Автореферат (Разработка и исследование алгоритмов обнаружения и предотвращения опасных сближений в воздухе в рамках перспективной системы ОрВД), страница 2

Применение новых средств обеспечивает болееточное взаимодействие между наземными системами и пользователями воздушного пространства наэтапах, предшествующих полету, в ходе полета и на завершающей его стадии. Такая информационнаяобеспеченность позволяет в свою очередь усовершенствовать систему ОрВД. Одним из центральныхвопросов, связанных с внедрением новых концепций организации воздушного движения (ВД)является проблема безопасности полетов и разделения ВС в воздухе.

Возникает задачаделегирования ответственности за разделение ВС от диспетчера на борт ВС (обеспечениясамоэшелонирования). Наиболее важными причинами целесообразности такого решения будутследующие:- необходимость обеспечения полетов в необслуживаемом воздушном пространстве (вмалонаселенных и ненаселенных районах);- реализация идеологии свободных полетов в областях свободных полетов, в районах зональнойнавигации;- необходимость снижения загрузки диспетчеров управления воздушным движением винтересах повышения пропускной способности системы.Информационными предпосылками возможности самоэшелонирования являются внедрениешироковещательного автоматического зависимого наблюдения (АЗН-В), а также наличиеинформационной поддержки со стороны диспетчера по цифровым линиям связи.

Для реализацииэтой задачи предполагается наличие в составе перспективной авионики самолетов гражданскойавиации системы наблюдения ASAS (Aircraft Surveillance Applications System). В соответствии сдокументами ИКАО система ASAS должна выполнять следующие задачи: обработка данныхнаблюдения, обеспечение эшелонирования, отображение информации на кабинном индикаторе.Для обеспечения самоэшелонирования предназначена бортовая функция управления конфликтамиACM (Airborne Conflict Management).Приведены основные принципы построения перспективной системы УВД, дано краткоеописание структуры системы УВД как системы управления.Основная идея перспективной организации ВД состоит в предоставлении пользователям –центрам управления полетами авиакомпаний и пилотам ВС, столько свободы, и, вместе с тем,5ответственности при планировании и выполнении рейсов ВС, сколько им необходимо длярешения своих экономических задач при условии сохранения высокого уровня безопасностиполетов в совместно используемом ВП (условия “свободного полета”).

Роль служб организациипотоков воздушного движения и УВД - обеспечение безопасности путем введения минимальных(по времени и дальности) ограничений полетов, строго необходимых для предотвращенияперегрузок областей ВП и разрешения конфликтных ситуаций между ВС.Переход к перспективным системам ОрВД требует создания качественно более высокойтехнической базы, изменения психологии участников ВД при внедрении новых процедурвзаимодействия, предварительного анализа последствий проведения каждого этапа модернизациис использованием методов имитационного моделирования.В настоящее время широко используется термин «концепция CNS&ATM», которыйсоответствует следующему определению: концепция организации и управления воздушнымдвижением, базирующаяся на внедрении новых средств наблюдения, навигации и связи, инаправленных на реализацию максимальной свободы пользователям ВП в управлениисобственным движением, предоставляемой благодаря использованию этих средств.Описано место функции обнаружения и предотвращения опасных сближений в составесистемы управления, приведена нормативная база для создания и работы бортовой функциинаблюдения ASAS и функции управления конфликтами ACM.

Требования к бортовымалгоритмам управления конфликтами опубликованы в 2000 году агентством RTCA в DO-263(Application Of Airborne Conflict Management: Detection, Prevention, & Resolution). В 2003 годуRTCA выпустило стандарт DO-289 (Minimum Aviation System Performance Standards for AircraftSurveillance Applications (ASA)), определяющий минимальные требования для авиационныхприложения наблюдения ASA. В 2009 году опубликован стандарт DO-317 (Minimum OperationalPerformance Standards (MOPS) For Aircraft Surveillance Applications System (ASAS) дляприложений функции наблюдения ASAS. В настоящее время проводится прототипированиебортовой процедуры управления конфликтами ACM (Airborne Conflict Management).Бортовая система обеспечения эшелонирования может способствовать выполнению рядафункций по управлению конфликтными ситуациями и синхронизации движения в рамкахэксплуатационной концепции ОрВД.

Система ASAS представляет собой подсистему ВС,основанную на использовании функции наблюдения в полете, которая оказывает помощь летномуэкипажу в обеспечении эшелонирования их воздушного судна по отношению к другим ВС. Подвидами применения ASAS предусматривается набор эксплуатационных процедур,предназначенных для диспетчеров УВД и летных экипажей, который использует бортовуюсистему обеспечения эшелонирования в целях достижения поставленной эксплуатационной цели.Система ASAS вычисляет и отображает результаты приложений функции наблюдения ASA(Aircraft Surveillance Applications). В состав типичной конфигурации системы ASASкоммерческого транспортного ВС будут входить система обработки данных наблюдения иобеспечения эшелонирования, кабинный индикатор информации о воздушном движении, системаоповещения и панель управления.

Работа функции обработки информации заключается ввыполнении расчетов, данных о прогнозируемых линиях пути ВС, о прогнозируемых опасныхсближениях, о возможных и рекомендуемых маневрах ВС для уклонения от опасных сближений, атакже других расчетов, которые необходимы для конкретных видов применения. Системаобработки информации должна обеспечивать выдачу данных о линиях пути других ВС,отображение информации об этих линиях пути на кабинном индикаторе, а также данных,предупреждающих об опасных сближениях и предлагаемых способах их предупреждения.Система CDTI (Cockpit Display Traffic Information) будет выполнять функцию интерфейса междусистемой обработки данных и летным экипажем.Эти эксплуатационные усовершенствования в значительной степени зависят оттехнической поддержки.

Наблюдение с помощью наземных средств может эволюционировать всистему ADS-B OUT и/или технологию MLAT. Для совместного использования информации отраекториях требуются автоматизированные системы ОрВД. В том, что касается бортовых систем,6ключевыми компонентами являются первоначально системы ADS-B OUT, затем функциональныевозможности ADS-B IN при поддержке CPDLC. Точность и полнота информации прииспользовании версий 2 и 3 ADS-B будут стимулировать развитие процедур управленияинтервалами эшелонирования.

Системы в кабине летного экипажа должны обеспечиватьдостаточные функциональные возможности, позволяющие летному экипажу брать на себя всебольшие объемы делегируемой авиадиспетчером ответственности за эшелонирование.В диссертационной работе решается задачаразработки и исследования бортовогоприложения функции наблюдения – функции обнаружение и разрешение опасных сближений ВСв воздухе в рамках перспективной системы ОрВД.Во второй главеРассмотрено информационное обеспечение функции ASAS. Система ASAS используетданные как о состоянии своего ВС, так и об окружающих ВС. Информация о собственном ВСимеется на борту в полном объеме: навигационная, пилотажная, информация о плане полета.Данные по окружающим ВС поступают на борт либо от наземной системы наблюдения по линиямпередачи данных от наземный служб по каналу TIS-B (Traffic Information Service Broadcast), либонепосредственно от самих участников ВД по линии ADS-B (АЗН-В).Дана техническая постановка задачи обеспечения самоэшелонирования.

Существеннымотличием концепций CNS&ATM и «Свободного полета» от традиционной концепции,ориентированной на трассовые полеты, с точки зрения геометрии и видов конфликтов являетсяпоявление:- конфликтов при пересечении под произвольными углами траекторий полета (от попутныхдо встречных) и при любом высотном режиме как одного, так и другого ВС (горизонтальныйполет, набор высоты, снижение);- возможности параллельного (практически параллельного) полета пары ВС на сколь угодномалом боковом разделении.Во многом по этим причинам применительно к перспективным системам УВД используютсядругие универсальные показатели конфликта – пересечение траектории полета одного ВС зоныбезопасности второго.

Рассматривается в большинстве источников, в качестве зоны безопасностицилиндр с заданным радиусом безопасности Rб и высотой 2Нб. Соответственно показателибезопасности сводятся к двум основным:- показатель бокового разделения Rб,- показатель вертикального разделения 2Нб.В качестве маневров уклонения рассматриваются все три возможных маневра:- маневры в горизонтальной плоскости (боковое уклонение, маневр скоростью –разгон/торможение),- маневр по высоте.Основным маневром рассматривается боковое уклонение как наиболее экономичный.На трассовой части полета основой для работы этой системы являются два алгоритмаобеспечения эшелонирования ВС: алгоритм обнаружения (прогнозирования) конфликта иалгоритм разрешения конфликта.

Цель алгоритмов обнаружения заключается в выявлениивозможного конфликта, связанного с нарушением норм эшелонирования на заданной глубинепрогнозирования. Постановка задачи алгоритма формулируется следующим образом:необходимо выработать предупреждения о том, что в пределах заданной глубиныпрогнозирования ожидается опасное сближение ВС с другими ВС. Параметры прогнозируемыхопасных сближений основываются на информации о текущем векторе состояния и ближайшихнамерениях своего ВС. Эти данные предоставляются пилоту для выявления имеющихсяконфликтов с другими ВС.Алгоритм разрешения конфликта предназначен для выработки рекомендаций по маневруВС в условиях прогнозируемого нарушения условий эшелонирования.