Автореферат (Разработка и исследование алгоритмов обнаружения и предотвращения опасных сближений в воздухе в рамках перспективной системы ОрВД), страница 4

Вектор силы притяжения ВС косевой линии текущего участка планового маршрута рассчитывается исходя из требованияобеспечения такого направления вектора скорости ВС, при котором будет иметь место линейнаяскорость приближения к плановой траектории, пропорциональная величине бокового отклоненияВС от осевой линии участка маршрута. При расчете величины силы притяжения вводится весовойкоэффициент риска, позволяющий учесть снижение влияния силы притяжения при наличииконфликта.В работе приводится описание разработанных алгоритмов обнаружения и разрешенияконфликтов.

Производится оценка возможностей и особенностей функционированияразработанных алгоритмов.Методическая оценка эффективности функционирования предложенных алгоритмовобнаружения и разрешения конфликтных ситуаций проводилась с использованием типовыхисследовательских сценариев, начиная от простых конфликтов между двумя ВС до предельносложных, с участием в одном конфликте значительного числа ВС (до восьми и более). В качествеосновных показателей безопасности и эффективности разрешения конфликтов приняты двевеличины: расстояние пролета одного ВС относительно другого и величина запаздывания ввыполнении планового полета, вызванного разрешением конфликтов. Использование режимастатистического моделирования позволило провести более глубокий анализ эффективностиуправления с учетом случайных погрешностей и выявить существенное увеличение их влияния сростом размерности множественного конфликта.10Пример 1.

Трассовый полет. Соответствует случаю полета четырех пар ВС, летящихпрямолинейно по траекториям, которые пересекаются в одной точке под углом 90° друг к другу.Каждая из четырех пар ВС летит по одной траектории, но с разной скоростью – одно ВС обгоняетдругое. Встреча всех восьми ВС происходит в одной точке. Данный сценарий имитируетпредельно усложненный вариант трассового полета. Цель моделирования – исследоватьэффективность алгоритма в предельно сложных условиях группового конфликта, когда встречапроисходит на встречных и пересекающихся курсах, причем ситуация усугубляется фактамиобгона одних ВС другими.На рис. 4 сплошными линиями показаны плановые траектории полета ВС, а прерывистыми реализовавшиеся траектории, окружностями показаны зоны безопасности ВС. На рисункезафиксированы несколько последовательных положений ВС в порядке развития ситуации.

Примоделировании ситуация развивалась следующим образом. Практически одновременно с обгономмедленных ВС быстрыми прогнозируются конфликты со встречными ВС. Медленные ВСотклоняются от траектории, при этом вытесняя обгоняющих сильнее в сторону. После пролетаместа пересечения плановых траекторий и завершения обгона все ВС возвращаются к своимплановым маршрутам.

Все конфликтные ситуации разрешаются успешно без нарушения нормэшелонирования.Рисунок 4. Геометрия разрешения конфликта (пример 1)В таблицах 1-3 представлены результаты, соответствующие случаю полета с выдерживаниемплановой траектории (план) и по методу потенциальных полей (МПП). Для варианта управленияМПП приведены длина пути, полетное время и минимальное расстояние относительноближайшего ВС для каждого ВС, участвовавшего в сценарии.ВС №12345678Таблица 1. Результаты моделирования пример 1МППLTDminПланL, км.T200.33200.33200.33200.33240.40240.40240.40240.400:20:000:20:000:20:000:20:000:20:000:20:000:20:000:20:00201.61201.61201.61201.61244.36244.36244.36244.360:20:070:20:070:20:070:20:070:20:190:20:190:20:190:20:198.78.78.78.78.78.78.78.7Пример 2.

Свободный полет. Соответствует сценарию полета двух фронтальныхпересекающихся под прямым углом потоков ВД. В каждом потоке все четыре ВС летят cпродольными интервалами от 0 до 40 км с одной скоростью и с боковым интервалом, равным 2011км. Этот сценарий имитирует возможную ситуацию предельно сложного и плотного ВД вусловиях свободных полетов, характеризующегося серьезными ограничениями для боковогоманеврирования.В ходе выполнения сценария последовательно возникают конфликты.

Первый парныйконфликт прогнозируется между ВС №2 и 5, далее прогнозируется конфликт между № 1-6, приразрешении ВС №6 смещается влево, прижимаясь к возвращающемуся на план ВС №5 ивытесняет его влево от его плановой траектории. Далее ВС №6 возвращению к плановойтраектории мешают прогнозируемые опасные сближения с ВС №3 и далее - с ВС №4.

Дляпредотвращения конфликта ВС №6 продолжает лететь на удалении от плановой траектории,ВС№3 незначительно отклоняется влево. И ВС №6 начинает возвращаться на плановуютраекторию после прекращения угрозы с ВС №4.Результаты моделирования при управлении всеми ВС по алгоритму МПП показали высокуюэффективность метода. На рис. 5 (положения ВС для ряда моментов времени) видно, что в данныхситуациях не произошло ни одного опасного сближения и после разрешения конфликта все ВСвернулись на свои плановые траектории.№4№3№1№2№5№6№7 №8Рисунок 5.

Геометрия разрешения конфликта (пример 2)12ВС №12345678Таблица 2. Результаты моделирования пример 2МППLTDminПланL, км.T200.33200.33200.33200.33200.33200.33200.33200.330:20:000:20:000:20:000:20:000:20:000:20:000:20:000:20:00201.33200.99201.10201.18201.37201.05201.34201.460:20:050:20:030:20:040:20:050:20:060:20:040:20:060:20:069.29.29.29.29.29.29.29.2Пример 3. Слияние трасс.

Соответствует полету двух ВС на сходящихся траекториях сблизкими скоростями, причем в точку схождения ППМ они приходят одновременно содинаковыми скоростями и близкими курсовыми углами. Данный сценарий характерен длятрассовых полетов. Целью моделирования была проверка алгоритма в особых ситуациях, гдерационально маневрировать скоростью.На рис.

6 показан результат моделирования при управлении только направлением полета.Оба ВС при сближении равномерно удаляются от своей плановой траектории, которая у нихсовпадает на втором участке, и летят параллельно, соблюдая нормы эшелонирования (что вусловиях трассовых полетов неприемлемо). На рис. 7 показано развитие ситуации при управлениис использованием рекомендаций по изменению скорости полета. В этом случае при обнаруженииопасного сближения ВС №1 замедляется, а ВС №2 ускоряется еще при подлете к ППМ, маневрразведения дополняется отклонением ВС №2 от плановой траектории. Нормы эшелонирования вданном примере соблюдены (а способ обеспечения эшелонирования близок к возможномуразрешению конфликта диспетчером УВД).

Геометрический метод без доработок не в состоянииразрешить конфликт, поэтому сравнение с ним не производилось.Рисунок 6. Геометрия конфликта без управления скоростью (пример 3)13Рисунок 7. Геометрия разрешения конфликта (пример 3)ВС №12Таблица 3. Результаты моделирования пример 3МППLTDminПланL, км.T202.31202.310:20:110:20:11191.98202.510:22:590:17:4110.310.3Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:1. Организация децентрализованного управления ВС при разрешении конфликтныхситуаций и реализующие такое управление алгоритмы обеспечивают эффективноепредотвращение опасных сближений.

Созданные алгоритмы обнаружения и разрешения опасныхсближений обеспечивают пролет одного ВС относительно другого на расстоянии не менее 8 км, вусловиях сложных множественных конфликтов, включающих большое (до 8-10 и более)количество ВС и при предельно сложной геометрии конфликта (пересечение двух плотныхпотоков ВС, схождение в одной точке и в одно время ВС, летящих в разных направлениях,конфликт с сочетанием пересечений и обгонов нескольких ВС в одной точке и т.д.). Командыуправления формируются в автономном режиме, без согласования с другими участниками ВД.Имеется принципиальная возможность реализации эффективного управления как присовременной структуре и интенсивности потоков ВД в ВП РФ, так и при переходе наперспективные принципы «свободных полетов».2. Разрабатываемые и внедряемые системы связи, навигации и наблюдения уже вближайшие годы обеспечат техническую возможность организации децентрализованногоуправления с выработкой команд на борту воздушного судна.

Реализуемые техническиехарактеристики данных о воздушном движении на борту ВС по объему, частоте обновления иточности достаточны для эффективного использования разработанных алгоритмовдецентрализованного управления.3. Предложенные алгоритмы по своей вычислительной сложности реализуемы даже сучетом современной вычислительной оснащенности борта.Проведенные исследованиявычислительной загрузки продемонстрировали, что программная составляющая функциисамоэшелонирования может быть реализована в составе программного обеспечения бортовойавионики ВС.

Бортовой алгоритм МПП оформлен в виде Си-модуля как COTS-средство,предполагающее возможность его независимой интеграции в вычислительную среду открытойархитектуры интегрированной модульной авионики (ИМА).В четвертой главе разработаны требования к модулю функционального ПО "Обнаружение иразрешение опасных сближений ВС с другими ВС в воздухе" в соответствии с требованиями КТ178В "Требований к компоненту программного обеспечения функции ИМА "Обнаружение иразрешение опасных сближений ВС с другими ВС в воздухе". Представлены системные14требования к функциональному назначению, к средам аппаратно-программной и операционнойреализаций, к режимам работы, к составу данных информационного взаимодействия и к уровнюкритичности. К программно-алгоритмической реализации представлены функциональныетребования.