Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ .Современный этап развития Гравданской виацик характеризуется возрастанием ее роля в народном хозяйстве траны, постоянным ростом интенсивности и плотности воздушного вижения, расширением диапазонов высот полета.воздушных судов (ВС), этих условиях все большую роль играет требование обеспечения езопасности воздушного движения при сохранении высокого уровня кономичности и регулярности полетов. При этом все возрастающую эль, в особенности для обеспечения полетов на воздушных линиях, ало оснащенных наземными средствами УВД, пролегающих в монаселенных районах Сибири и Крайнего Севера, приобретают зстично или полностью автоматизированные навигационные комплексы, сличающие в себя высокоточные бортовые радиотехнические средства )ассовой навигации, (позиционные корректоры), в частности, жемоиндакаторы спутниковых радаонавигациошшх систем (СРЇЇС) типа Іавстар" и Тлояасс", а также ггриемоиндикаторы радиотехнических юдств дальней навигации (РСДН) типа РСДН-20, РСДН-3 и их ірубежвнх аналогов.
Стремление обеспечить полеты ВС в экономически выгодных жимах, то-ость по ортодромическим траекториям и на оптимальных я каждого тшіа ВС эшелонах, приводит к повышению плотности здушного движения, что вызывает необходимость сокращения здушных коридоров. При этом требования безопасности воздушного ижения и экономичности полетов ВС вступают в определенное отиворечие.
Совершенствование бортовых средств навигации и повнтанке их
-4-точности позволяет в автоматическом режиме ( так называемом режимі автоматического зависимого наблюдения) или по запросу диспетчері УВД осуществлять цифровую передачу в центр УВД данных ( местоположении ВС либо об отклонении действительного местоположение ВС от текущего плана при пролете контрольных пунктов.
При этом имеет место место комплексное использование средст навигации, радиосвязи и посадки в процессе решения зада^ оперативного УВД, включающих, в себя процессы текущего планирования, управления по траектории текущего-, плана и управления с экстраполяцией.
Дальнейшим шагом в напралении расширения функциональных возможностей высокоточных средств трассовой навигации является создание с использованием их бесконфликтных пространственно--временных траекторий в районах аэродромов в связи с внедрением аэродромных автоматизированных систем УВД (АС УВД).Применение таких "жестких" траекторий при взлете и заходе на посажу позволяет максимально использовать пропускную способность взлетно-посадочной полосы (ВПП) при одновременном обеспечении высоких показателей безопасности полетов. Высокие потенциальные возможности точног< местоопределения, обеспечиваемые комплексным использованием высокоточных средств трассовой навигации, в первую очередь цриемоиндакагоров СРНС, и средств радиосвязи делает актуальным исследование возможности решения с помощью указанных средств задачи посадки ВС, являющейся наиболее ответственным с точки зрения требований по безопасности этапом полета. При решении этой задачи, в принципе, возможны комплексное решение задачи обеспечения самолетовождения на всех этапах полета с использованием высокоточных средств трассовой навигации и, соответственно,
-5-минимизация затрат. Если учесть однако реальную ситуацию и то, что состав оборудования, обеспечивающего самолетововдение на различных этапах, в том числе этапе посадки, регламентирован соответствующими документами, в частности, документами ИКАО, то решение нетрадиционных задач, в частности, задач посадки с использованием высокоточных средств трассовой навигации, следует рассматривать как резервный вариант, обеспечивающий повышение безопасности полетов.
При этом следует иметь в виду, что при нетрадиционном использовании средств трассовой навигации для целей посадки ВС последние должеш функционировать в особых условиях эксплуатации, а именно: при малых высотах полета,вблизи подстилающей поверхности, оказывающей существенное влияние на точность местоопределения. Поэтому необходимо исследование механизма этого влияния и его степень. Кроме того, поскольку при использовании средств трассовой навигации для обеспечения захода ВС на посадку и посадки, речь идет о точностях, близких к потенциально возможным, необходим учет влияния таких эксплуатационных факторов, как переотраженив сигнала от элементов конструкции ВС,которыми при традиционном использовании средств трассовой навигации можно пренебречь.
Несмотря на неоспоримые преимущества CFHC с точки зрения реализуемых точностей местоопределения перед РСДН.с учетом того,что в настоящее время приемоиндикаторами РСДН типа "Омега" и "Лоран-С" и их отечственныш аналогами оснащен значительный парк ВС, з также с учетом существенного ухудшения качества функционирования ЗРНС из-за влияния горных образований, что имеет место при проведении специальных работ в гористой местности, остается актуальным поиск путей улучшения точностных характеристик
-e-приемоиндакаторов РСДії за счет более полного учета реальных условк эксплуатации на этапах проектирования, испытаний и развертнванн; системы, а такай за счет кошлэксирования со средствами радиосвязі с целью реализации дифференциального или относительного режимо] работы. При этом исследованию подлежат вопросы повышена эффективности комплексного использования средств дальней навигадш и радиосвязи, а именно: использования их помимо прямого назначение для решения задачи захода ВС на посадку.
Таким образом, из проведенного анализа можно сделать выво/ об актуальности и целесообразности проведения исследований по теме диссертации.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАОДШКОИ РАБОТЫ. С учетом пришденногс вше обоснования актуальности проблемы целью работы является расширение функциональных возможностей высокоточных средств трассовой навигации путем использования их для захода на посадку и посадки воздушных судов и решения народно-хозяйственных задач, связанных с необходимостью точного местоопределения.
Для достижения поставленной цели необходимо было решение следующих задач:
I. Анализ факторов, влияющих на точностные и динамические характеристики приемоиндикаторов СРНС при малых высотах полета ВО.
Z. Разработка модели помех приемоиндикаторам СРНС при малых высотах полета ВС за счет переотражений от подстилающих поверхностей с различными характеристиками.
3. Анализ влияния мешающих воздействий от подстилающей поверхности на точностные и динамические характеристики приемоиндикатров СРНС.
-
Разработка методов совершенствования первичной и вторичной обработки сигналов в приемоиндикаторе СРНС для улучшения его точностных и динамических характеристик при малых высотах полета ВС.
-
Анализ возможности решения задачи посадки ВС методами относительных навигационных измерений в СРНС.
-
Разработка методов обеспечения требуемой точности измерений радионавигационных параметров при дифференциальном и относительном режимах работы СРНС для решения задач захода на посадку и посадки ВС и путей внедрения перспективных методов обработки информации в приемоиндикаторе СРНС и на контрольной станции.
-
Анализ влияния несущего винта и других элементов конструкции на качество функционирования приемоиндикатора СРНС, размещаемого на вертолете.
8. Разработка методов швшения достоверности передачи
навигацйонн ых поправок по каналам радиосвязи при реализации
дифференциального и относительного режимов работы приемоиндикаторов
РНС.
9. Разработка методов улучшения системы синхронизации
цифровых средств связи за счет навигационной поддержки от
приемоиндикатора СРНС.
10. Разработка концепции комплексирования СРНС и РСДН с
целью сохранения целостности навигационного обеспечения ВС в
условиях неполного развертования СРНС или затенения спутников при
золетах в гористой местности и разработка методов улучшения
точности месгоопредел8НИя по сигналам РСДН при развертывании
системы в гористой местности-
-8-II. Разработка методов улучшения точностных характеристик приемоиндикаторов РСДН на основе совершенствования методики ш испытаний, звключакщегося в учете реальной помеховой обстановки имевдей место в эксплуатуцш.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.' Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней впервые проведен системный анализ особенностей функционирования высокоточных средств трассовой навигации в особых условиях эксплуатации - при малых высотах полета ВС и теоретически обоснована возмоаность использования их е в комплексе со средствами радиосвязи для решения задач захода на посадку и посадки ВС, а такаю для решения народно-хозяйственных задач, связанных с необходимостью высокоточного местоопределения, на малых высотах, в частности, задач топогеодезш.
Разработанные в диссертации теоретические положения содержат следукиие основные научные результаты:
разработаны модели влияния подстилающей поверхности с различными характеристиками (холмистой местности, лесных покровов различных видов, гористой местности) на качество функционирования приемоиндикатора СРНС при малых высотах полета;
разработаны модели влияния параметров движения ВС (высоты и угла крена) и динамики полета, а также геометрии космического сектора СРНС на точность местоопределения при малых высотах полета;
разработаны алгоритм определения относительных координа' ВС и ВИЛ и углового положения ВС при неизвестных глобальных координатах ВІШ;
проведен сравнительный анализ эффективности различных методов повышения точности местоопределения с использованием СРНС
-9-(относительного и дифференциального);
разработаны технические продлояе ния по комплексному использованию СРНС и средств радиосвязи для роптания задач захода на посадку и посадки BG и определены размеры рабочей зоны и технические требования к наземному и бортовому оборудованию;
предлокены методы улучшения характеристик канала передачи данных,основанные ва использовании навигационной поддержки связного приемника и повышении помехоустойчивости канала передачи навигационных поправок;
разработана методика учета влияния элементов конструкции вертолета на качество функционирования размещаемого на нем приедаиндикатора СРНС;
разработаны технические предложения по комплексному использованию СРНС и РСДН для сохранения целостности навигационного обеспечения ВС в условиях неполного развертывания СРНС или затенения спутников при полетах в условиях гористой местности;
разработаны модель учета влияния гористой местности на качество функционирования приемоиндикаторв РСДН и рекомендации по уменьшению этого влияния;
- разработаны методика моделирования комплекса помех
приемоиндакаторам РСДН, имеющих место в эксплуатации, и метода
улучшения навигационного обеспечения ВС на основе этой методики.
На защиту выносятся:
I. Методы оценки мшащего влияния пероотражений от гтодстилащей поверхности с различннми характеристшсами на точность иестоопределения в СРНС.
2. Методы оценки влияния параметров движения и динамики полета ВС на малых высотах на точность местоопределения в СРНС.
3 Метод оценки влияния несущего винта и других элементов конструкции вертолета на качество функционироваїшя размещаемого на нем приемоиндикатора СРНС.
-
Метод оптимизации выбора рабочего созвездия космического сектора СРНС при малых высотах полета ВС.
-
Методика моделирования комплекса помех приеыоиндикаторам СРНС при малых высотах полета ВС.
б.Методы улучшения точности синхронизации в канале передачи данных за счет навигационной поддержки связного приемника и повышения помехоустойчивости цифрового канала передачи навш'ационных поправок.
7. Алгоритм оценки относительных координат ВС и ВПП при неизвестных глобальных координатах ВПП.
8 методика моделирования комплекса помех приешиндикаторам РСДН, имеющих место в реальных условиях эксплуатации, в том числе при наличии в рабочей зоне системы горных образований.
9. Алгоритмы оптимальной обработки . сигналов в приемоиндикаторах РСДН в условиях действия реального комплекса помех.
-
Рекомендации по комплексному использованию высокоточных средств трассовой навигации и радиосвязи при решении задач захода на посадку и посадки ВС и решении специальных задач, связанных с необходимость!) точного местоопределения на малых высотах.
-
Рекомендации по комплексному использованию ОРШ и РСДН при решении задач захода на посадку и посадки ВС.
-II-
Полученные в работе результаты позволяют :
-
Расширить функциональные возможности приемоиндикатора СИЮ, исяользуя его помимо основного назначения - трассовой навигащш для захода ВС на посадку и в качестве резервного средства для посадки ВС, благодаря чему повышается безопасность на наиболее ответственном этапе полета.
-
Улучшить эконошческяо показатели при применении авиации в народном хозяйстве (ІШХ) за счет возмояности более широкого использования ее для решения задач, связанных с необходимостью точного местоопределения при малых высотах полета ВС, в частности, задач топогеодезии, потаротушения и др.
3. Повысить эффективность использования и улучшить
:арактеристикм связного оборудования путем коАШдексирования его с
>адюнавигацаонЕкм оборудованием при решении задач захода ВС нэ
гасадку и посадки и при ПАНХ.
-
Устанавливать ограничения на допустимые параметры движения ри маневрировании ВС, оборудованного приемоиндикатором СРНС, на алых высотах с учетом влияния их на точноствыо характеристики риемоиндикатора.
-
Учитывать алияниэ несущего винта и других элементов онструкции на качество фуішционвроваяия приемоиндикатора СРНС при азмещении его на вертолете.
-
Расширить функциональные возможности приемоиндикатора ЗДН, используя его в комплексе с приежкшднкатором СРНС и эедствами радиосвязи для решения задачи захода на посадку.
~I2~ 7. При эксплуатации приешиядикаторов СРНС и РСДН на воздушных трассах, пролегающих в гористой местности, выбирать воздушные трассы и размещать наземные станции РСДН с учетом влияния гор на точность местоопределения.
АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. Основные результаты работы
докладывались и обсуждались ва Мевдународной научно-технической
конференции "Наука и техника гравданской авиации на современном
этане" ( Москва, МГТУ ГА, 1994г.); Всесоюзной научно-технической
конференции "Инненерно-ашационное обеспечение безопасности полетов"
<МШГА, Москва, 1935г. ); Всесоюзной научно-технической
конференции, дасвещенной 60-ти лети» Аэрофлота "Проблемы повышения
эффективности воздушного транспорта в народном хозяйстве" (ШИТА,
Москва, 1983г.); внутривузовской конференции "Эффективность и
оптимизация систем и процессов ГА и информационное обеспечение
безопасности полетов" ( ШИПА, Москва, 1984г.); научно-технической
семинаре "Электромагнитная совместимость радиоэлектронных
систем и устройств" (НТОРЭС им.А.С. Попова.Шсква,1981г. >; научно-
техническом семинаре "Актуальные задачи повышения
помехоустойчивости радиоприемных устройств" (НТОРЭС им. А.С.Попова,
Москва, 1973г.); научно-техническом семинаре "Электромагнитная
совместимоть радиоэлектронных средств" ( НТОРЭС им. А.С. Попова,
Москва, 1978г.).В полном объеме материаш диссертации докладывались
на международном семинаре в Академии Гражданской авиации (Санкт-
-Петербург,1996г.).
ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ. Основные результаты диссертацтонной работы использовались при проведении НИР "Тунгуска", "Поправка",
-13-"Поправка-2", "Дифсоррекция", "Посадка", "Интегратор", в ОКР "Квиток-2", "Поправка", "Лаборатория", "Квиток -СУ" и "Эллегия" и проводимых в соответствии с планами проведения исслодований Московского конструкторского бюро "КОМПАС", Опытного конструкторского бюро "КОМПАС-М" и НТЦ "ИЖЕРНАВИГАЦИЯ". Отдельные научные результаты работы внедрены в самолетных приемоиндикаторах А-723, А-727, А-735, а также в изделиях АПС-5-23, ЭРП5-723, ЭРП5-735, разрабатывавшихся в рамках ОКР,.проводимых в МКВ "КОМПАС" и серийно выпускаемых на фірме МРЗ "ТЕШ", что подтверждено соответствующими актами.
ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в сорока научных трудах, из них: девять статей в центральных научных журналах, двадцать шесть статей в отраслевых изданиях, н одно авторское свидетельства на изобретение.
СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заклэчения, списка использованной литературы из 105 наименований и содержит 267 страниц машинописного текста, 118 рисунков и 19 таблиц.