Содержание к диссертации
Введение
1. Методы оценки качества функционирования авиационных спутниковых систем связи 8
1.1.Общие принципы телекоммуникационного обеспечения полетов 8
1.2. Критерии эффективности СПИ в системах УВД 14
1.3.Потенциальная эффективность систем передачи двоичными сигналами в системах УВД 22
1.4.Характеристики эффективности и информационные характеристики многоканальных систем передачи информации в системах УВД 29
1.5.Сравнительная эффективность систем передачи дискретной информации 31
1.6.Сравнительная эффективность систем передачи непрерывных сообщений 34
1.7.Эффективность АССС 36
2. Выбор классов и типов сигналов для повышения эффективности АССС 40
2.1 .Выбор классов сигналов для АССС 40
2.2.Выбор типов сигналов в рамках выбранных классов 49
2.3. Использование выбранных сигналов для технической реализации АССС 56
3 . Повышение эффективности ассс на основе решения проблемы электромагнитной совместимости 70
3.1.Проблема электромагнитной совместимости в крупных аэроузлах 70
3.2.Потенциальные характеристики обнаружения в сложной сигнальной обстановке 72
3.2.1.Характеристики обнаружения при флюктуации амплитуды и неизвестной фазе 74
3.2.2. Характеристики обнаружения при неизвестной частоте 79
3.2.3. Характеристики обнаружения при неизвестной ширине спектра сигнала 83
3.2.4. Характеристики обнаружения при неизвестной структуре сигнала 86
3.2.5. Характеристики обнаружения при отсутствии априорных данных о параметрах сигнала 96
3.3.Методы идентификации структуры обнаруживаемых сигналов 111
3 АТочность определения параметров сигналов 115
3.5.Потенциальная точность оценок пространственно-частотных координат РЭС 121
4. Влияние измеііения ивд на перераспределение телекоммуникациоі1ных ресурсов в системе УВД 132
4.1.Модель функциональной связи интенсивности радиообмена в системе УВД с интенсивностью воздушного движения 132
4.2. Экспериментальное исследование информационных потоков в системе УВД 137
4.2.1 .Цель и задачи исследования 137
4.2.2.Исследование состава и определение статистических характеристик потоков 138
4.3.Характеристики информационного обмена в различных типах воздушного пространства 146
Основные результаты четвертой главы 150
Выводы 151
Литература 152
- Критерии эффективности СПИ в системах УВД
- Использование выбранных сигналов для технической реализации АССС
- Характеристики обнаружения при неизвестной частоте
- Экспериментальное исследование информационных потоков в системе УВД
Введение к работе
/ /^t>
Актуальность работы
Развитие гражданской авиации как одной из основных отраслей страны приводит к необходимости решения проблемы надежного и эффективного управления воздушным движением (УВД). Решением этой проблемы занимается система организации воздушного движения (ОрВД), представляющая собой комплекс организационных, технологических и технических элементов, функционирующих как единое целое и решающих единую основную задачу -обеспечение безопасности полетов.
Основным способом обеспечения заданной безопасности полетов является строгое соблюдение экипажами и диспетчерами службы движения правил эшелонирования, которые определяют четкий распорядок рассредоточения воздушных судов (ВС) в воздухе на безопасные расстояния по каждой из координат полета.
Стремление обеспечить полеты ВС в экономически выгодных режимах, т.е., по ортодромическим траекториям и на оптимальных для каждого ВС высотах, приводит к повышению плотности воздушного движения (ПВД) на кратчайших маршрутах и экономичных эшелонах, что вызывает необходимость сокращения воздушных коридоров. Таким образом, требования безопасности воздушного движения и экономичности полетов ВС являются противоречивыми. С целью приведения во взаимное соответствие указанных требований, рационального использования воздушного пространства (ИВП), повышения норм эшелонирования, проводится комплекс мероприятий, направленных на совершенствование принципов ОрВД и развития методов оптимизации деятельности оператора в системе УВД, на совершенствование систем навигации, УВД и связи и на улучшение их взаимодействия.
Одним из основных средств радиотехнического обеспечения полетов являются системы авиационной связи, которые сегодня принято называть системами телекоммуникационного обеспечения полетов ВС. Воздушная авиационная связь предназначена для взаимодействия экипажа и диспетчерского состава УВД и замыкает контур управления воздушным движением по линии «диспетчер - экипаж». Ухудшение качества связи приводит к увеличению загруженности диспетчера и при сохранении заданной пропускной способности воздушного пространства может привести к снижению безопасности полетов, что недопустимо.
Ухудшение качества телекоммуникационного обеспечения полетов в
значительной степени может быть связано с электромагнитной обстановкой на
трассе распространения радиоволн, особенно, если электромагнитная обстановка
априорно неизвестна. Именно эта проблема рассматривается в представленной
работе. Анализируются методы повышения эффективности
телекоммуникационного обеспечения полетов при априорной неопределенности электромагнитной обстановки, что в конечном итоге ведет к повышению эффективности УВД. Особенно остро эта проблема стоит для дорогостоящих спутниковых систем связи (ССС), которые должны использоваться в рамках реализации концепции ИКАО CNS/ATM. ССС обладают очень важным свойством - наличием возможности ргаиштшШ'^^аДуд!^ связными ресурсами, т.е. перераспределением ресурсов зав^^м^^йй^отрерности в них.
Потребность же в связных ресурсах должна определяться на основании прогноза информационного обмена с учетом динамики изменения интенсивности воздушного движения (ИВД).
Таким образом возникает актуальная научная задача повышения эффективности телекоммуникационного обеспечения полетов в условиях априорной неопределенности электромагнитной обстановки при изменяющейся ИВД для решения задач УВД.
Цель и задачи исследования
Целью работы является повышение эффективности
телекоммуникационного обеспечения полетов в условиях априорной неопределенности электромагнитной обстановки для решения задач УВД.
Для достижения поставленной цели потребовалось решать следующие научно - практические задачи:
разработка методов оценки качества функционирования авиационных спутниковых систем связи (АССС) в процессе эксплуатации;
выбор типов и классов сигналов для повышения эффективности телекоммуникационного обеспечения полетов (ТОП);
анализ влияния электромагнитной обстановки (ЭО) на эффективность ТОП и разработка мер по преодолению априорной неопределенности ЭО;
оценка влияния изменения ИВД на перераспределение телекоммуникационных ресурсов в системе УВД.
На защиту выносится совокупность научных положений, содержащих решение общей задачи - повышение эффективности ТОП в условиях априорной неопределенности ЭО при изменяющейся ИВД для решения задач УВД, а именно:
методы оценки качества функционирования АССС в процессе эксплуатации;
предложения по выбору типов и классов сигналов для повышения эффективности ТОП;
методы преодоления априорной неопределенности ЭО для поддержания
заданного уровня ТОП;
методы перераспределения телекоммуникационных ресурсов при
изменяющейся ИВД для поддержания требуемого уровня безопасности полетов в
.системе УВД.
Научная новизна работы
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:
предложены методы оценки качества функционирования АССС в различных условиях эксплуатации;
обоснован выбор типов и классов сигналов, обеспечивающих максимальную эффективность АССС;
предложены меры по преодолению априорной неопределенности ЭО с сохранением заданного качества ТОП;
получены соотношения взаимосвязи изменения ИВД и интенсивности радиообмена по линии «ВС - диспетчер».
Практическая значимость работы
Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты позволяют:
* количественно оценивать качество функционирования АССС в различных
условиях эксплуатации;
выбирать типы и классы сигналов, для достижения максимальной эффективности АССС;
поддерживать заданный уровень ТОП путем преодоления априорной неопределенности ЭО на трассе распространения радиоволн;
перераспределять связные ресурсы при изменении ИВД в системах УВД.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на внутривузовских конференциях МГТУГА и на межкафедральных семинарах МГТУГА, на III МНТК «Авиа-2001» Украина, Киев.
Внедрение
Результаты работы внедрены в НИР, проводимых в МГТУ Г'А в 1999-2002г.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 8 работ.
Структура и объем диссертации
Критерии эффективности СПИ в системах УВД
Качество работы системы передачи информации характеризуется обычно большой совокупностью показателей, основными из которых являются: точность (верность) воспроизведения сообщений, помехоустойчивость, скорость, пропускная способность, дальность действия, электромагнитная совместимость, надежность, масса, габариты, стоимость. Совокупность показателей качества системы записывается в виде вектора где п число показателей качества. І Іаилучшей (оптимальной) в смысле качества работы считается такая система S, которой соответствует наибольшее (наименьшее) значение некоторой функции от частных показателей качества Q]t Q2, ..., Qn. Величина Q называется обобщенным показателем качества системы, а функция p(Qj, Q2, .-, Qn) -целевой функцией системы. В математической форме задача оптимизации может быть сформулирована так [17]: найти систему S, обеспечивающую при наличии совокупности ограничений: где 0(S) и Q(S) — некоторые числовые функции нескольких переменных или функционалы. Технико-экономический анализ любой системы базируется как минимум на двух показателях: эффекте и затратах. При этом в качестве основных принципов определения эффективности СПИ рекомендуются принцип максимума эффекта Q при заданных затратах или принцип минимума затрат W при заданном эффекте. Здесь под затратами понимаем степень использования тех или иных ресурсов. Для систем передачи дискретных сообщений средний риск г в вероятностном смысле определяется выражением [16]: Оптимизация СПИ в целом, т. е. с учетом устройств кодирования и декодирования, осуществляется на основе теории информации [11]. Технический эффект СПИ в конечном итоге определяется количеством и качеством переданной информации за некоторый промежуток времени или в единицу времени, т. е. скоростью передачи R (бит/с) и верностью передачи (вероятностью ошибки р при передаче дискретных сообщений или квадратом среднеквадратической ошибки є2{і) при передаче непрерывных сообщений). Для обеспечения заданных R и р используется канал с полосой F и отношением сигнал/шум qo = Рс/ No. Мощность сигнала Рс ( или отношение q0 ) и отводимая полоса частот канала F являются основными ресурсами канала.
Поэтому выше были введены коэффициенты J3 и у определяющие энергетическую и частотную эффективность СПИ: Из выражений (1.9) видно, что показатели эффективности J3и /имеют смысл удельных скоростей передачи информации. Так, коэффициент у имеет размерность бит/ГГц и характеризуется скоростью передачи сообщений в единичной полосе частот. Скорость передачи по каналу с шумами определяется известными соотношениями, которые в сокращенной записи имеют следующий вид [12]: где J(S, X) - информация, содержащаяся в принятом сигнале X = S + относительно переданного сигнала S(в обозначениях принято: X(t)=X, S(t)=S, Т- среднее время передачи сигнала; S - спектральная плотность сигнала; H(S) - энтропия переданного сигнала, определяющая количество переданной информации на один сигнал длительностью Т; Н (S/X) - условная энтропия, определяющая количество информации, потерянное в канале из-за шумов [5]; - спектральная плотность мощности шума. P(S, X) — совместная вероятность сигнала S и реализации Х\ P(S/X) — условная вероятность переданного сигнала S, если принята реализация X; P(S) — априорная вероятность передаваемого сигнала S. В (1.10) и далее основанием логарифма является 2. В отсутствие шумов в канале H(S/X)=0 скорость передачи информации равна производительности источника сигналов. Пропускная способность канала в общем случае определяется как Для симметричного дискретного канала без памяти [11]: где р - вероятность ошибочного приема символа (бита), зависящая как от вида модуляции, так и от способа приема. Коэффициенты 3 и у являются важнейшими характеристиками, определяющими технический эффект СПИ. В качестве обобщенного показателя технического эффекта СПИ выше был введен коэффициент использования пропускной способности канала (информационная эффективность) Согласно (1.14) можно показать:
Согласно теореме Шеннона [11] при соответствующих способах передачи (кодирования и модуляции) и приема (демодуляции и декодирования) значение т]тах может быть близким к единице. При этом ошибка может быть сделана сколь угодно малой. В таком случае из условия Т] = 1 получаем следующую предельную зависимость между /3 и у. Удобно эту зависимость представить графически в виде кривой на плоскости Ру (рис. 1.4). Полученная кривая является предельной и отражает наилучший обмен между (3 и у. Следует заметить, что у - эффективность может изменяться в широких пределах (от 0 до оо при аналоговой передаче и от 0 до 20 logm, где m - основание кода, при дискретной передаче), в то время как р - эффективность ограничена сверху: при у—Ю ртах = 1/1п2 (1,6 дБ).
При логарифмическом масштабе, который и принят на рис. 1.4, в соответствии с соотношением у =flqc/F линии одинаковых значений превышения сигнала над шумом q представляют собой прямые с углом наклона 45. В реальных системах ошибка всегда имеет конечное значение и rj \. В этих случаях при р=рдоп можно определить отдельно р и у и построить кривые Р=/(у) прир = const. Для примера на рис. 1.4 нанесены рассчитанные в [14,15] кривые для ортогональных (ОС), биортогональных (БС) и фазоманипулированных (ФМ) сигналов для различного числа сигналов М и вероятности ошибки р = 10"5. В координатах Р и у каждому варианту » реальной системы будет соответствовать точка на плоскости. Все эти точки (кривые) располагаются ниже предельной кривой Шеннона. Ход этих кривых зависит от вида сигналов (модуляции), кода и способа обработки сигналов.
Использование выбранных сигналов для технической реализации АССС
Рассматривая возможную конкретную техническую реализацию АССС, приведем на рис. 2.3 общую возможную структуру формирования прямых каналов МДКР на бортовой станции (БС). При этом прямой канал МДКР может включать: пилот-канал, канал синхронизации, каналы оповещения, прямые каналы трафика. Каждый из этих каналов организуется посредством использования соответствующей ортогональной функции Уолша, а затем расширяется с помощью квадратурной пары ПСП при фиксированной скорости передачи. Пример назначения кодовых каналов, передаваемых БС, как вариант, показан на рис.2.4. Из 64-х возможных кодовых каналов используется пилот-канал, канал синхронизации, семь каналов оповещения и 55 прямых каналов трафика. Данные канала синхронизации, канала оповещения и прямого анала трафика кодируются с помощью сверточного кода. Код свертки имеет скорость R = 1/2 и конструктивную длину кода К =9. Функции генератора кода соответствуют g0 753 и g\ = 561, а общая структура сверточного кода показана на рис. 2.5 [33].
Для того, чтобы была постоянная скорость передачи символов модуляции, равная 19200 символов модуляции для канала синхронизации, каждый символ, кодированный сверточным кодом повторяется один раз, а для каналов оповещения и прямого трафика каждый символ, кодированный сверточным кодом, повторяется 7 раз при скорости данных 1200 бит/с, 3 раза при скорости данных 2400 бит/с и 1 раз при скорости данных 4800 бит/с. В целях устранения появления ошибок все символы после повторения в каналах синхронизации, оповещения и прямого графика поблочно перемежаются. После перемежения символов в каналах оповещения и прямого графика выполняется скремблирование данных, путем сложения по Mod2 выходных символов устройства перемежения со значением разрядов ПСП, которое действительно в начале периода передачи для этого символа, как показано на рис. 2.6. Эта ПСП будет эквивалентом длинного кода, где только первый выход каждых 64 разрядов используется для скремблирования данных. Для рассматриваемой АССС очень важно предусмотреть наличие подканала управления мощностью. Сигналы подканала управления мощностью непрерывно передаются по каналу прямого трафика. Подканал выполняет передачу со скоростью один бит (0 или 1) каждые 1,25 мсек. Бит 0 указывает на необходимость увеличения уровня выходной мощности мобильной станции, а бит 1 - на уменьшение. Приемник канала обратного трафика БС оценивает величину принимаемого сигнала конкретной мобильной станции за период, эквивалентный длительности 6 сигналов Уолша. Приемник БС использует эту оценку для определения значения бита управления мощностью (0 или 1). Передача бита управления мощностью происходит по каналу прямого трафика во второй группе сигналов управления мощностью после группы сигналов каналов обратного трафика, в которой оценивалась величина сигнала. При этом каждый бит управления мощностью заменяет два последовательных символа модуляции канала прямого трафика (рис. 2.7). Биты управления мощностью вставляются в поток данных канала прямого трафика после скремблирования данных. На рис. 2.8 показано, что имеется 16 возможных стартовых позиций для бита управления мощностью, причем каждая позиция соответствует одному из первых 16 символов модуляции на периоде.
В каждом периоде 24 бита из длинного кода используются для скремблирования и соответственно 4-х разрядное бинарное число со значениями от 0 до 15, формируемое битами скремблирования от 20 до 23 используется для определения позиции бита управления мощностью. Далее каждый кодовый канал расширяется по спектру, используя функции Уолша с постоянной скоростью элементов кода для обеспечения ортогонального расширения спектра каналов. Для этого используется одна из 64 ортогональных функций Уолша, приведенных в таблице 2.1. Последовательность, используемая для расширения спектра по функции Уолша, повторяется с периодом, равным продолжительности одного символа модуляции. Номер "0" кодового канала присваивается пилот-каналу, номера с 1 по 7- каналам оповещения, 32 — каналу синхронизации, а остальные прямым каналам трафика. Следуя сформулированным выше принципам ортогонального разделения сигналов, каждый кодовый канал разделяется на две квадратурные составляющие, как показано на рис. 2.9. ПСП разделения представляют собой квадратурные последовательности с общей длиной 215 элементов. Данные ПСП описываются характеристическими полиномами вида
Характеристики обнаружения при неизвестной частоте
Распространенным случаем априорной неопределенности относительно сигнала является случай неизвестности ширины спектра сигнала. Для непрерывных сигналов с кодово-импульсной модуляцией, а также для составных сигналов сложной структуры неизвестность ширины спектра эквивалентна неизвестности длительности каждого из элементов, в совокупности образующих сложный сигнал. Это вытекает из традиционной оценки ширины спектра Afc = 1/ти как величины, обратной длительности символа КИМ или другого характерного элемента сигнала. Обменная зависимость между априорной неизвестностью длительности элемента сигнала тс и пороговым отношением сигнал/шум при обнаружении такого сигнала может быть рассчитана следующим образом. Функционал правдоподобия сигнала с неизвестной длительностью получен в [28], где показано, что в наших обозначениях незнание частоты сигнала и, если элементом сигнала является импульс с прямоугольной огибающей и длительностью Т, Для равновероятной в интервале [0; Т+тс] случайной длительности, усредняя по тс апостериорную вероятность (3.23), с учетом (3.24) можно получить Для оценки увеличения порогового отношения сигнал/шум в случае неизвестной длительности (ширины спектра) элементов сложного сигнала можно использовать тождественное преобразование равенства (3.25): Как видно, 1п - exp является аддитивной составляющей энергетического потенциала (Qj /N0). Она представляет собой проигрыш по отношению сигнал/шум за счет неизвестной длительности Т элементов принимаемого сигнала и соответствующей неопределенности ширины спектра сигнала.
При сильных сигналах, когда (Q} /N0) »1 (точнее, когда (Qj /N0)» T/TJ из (3.28) непосредственно следует, что Для слабых сигналов или при больших диапазонах неизвестности ширины спектра сигнала Семейство обменных зависимостей проигрыша по пороговому отношению сигнал/шум за счет незнания ширины спектра изображена на рис.3.4. Пороговое отношение сигнал/шум, обеспечивающее те же характеристики качества обнаружения, увеличивается по сравнению с аналогичным соотношением для полностью известного сигнала как (3.29) с ростом относительной неизвестности (неопределенности) ширины спектра. При неизвестной структуре сигнала предельно достижимые характеристики качества обнаружения могут быть определены на основе следующих рассуждений. ф Пусть обнаруживаемый сигнал С, (t, т) на интервале наблюдения t [О,7] составлен из некоторого количества элементарных сигналов Cy(t); ie\,I;js\,J. Пусть также все эти сигналы взаимно ортогональны и имеют одинаковую энергию. Такая модель хорошо подходит для описания сигнала КИМ при ортогональной модуляции несущей, для дискретных сигналов, собранных в единый двоичный поток, для сигналов с большой базой, а также для сигналов, излучаемых из разных не перекрывающихся подобластей V4=R3xQ. Неизвестность структуры сложного сигнала может выступать, по крайней мере, в двух видах. Во-первых, могут быть известны элементарные сигналы C,/t), но неизвестен закон их объединения в сложный сигнал.
Подобная ситуация наблюдается, например, при использовании сложных сигналов с расширением спектра. Несущее колебание таких сигналов модулируется поднесущей кодовой последовательностью. В результате модулированный сигнал оказывается составленным из стольких элементарных сигналов C,/t), сколько различных элементарных символов имеет модулирующая кодовая последовательность. Обнаружение сложного сигнала сводится к обнаружению в принимаемом колебании (суммы сигнала с шумом) любого набора этих элементов, безотносительно к закону их повторения и чередования. Во-вторых, кроме неизвестности закона чередования элементарных сигналов в структуре сложного сигнала, могут быть неточно известны и сами Ctj(t). Такого рода неопределенность заставляет наблюдателя резко увеличивать мощность множества элементарных сигналов I за счет включения в него таких C,/t), которые не используются в обнаруживаемом сигнале. В такой постановке задача обнаружения сигнала с неизвестной структурой сводится к задаче обнаружения какого-либо из сигналов CtJ(t), составляющих сложный сигнал С,. Если для обнаруживаемого сигнала известны априорные вероятности наличия составляющих сигналов Р(Су), а также вероятность отсутствия сигнала P(Cj=0), то можно определить апостериорные вероятности наличия любого из элементарных сигналов в наблюдаемой смеси с шумом х (t): P(CJ=C0\X)HP(CJ=O). На основании условия нормировки относительно априорных и апостериорных вероятностей можно утверждать, что і Вынося решение о наличии в наблюдаемой смеси x(t) сложного сигнала на основании максимума апостериорной вероятности, обнаружитель Если выполняется верхнее неравенство, фиксируется факт наличия на входе в смеси с шумом какого-либо из / сигналов, т. е. обнаруживается сигнал Су.
При выполнении нижнего неравенства принимается утверждение о наличии в смеси только шума. Работа по такому правилу гарантирует минимум полной вероятности ошибочного решения: Если ошибки типа ложной тревоги и пропуска по-разному значимы, то правило решения (3.11) корректируется при помощи коэффициента TJ: Во всяком случае, с порогом h= rj [ДО] )] (в частности, и при г\ = 1) должна сравниваться сумма апостериорных вероятностей каждого из сигналов Су, составляющих сигнал со сложной структурой: Апостериорную вероятность каждого сигнала Су связывает с априорной функция правдоподобия: относительно которой можно рассмотреть следующие случаи. 1. Каждый из элементарных сигналов Су, которые в совокупности составляют сигнал со сложной структурой, известен точно. Тогда где Qv = \c]}dt — энергия /-го элементарного сигнала. 2. Все сигналы Су известны с точностью до равновероятной случайной фазы несущего колебания. При этом
Экспериментальное исследование информационных потоков в системе УВД
Основной целью экспериментального исследования информационных потоков в каналах "диспетчер-экипаж" является определение объемов передаваемых сообщений, их статистических характеристик и на основе этого определение необходимых связных ресурсов для обеспечения полетов ВС. Исследование информационных потоков в системах ТОП проводилось с участием автора в ряде выполняемых в МГТУГА НИР. В этих работах основное внимание уделялось речевым сообщениям, их классификации по функциональной значимости и определения первоочередной возможности передачи наиболее важных сообщений по цифровым линиям связи. Такая постановка определялась прежде всего ступенчатым характером роста уровня автоматизации процессов УВД, а также внедрением систем обмена данными с целью разгрузки каналов "борт-земля". Основной особенностью информационного обмена является его нестационарность. Этому во многом способствует формирующее влияние на информационный поток транспортного потока и структуры воздушного пространства. К затрудняющим исследование радиообмена факторам относится и то, что он формируется при объективном участии человека (диспетчера, пилота), от состояния которого зависят такие важные характеристики, как длительность информационных сообщений, разборчивость речи. С учетом вышеприведенного, задача исследования была сформулирована как задача статистического оценивания характеристик нестационарного и неоднородного потока сообщений непуассоновского типа [4,5]. Однако на отдельных временных интервалах длительностью от десятков минут до часовых интервалов поток речевых сообщений в секторах УВД можно принять кусочно-стационарным случайным потоком.
При исследовании таких потоков обычно ограничиваются средним числом сообщений пср на часовом интервале наблюдения Тч. Величину Аср = Г ч называют среднечасовой интенсивностью сообщений. При оценивании статистических характеристик в потоке сообщений предполагается, что эти характеристики не имеют тренда в пределах часового интервала наблюдения. Для речевого канала связи, по крайней мере, при ординарной воздушной обстановке это предположение справедливо. Таким образом основными задачами исследования являются: 1.Исследование состава речевых сообщений "земля - борт - земля" при обеспечении полетов внутри страны и на международных авиалиниях. 2.Определение статистических характеристик потоков речевых сообщений. 3.Определение состава и объемов передаваемых сообщений в спутниковых каналах связи. 4.Исследование нестационарного характера речевого радиообмена. Исследование состава речевых сообщений "земля - борт - земля" при обеспечении полетов на внутренних авиатрассах проводились в МГТУГА. Исходными материалами для статистической обработки являются магнитофонные записи переговоров "диспетчер-экипаж", сделанные на протяжении нескольких часов непрерывно (до 11-12 часов) с таким расчетом, чтобы охватить отрезки времени с разной ИВД. Записи делались на разных направлениях Московского районного центра УВД. Обработка магнитофонной записи производилась следующим образом. Выборки информации с ленты производились для каждого часа. Информация разделялась по функциональному признаку по типам сообщений, определялись длительности сообщений и интервал между сообщениями каждого типа. Экспериментально получаемые таким образом последовательности недостаточны по объему для нахождения законов распределения длин сообщений и интервалов между ними вследствие малочисленности событий в пределах часа.
Поэтому последовательности случайных событий для различных секторов и различных интервалов времени были проверены на однородность по критериям Вилкоксона и Пирсона. Было замечено, что последовательности событий однородны при одинаковой ИВД. По однородным выборкам определялись статистические характеристики потоков. Было установлено, что все речевые сообщения целесообразно разделить по функциональной значимости на следующие группы: 1.Осведомительные сообщения - по выполнению плана полета, но не связанные с пролетом пунктов обязательного донесения (ПОД); 2.Управляющие сообщения - по управлению полетов ВС (команды, уточнение и подтверждение команд); 3.Контрольные сообщения - по выполнению планов полетов ВС (сообщения об изменении, о разрешении изменений); 5.Сообщения об опасных метеоявлениях; 6.Коммерческая информация; 7.Эксплутационная информация (о техническом состоянии ВС); 8.Информация о метеоусловиях на трассе или в районе аэродрома; 9.Сообщения об аварийной ситуации. Свыше 90% в общем информационном потоке составляют сообщения 1,2 и 3 типов. В дальнейшем эти сообщения были подробно исследованы, так как они составляют плановый обмен, а, следовательно, по ним можно осуществлять прогноз объемов информационных потоков. Для этих сообщений определены законы распределения длительности сообщений и интервалов между ними.
Интервалы между сообщениями Хи подчиняются экспоненциальному закону где Xf — интенсивность потока сообщений / - того типа, Хи — интервалы между сообщениями X. Графики зависимости Я, от интенсивности воздушного движения по типам сообщений приведены на рис.4.2. Длительности сообщений 1,2,3 типов подчиняются гамма-распределению Графики зависимости параметров гамма-распределения от интенсивности воздушного движения по типам сообщений приведены на рис.4.3 -4.5. Наибольший интерес в данной работе представляют информационные потоки на международных авиатрассах, так как именно этот информационный обмен в первую очередь будет осуществляться через спутниковые каналы связи. Ъ103,1/Ст а международных авиатрассах вследствие разницы в технологии организации воздушного движения состав информационных потоков будет отличаться. По функциональному назначению сообщения при дальней связи ВС на международных трассах можно разделить на контрольные, метеосообщения, сообщения эксплутационно-технического характера и прочие. Контрольные сообщения связаны с пролетом контрольных пунктов. Для дальней связи это информация о вылетах, прилетах, пересечении государственной границы, полетах ВС за пределами страны через каждые 2 часа. К контрольным сообщениям относятся и сообщения, связанные с пролетом пунктов обязательного донесения и пунктов поворотных маршрутов.
Часть из этих сообщений передается (по возможности) по ОВЧ-радиоканалам. Метеосообщения связаны с запросом погоды по трассе, передаче информации об опасных метеоявлениях, о погоде в аэропорту посадки. Сообщения эксплутационно-технического характера — это информация об отказах бортовых систем. Передается она в авиационно-техническую службу (АТС). К прочим сообщениям можно отнести эпизодические донесения коммерческого характера, информацию по изменению плана полета и т.п. Как показал анализ информационных потоков в течении 01.03.99г. -07.03.99г. на долю контрольных сообщений приходится 91,5%, около 5% - на долю метеоинформации, около 2,5% - на эксплутационно-техническую информацию и около 1% - на прочую информацию. Важными статистическими характеристиками потока сообщений на международных авиалиниях являются функция плотности вероятности распределения интервалов между сообщениями, математическое ожидание и дисперсия этих интервалов. На основе указанных статистических данных были построены гистограммы относительных частот за сутки для различных дней недели. Из характера полученных гистограмм следует, что распределение вероятностей интервалов между соседними сообщениями не подчиняется экспоненциальному закону распределения потока сообщений, и их нельзя считать простейшими пуассоновскими. Проверка по критерию согласия X показала, что экспериментальное распределение времени интервалов между сообщениями соответствует закону гамма-распределения с коэффициентом вариации от 0,8 до 0,9. Воздушное пространство (ВП) может быть разделено на 4 типа по степени оснащенности радиооборудованием центров УВД. 1 тип — ВП, обслуживаемое АС УВД. 2 тип - ВП, обслуживаемое АС УВД с неавтоматизированным сбором и обработкой информации. 3 тип - ВП, обслуживаемое наземным радиообеспечением без единого радионавигационного поля. 4 тип - ВП, обслуживаемое с помощью ДКМВ радиостанций. Ставится задача определения интенсивности радиообмена для 3-х основных типов речевых сообщений, приведенных в разделе 4.2 для всех 4-х видов воздушного пространства. Интерес представляет определение количества контрольных сообщений в каждом из 4-х типов пространства. Это связано с тем, что эти сообщения могут быть переданы автоматически, например, с помощью системы связи "Цифра", или с помощью спутниковой системы связи , и, следовательно, разгрузить традиционные средства связи. Для определения удельного веса контрольных сообщений необходимо провести анализ большого объема статистических данных в конкретном типе ВП. Трудность при этом возникает в связи с большими размерностями статистических данных. В связи с этим для определения объема контрольных сообщений предлагается следующий подход. Из анализа карт аэронавигационной информации было установлено, что более 90% зон УВД, расположенных в районных центрах (РЦ), содержат по 3 пункта обязательных донесений (ПОД) (вход в зону, пролет ПОД, выход из зоны). Далее анализ потоков информации проводился по типам ВП. В воздушном пространстве 1-го типа с АС УВД около 80% сеансов связи строятся по такой схеме: 1)вхождение ВС в связь с одновременной передачей информации о пролете ПОД, о высоте полета, времени пролета, о необходимости изменения эшелона полета; 2)передача на ВС данных по выполнению плана полета, включая информацию о выходе из зоны и подтверждение пролета ПОД; 3)подтверждение с борта ВС принятых команд по выполнению плана-полета. Схема радиосвязи в ВП второго типа практически не отличается от радиосвязи в ВП первого типа. Однако, в данном типе ВП увеличивается время задержки между получением информации и передачей на ВС необходимых указаний. Неавтоматизированный сбор и обработки информации ведут к увеличению общего времени радиосвязи. Основным воздушным пространством над территорией страны является третий тип. Требуемая безопасность при УВД в данном ВП достигается путем анализа радиолокационной информации и информации, поступающей по каналу "борт-земля". Поэтому наличие своевременной информации в этом типе ВП особенно важно. В этом ВП схема радиосвязи строится примерно таким образом: 1)вхождение ВС в связь с одновременной передачей информации о пролете ПОД, о высоте полета, о времени пролета, о необходимости изменения плана полета; 2)передача на ВС данных по выполнению плана полета, включая команды на изменение плана полета и подтверждение о пролете ПОД, информацию о воздушной обстановке;
