Отчет по практике специальности «Радиотехника»

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Создание укрупненных центров единой системы организации воздушного движения (ОрВД), а также внедрение новых радиотехнических средств (РТС) навигации, наблюдения и связи, приводит к существенным изменениям в структуре ОрВД. Цели и задачи этих изменений отражены в Концепции создания и развития Аэронавигационной системы России, а также в федеральной целевой программе «Модернизация Единой системы организации воздушного движения Российской Федерации (2009-2020 годы)» [9, 10]. Изменения, в целом, направлены на оптимизацию структуры воздушного пространства и модернизацию РТС навигации, наблюдения и связи, потому особую важность приобретает задача оценки безопасности полетов при заданной (существующей или перспективной) инфраструктуре средств радиотехнического обеспечения полетов (РТОП).

Увеличение объема перевозок неизбежно требует сокращения минимумов горизонтального и вертикального эшелонирования [1-3], и, как следствие, ужесточения требований к радиотехническим системам навигации и наблюдения, а также введению новых принципов обеспечения характеристик требуемой навигации [4, 5]. Повышение требований к безопасности полетов влечет за собой необходимость тщательного анализа ситуации в контролируемом воздушном пространстве, оценки возможностей инфраструктуры, и определения того, как изменения в составе и размещении оборудования повлияют на безопасность полетов.

В настоящее время в Российской Федерации основными средствами РТОП являются: навигационные маяки VOR и DME, обзорные радиолокаторы и системы радиосвязи ОВЧ диапазона. Безопасность полетов оценивается с помощью ряда критериев, к которым относятся: вероятность выхода ВС за пределы трассы, вероятность нарушения норм эшелонирования, а также условие полного перекрытия воздушных трасс региона радионавигационными, радиолокационными и радиосвязными полями. Перечисленные критерии 6 определяются эксплуатационными характеристиками (ЭХ) средств РТОП: зоной действия и рабочей областью, а также зоной конфликтных ситуаций. Определенные для совокупности РТС, распределенных по региону, эксплуатационные характеристики являются интегральными.

Методы оценки уровня безопасности полетов разрабатывались и продолжают разрабатываться в авиационных вузах России и зарубежных стран. Большой вклад в разработку новых методов внесли такие ученые, как Григорьев С.В. [6], Верещака А.И. [7], Красов А.И. [62], Кузнецов В.Л. [14], Кузьмин Б.И. [8, 85], Кулик Н.С. [92], Марьин Н.П. [24, 25], Олянюк П.В. [5, 7], Пятко С.Г. [62], Сарайский Ю.Н. [91], Соболев Е.В. [21, 22], Соломенцев В.В. [14] и др.

1. Анализ существующей методике определения состава радиотехнического обеспечения полетов

Радиотехническое обеспечение полетов воздушных судов является одним из важнейших видов обеспечения полетов, поскольку состояние РТС и поддержание заданного уровня надежности функционирования в существенной мере определяют безопасность воздушного движения.

План развития наземной инфраструктуры, а также методов ОВД изложен в Федеральной целевой программе «Модернизация Единой системы организации воздушного движения Российской Федерации (2009-2020 гг.)» [9], где указано, что повышение безопасности полетов и эффективности использования воздушного пространства будет выполнено в первую очередь за счет использования новых технических средств и технологий в соответствии со стандартами и рекомендуемой практикой Международной организации гражданской авиации.

Среди основных задач Программы отмечено внедрение перспективных наземных и бортовых средств и систем аэронавигации, модернизация и техническое перевооружение инфраструктуры (объектов) аэронавигации, а также укрупнение центров организации воздушного движения [10]. Решение перечисленных задач невозможно без анализа текущей структуры средств РТОП региона, и прогноза изменений ЭХ с целью отыскания оптимального решения. Иными словами, необходимо иметь систему анализа эксплуатационных характеристик средств РТОП, позволяющую на основе данных об инфраструктуре РТС навигации, наблюдения и связи, а также структуре воздушного пространства, оценивать уровень безопасности полетов в регионе. В основе анализа должен лежать расчет некоторых критериев безопасности и сравнение их с предельно допустимыми значениями, заданными нормативными документами. Рассмотрим, какие критерии принимаются в расчет в настоящее время.

1.1 Методика определения уровня безопасности полетов, используемая в авиапредприятиях

В авиапредприятиях (в частности в службе ЭРТОС), согласно действующим нормативным документам [11-13], безопасность полетов считается обеспеченной при соблюдении требований по:

1. 1) размещению оборудования;
2. 2) эксплуатационно-техническим характеристикам оборудования;
3. 3) пространственным характеристикам оборудования.

Первый пункт требований актуален при установке новых объектов, а также при решении вопроса строительства на близлежащей к объектам территории. Соответствие ЭТХ требованиям проверяется во время выполнения ТО и наземных проверок. Пространственные характеристики средств (дальность действия, форма ДНА и т.д.) проверяются во время облетов [3].

Кроме выполнения указанных требований (к размещению, ЭТХ и пространственным характеристикам) необходимо также обеспечить полное перекрытие воздушных трасс зонами действия РТС. В этом случае безопасность полетов в регионе считается обеспеченной.

Стоит отметить, что расчет дальности действия в нормативных документах описан с применением упрощенных методик, либо реализация процесса расчета отдана в ведение инженерно-технического персонала, который использует в расчета наиболее простые подходы. Компенсируется этот недостаток коррекцией вычисленных результатов по данным облетов. Данных подход, приемлемый для концепции оборудованных трасс, малоэффективен для оценки работы РТС в концепции зональной навигации, так как программа облетов не позволяет в должной мере оценить характеристики РТС во всем объеме зоны действия. Что касается РТС связи, то оборудование проверяется только при вводе в эксплуатацию и замене АФУ, периодических облетов при этом не выполняется [3].

Для обеспечения навигации по двум маякам-дальномерам DME/DME, рекомендуется рассчитывать рабочую область системы [4]. Для других РТС рабочие области не рассчитываются. Таким образом, на основе критериев, принятых в авиапредприятиях, полет в регионе считается безопасным, если удовлетворены требования к размещению, ЭТХ и пространственным характеристикам оборудования, а также обеспечено перекрытие трасс зонами действия РТС (и рабочими областями для систем DME/DME).

Подводя итог, можно сказать, что применяемая на авиапредприятиях методика анализа эксплуатационных характеристик РТОП имеет ряд недостатков. Так, процедура расчета зон действия устарела, а погрешности методов не могут быть в полной мере нивелированы в процессе облета. Особенно это касается средств авиационной воздушной электросвязи ОВЧ диапазона. Внедрение зональной навигации с последующим отказом от жесткой системы воздушных трасс потребует применение более точных расчетных методов, способных определить границы зоны действия по всем направлениям, для всех высот полета. Рабочие области рассчитываются только для маяков-дальномеров DME/DME, хотя документы ИКАО определяют, что только в пределах рабочих областей обеспечивается безопасность полетов [4]. Отсутствует интегральный показатель, характеризующий степень перекрытия воздушных трасс региона. Перечисленные недостатки говорят о необходимости разработки новой методики анализа ЭХ средств РТОП.

1.2 Методика определения уровня безопасности полетов основанная на расчете риска столкновения

В последнее время большую популярность приобрели работы, рассматривающие уровень безопасности полетов с точки зрения риска столкновения ВС. В основе методов расчета лежат модели Рейха и Хсю. Как указано в [14], они различаются принятой системой координат и некоторыми операциями расчета.

Данной проблемой занимаются такие организации, как Национальная аэрокосмическая лаборатория NLR, Национальное агентство по космическим исследованиям NASA, ГосНИИ «Аэронавигация», университеты МГТУ ГА, ГУАП, ГУГА и др. [5].

Разработанные модели позволяют в реальном времени оценивать риск столкновения пары ВС как в горизонтальной плоскости, так и в трехмерном пространстве. Так как расчет риска ведется в реальном масштабе времени, то, для уменьшения времени расчета принимается ряд упрощений: упрощена модель распределения ошибок определения координат ВС, для описания распределения погрешностей применяют в основном нормальный закон, а также не учитываются погрешности пилотирования. В рамках решаемой в диссертационной работе задачи, подход, основанный на определении риска столкновения, не позволяет в полной мере осуществить анализ достаточности инфраструктуры средств РТОП.

1.3 Методика определения уровня безопасности полетов основанная на расчете вероятности нарушения норм эшелонирования

Хорошим решением можно признать выбор в качестве критерия безопасности полетов вероятность нарушения норм эшелонирования. Из последних исследований в этой области можно назвать работы Е.И. Компанцевой [16-18], О.А. Троицкой [9, 10] и др. В перечисленных работах авторы моделировали полет двух ВС по одной трассе, а также по параллельным и пересекающимся трассам, с целью определить вероятность нарушения норм эшелонирования при различных значениях погрешности определения координат и различных скоростях самолетов.

В работах, однако, есть ряд спорных моментов. Так, авторы рассматривают движение ВС по трассе с систематическим боковым отклонением; на практике это не встречается, т.к. систематические погрешности устраняются соответствующими системами управления, потому рассматриваемые погрешности являются случайными и несмещенными. В качестве закона распределения погрешности определения координат ВС принят нормальный закон, несмотря на то, что в официальных документах ИКАО применение его ставится под сомнение. При решении задачи, результаты расчетов излишне загрублялись, в результате чего момент нарушения норм эшелонирования определялся с существенной ошибкой.

Сам подход к анализу безопасности полетов путем расчета вероятности нарушения норм эшелонирования довольно интересен и требует дальнейшей проработки. Недостатком данного подхода является необходимость оперирования с довольно малыми величинами. Поэтому для получения результатов большой точности, необходимо затратить значительное время.