешного приземления ВС проведем только на имитационных примерах. Покажем влияние отклонения параметров движения от заданных значений на величину вероятности успешного приземления.
Все вычисления для имитационных примеров проводились в прикладном пакете "MATLAB 6". 3.1. Сравнительный анализ алгоритмов при полете по пересекающимся трассам Для проведения сравнительного анализа алгоритмов оценки вероятности и риска столкновения на пересекающихся трассах рассмотрим два тестовых сценария. Сценарий первого теста следующий: два ВС вылетают из пунктов удаленных друг от друга на 30 км с одинаковыми скоростями 720 км/час и движутся прямолинейно. Траектории их движения выбраны так, что в некоторой точке происходит сближение ВС на расстояние меньше максимального удвоенного размера ВС (т.е. имеет место столкновение ВС). После прохождения точки максимального сближения ВС начинают расходиться, не меняя траекторий и параметров движения. Угол пересечения трасс равен 90, что достигается выбором путевых углов ВС соответственно +45 и -45 (рисунок 3.1). Локатор находится в начале координат. Ошибки определения координат и скоростей следующие: среднеквадратическая ошибка по азимуту - craz — 8 мин; сред-неквадратическая ошибка по дальности - ста - 100 м; среднеквадратическая ошибка по скорости - crv = 10 м/сек. Максимальный удвоенный размер ВС равен 90 м. Расстояние между ВС при этом меняется примерно по линейному закону (рисунок 3.2). Момент столкновения приходится на 106-ю секунду полета.
В процессе моделирования оценивались риск столкновения и вероятность столкновения. Интервал между соседними измерениями был выбран равным 1 сек. На рисунке 3.3 показаны графики зависимости риска и вероятности столкновения для моделей NLR, NASA, ГосНИИ "Аэронавигация" и разработанной модели от времени. По оси абсцисс отложено время, по оси ординат значение риска и вероятности столкновения. Из рисунка 3.3 видно: 1. временная зависимость интенсивности потока столкновений, а, следовательно, и риска, для модели NLR имеет вид узкого пика, максимум которого приходится на момент максимального сближения ВС. Максимальное значение риска столкновения составляет 0,07. Ширина пика для данной модели равна примерно 8 секундам; 2. вероятность столкновения, рассчитанная для модели NASA практически не меняется во времени. Величина вероятности столкновения на момент максимального сближения равна 0,22. Это говорит о том, что данная модель мало чувствительна к изменению взаимного положения ВС. Данный факт неоднократно отмечался в научных публикациях, посвященных анализу различных моделей возникновения конфликта и алгоритмов расчета вероятности столкновений [38]; 3. риск столкновения для модели ГосНИИ "Аэронавигация", так же как и временная зависимость вероятности столкновения для модели NASA, практически не меняется во времени. Это говорит о том, что данная модель также мало чувствительна к изменению взаимного расположения ВС. Риск столкновения на момент максимального сближения равен 0,1; 4. предлагаемая модель показала высокую чувствительность к изменению взаимного расположения ВС. Для нее рассчитываемая вероятность монотонно растет по мере сближения ВС, достигает максимума в точке, соответствующей максимальному сближению ВС и резко убывает после начала расхождения ВС.
Сравнительный анализ алгоритмов при полете по пересекающимся трассам
В предыдущих параграфах были рассмотрены ситуации для прямолинейного движения ВС. В реальной воздушной обстановке такая модель движения встречается редко. Поэтому для наиболее полного анализа алгоритма оценки вероятности столкновения требуется протестировать его для непрямолинейного движения ВС. Для этого рассмотрим имитатор воздушного движения.
Имитатор воздушного движения изначально создавался для целей отладки алгоритмов мультирадарной траекторной обработки радиолокационной информации. Имитатор был разработан в ЗАО "Пеленг", в прикладном пакете "MATLAB 6". Имитатор обеспечивает имитацию одновременного полета нескольких ВС с заданным маршрутами полета и динамическими характеристиками. В имитаторе также задаются тактико-технические характеристики имитируемых радиолокационных станций (РЛС).
Добавим в имитатор воздушного движения ситуацию самонаведения четырех ВС на цель - ВС, летящий по некоторому маршруту вдоль ортодромии. Основными методами наведения на цель, которая движется по заранее неизвестной траектории, являются: прямой метод; метод погони; метод параллельного сближения; метод пропорционального наведения и метод накрытия цели [6]. Среди этих методов в качестве метода наведения были выбраны два - метод погони и метод параллельного сближения. Выбор данных методов не был случайным. Как известно, метод погони дает наибольшую кривизну траектории сближения наводимого снаряда с движущейся целью, а метод параллельного сближения, наоборот, - минимальную.
Введем следующие обозначения: Vtarget - скорость движения ВС, на которое наводятся другие борты (цель), Vrocket - скорость движения наводящегося борта (ракеты). Под методом погони понимается метод, при котором в каждый момент времени вектор скорости ракеты направлен на цель. В имитаторе смоделируем ситуацию, когда цель движется прямолинейно и равномерно. В этом случае довольно просто вычислить траекторию движения наводящихся ВС. В методе погони различают два случая: медленные цели ( = тг h); быстрые цели. Ввиду того, что при наведении на быстро движущиеся цели метод погони дает недопустимо большие ошибки наведения, рассмотрим ситуацию наведения на медленно движущиеся цели. В этом случае кривизна траектории к растет по мере приближения ракеты к точке встречи и в точке встречи стремится к бесконечности. Тем самым мы получаем траекторию движения бортов с наибольшей кривизной.
Метод параллельного сближения также называют методом последователь-ных упреждений. В данном методе вектор скорости ракеты Vrocket в каждый момент времени направлен в упрежденную точку, соответствующую этому моменту времени. Упрежденной называется такая точка, в которой ракета ветре-тилась бы с целью, если векторы ракеты и цели с текущего момента времени не менялись. При использовании данного метода в момент столкновения траектория движения ракеты имеет наименьшую кривизну.
Оценим эффективность алгоритма оценки безопасности полетов на трассах в случаях использования для наведения метода погони и метода параллельного сближения. В качестве района испытаний возьмем московскую зону УВД. И смоделируем ситуацию наведения четырех ВС, вылетающих из географических пунктов Бежецк, Таловая, Ряжск, Кромы, на ВС, летящий по маршруту Сафоново - Горький (рисунок ЗЛО).
В имитаторе задаются следующие параметры имитируемой РЛС (рисунок ЗЛО): D - вероятность обнаружения, F - вероятность ложных тревог, R - ошибка по дальности и Az - ошибка по азимуту. Кроме этого задаются и параметры движения для каждого ВС: Н - высота полета (км), V - скорость движения (км/ч), Initial point - начальный пункт следования, Final point - конечный пункт и Number - номер ВС. При помощи кнопки "Пуск" имитатор запускается на выполнение.
Исходя из особенностей расчета вероятности столкновения для нашей модели, следовало ожидать, что конфликтная ситуация при использовании метода параллельного сближения будет обнаружена раньше, чем при наведении по методу погони.
В имитаторе были созданы две записи движения ВС. В первой записи имитировался метод погони (рисунок 3.11), во второй - метод параллельного сближения бортов (рисунок 3.12). В итоге, при воспроизведении записи движения ВС были получены следующие диаграммы распределения вероятности столкновения: для метода погони (рисунок 3.13) и для метода параллельного сближения (рисунок 3.14).
На рисунках 3.13 и 3.14 показано воздушное пространство в горизонтальной плоскости. Воздушное пространство разбито на сегменты. Сегменты, в которых были ВС, окрашены. Цвет сегмента определяется величиной вероятности столкновения согласно легенде, которая находится в правом верхнем углу. Если сегмент окрашен в зеленый цвет, значит величина вероятности столкновения в данном сегменте не превышает значение уровня TLS (Ю-9). Как только цвет сегмента перестает быть зеленым, значит величина вероятности столкновения начинает превышать значение уровня TLS. В зависимости от величины вероятности столкновения сегмент меняет свой цвет согласно градации в легенде.
Сравним полученные результаты для двух способов наведения (рисунки 3.13 и 3.14). Видно, что при методе параллельного сближения (рисунок 3.14) величина вероятности столкновения раньше начинает превышать допустимый уровень, т.е. конфликтная ситуация обнаруживается раньше, чем при методе погони (рисунок 3.13). При методе параллельного сближения уже на удалении 40 - 50 км ВС друг от друга величина вероятности столкновения начинает превышать Ю-4. Для метода погони конфликтная ситуация также обнаружена заблаговременно. Для данного метода величина вероятности столкновения начинает превышать 10 4, когда ВС находятся на расстоянии 10 - 20 км друг от друга.
Контроль за нарушениями норм эшелонирования
На основе проведенного анализа определен перечень свойств алгоритма оценки соблюдаемого уровня безопасности полетов, который был бы конкурентно способным по сравнению с вышеперечисленными алгоритмами: а. алгоритм должен учитывать всю совокупность статистических свойств оценок местоположения и скоростей пар ВС; б. алгоритм должен учитывать текущее взаимное расположение ВС; в. алгоритм должен предсказывать возможность столкновения (кон фликта); г. алгоритм должен хорошо сочетаться с особенностями вторичной (траекторной) и третичной (мультирадарной) обработки радиолока ционной информации, поступающей от средств УВД; д. алгоритм должен иметь простую математическую структуру. е. алгоритм должен дать возможность оценить вероятность столкновения ВС и вероятность конфликта ВС при движении на трассах и вероятность успешной посадки ВС в реальном масштабе времени при использовании современных средств вычислительной техники; ж. алгоритм должен давать результаты, сравнимые с другими существующими к настоящему времени алгоритмами. 3. С учетом сформулированных требований разработан алгоритм оценки уровня безопасности полетов ВС на трассах. Введено новое определение вероятности столкновения, в соответствии с которым, вероятность столкновения вычисляется как вероятность совместного выполнения двух событий: минимально возможное расстояние между ВС должно попасть в интервал, равный удвоенному максимальному линейному размеру ВС; время до достижения минимально возможного расстояния должно попасть в заданный интервал. Такое определение вероятности столкновения позволяет заблаговременно предсказать возможное столкновение и при этом значительно уменьшить вероятность ложных тревог. Разработанный алгоритм учитывает наиболее полную информацию о параметрах движения ВС (учитывает и ошибки определения координат, и ошибки определения скоростей ВС). 4. Рассмотрены два закона распределения ошибок оценки координат и скоростей (нормальный и двусторонний экспоненциальный законы распределения) для вычисления вероятности столкновения. Показана область применения каждого из законов распределения. Алгоритм оценки вероятности столкновения при использовании нормального закона распределения имеет довольно простую математическую структуру и при этом хорошо согласуется с особенностями траекторной и мультирадарной обработки, основанной на многоканальном фильтре Калмана. Для двухстороннего экспоненциального закона распределения при оценке уровня безопасности полетов требуется использование значительно больших вычислительных ресурсов и поэтому оправдано только в ситуациях, когда полеты ВС выполняются в зонах использования глобальных навигационных систем. 5. Разработан трехмерный алгоритм для оценки уровня безопасности полетов при полетах на трассах. В нем вычисления проводятся при условии нормального закона распределения ошибок определения координат и скоростей. В виду того, что определение координат ВС в горизонтальной и вертикальной плоскостях отличаются, в трехмерном алгоритме оценки уровня безопасности полетов на трассах были разделены ошибки определения координат в горизонтальной и вертикальной плоскостях. 6. Разработан алгоритм оценки вероятности успешного приземления ВС, который учитывает наиболее полную информацию о посадке ВС: отклонения от глиссады в горизонтальной и вертикальной плоскостях, ограничения на вертикальную скорость снижения ВС и на координату точки первого касания посадочной поверхности. Алгоритм имеет простую структуру и может использоваться в реальном масштабе времени на современном оборудовании. 7. Произведен сравнительный анализ алгоритмов оценки уровня безопасности полетов на трассах и при посадке. Показано, что результаты, полученные при использовании разработанного алгоритма, соизмеримы с результатами, полученными при использовании наиболее известных ал 131 горитмов оценки уровня безопасности полетов на трассах. Доказано, что разработанный алгоритм свободен от характерных недостатков вышеназванных алгоритмов: а. Предложенный алгоритм четко отслеживает динамику движения ВС. В отличие от существующих алгоритмов оценка вероятности столкновения в разработанном алгоритме монотонно возрастает по мере сближения ВС и резко убывает при расхождении ВС. Для слу чая отсутствия столкновения ВС, оценка вероятности столкновения постепенно убывает при сближении ВС и резко убывает при расхо ждении; б. алгоритм позволяет не только оценить вероятность столкновения, но заблаговременно его предсказать. Этот факт был доказан как для прямолинейной, так и для криволинейной траекторий движения ВС; в. вычисления вероятности столкновения являются сравнительно про стыми, что позволяет использовать данный алгоритм для расчета соблюдаемого уровня безопасности полетов в реальном масштабе времени; г. для вычисления риска и вероятности столкновения с 7% точностью необходимо, чтобы СКО ошибок измерения дальности и азимута не превышали 50 м и 2 соответственно; 8. Проведен сравнительный анализ алгоритмов оценки вероятности успешного приземления ВС. Показаны основные преимущества разработанного алгоритма: алгоритм является трехмерным и учитывает большее, чем в алгоритме Семакова, количество информации о ходе совершения посадки. Кроме того, в данном алгоритме рассчитывается непосредствен 132 но вероятность правильной посадки ВС. При вычислении вероятности успешного приземления ВС учитываются момент первого касания ВС посадочной поверхности, ограничения на вертикальную скорость и отклонения от курса. 9. На базе предложенных алгоритмов были разработаны программно-аппаратные средства для оценки наблюдаемого уровня безопасности полетов в реальном масштабе времени.
Алгоритмы оценки уровня безопасности полетов, разработанные в настоящем диссертационном исследовании, положены в основу аппаратуры автоматизированного рабочего места менеджера по безопасности полетов "АРМ менеджера по безопасности". Составная часть АРМ менеджера по безопасности (индикатор уровня безопасности полетов) в настоящее время находится в опытной эксплуатации в двух центрах УВД. В результате опытной эксплуатации, в одном из центров УВД, были выявлены сегменты воздушного пространства, где с определенной частотой происходили нарушения норм эшелонирования. После проведения анализа данных нарушений при помощи АРМ менеджера по безопасности полетов были выявлены причины нарушений использования воздушного пространства.
