Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Дальневосточный федеральный университет» в г. Артёме

Отдел реализации ОПОП СПО

Курсовая работа

Автоматизированное наблюдение за воздушными объектами

Выполнил(а): студент группы 13С-4181 Григорьева Е. Ю.

Проверил: Белкина О. В.

Артём 2015



Оглавление

• Введение
• 1. Классификация систем наблюдения за воздушной обстановкой
• 2. Общие требования к объектам радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи
• 3. Средства и объекты радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи
• 4. Техническая эксплуатация объектов и средств радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи
• 5. Алгоритмы цифровой обработки сигналов для наземной станции автоматического наблюдения
• 6. Наблюдение на основе передачи речевых донесений
• 7. Автоматическое зависимое наблюдения ADS
• 8. Наблюдение на основе использованя первичных радиолокаторов
• 9. Наблюдение на основе использования вторичных обзорных радиолокаторов
• 10. Надежность функционирования средств радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи
• Заключение
• Список используемой литературы
• 
• Введение

В данной работе рассматривается комплекс алгоритмов функционирования устройств цифровой обработки сигналов для наземной станции автоматического зависимого наблюдения за воздушными объектами.

Не секрет, что сегодня в России любое воздушное судно малой авиации и без специальных технологий становится невидимым для наблюдения почти сразу после взлета. Сплошной радиолокационный контроль обеспечивается лишь по периметру госграницы, в районе аэропортов и по трассам полетов гражданской авиации на больших высотах.

Если говорить о крупных городах, где множество высотных зданий, то ситуация там нулевая - контроля воздушной обстановки практически нет. В Москве полеты, к примеру, вертолетов МЧС проходят под ответственность слово пилотов, да и то в самых исключительных случаях.

Между тем, в России проблема эффективного и постоянного мониторинга воздушного пространства в мегаполисах и в районах со сложным рельефом местности решена, причем на технологическом уровне превосходящем тот, что применяется в тех же США.



1. Классификация систем наблюдения за воздушной обстановкой

Все используемые в настоящее время и перспективные системы наблюдения за воздушной обстановкой, обозначенные Комитетом по будущим аэронавигационным системам FANS термином Surveillance System, разделяются на два основных типа:

- системы зависимого наблюдения;

- системы независимого наблюдения.

В системах зависимого наблюдения местоположение ВС или какого-либо другого транспортного средства определяется на борту, и затем полученные данные передаются органу ОВД. К системам зависимого наблюдения относится оборудование передачи речевых сообщений экипажей о местоположении ВС VPR (Voice Position Reports), а также бортовое и наземное оборудование автоматического зависимого наблюдения ADS. При этом ADS подразделяется на два основных типа:

- ADS-A (Automatic Dependent Surveillance- Addressable);

- ADS-B (Automatic Dependent Surveillance- Broadcast).

Оборудование ADS-A, именуемое также ADS-С (контрактное), автоматически посылает с борта ВС данные о своем местоположении органу ОВД, находящемуся на земле, через определенные интервалы времени или в определенных заранее оговоренных случаях. Периодичность передачи данных или особые случаи, при которых должно передаваться сообщение, устанавливает орган ОВД.

Оборудование ADS-В предполагает радиовещательный принцип передачи данных о местоположении ВС. Использовать эти данные может любой участник воздушного движения или орган управления воздушным движением (УВД), независимо от того, находится он на земле или в воздухе. Период обновления информации в этом случае устанавливается постоянным в зависимости от плотности воздушного движения в том или ином районе воздушного пространства.

Независимые системы наблюдения предполагают использование оборудования, которое определяет местоположение ВС непосредственно на земле. Бортовое оборудование в этом случае участия в определении местоположения ВС не принимает.

Независимое наблюдение может осуществляться первичными ОРЛ - PSR (Primary Surveillance Radar) или вторичными ОРЛ - SSR (Secondary Surveillance Radar). Вторичные радиолокаторы при этом подразделяются на традиционные вторичные радиолокаторы, принцип действия которых основан на обработке пакета ответных сигналов, моноимпульсные вторичные обзорные радиолокаторы МSSR (Monopulse Secondary Surveillance Radar), а также на моноимпульсные вторичные радиолокаторы, работающие в режиме S. К независимым системам наблюдения с некоторыми оговорками могут быть отнесены также пассивные обзорные системы, принцип действия которых основан на дифференциальной оценке времени запаздывания прихода сигналов на несколько разнесённых в пространстве приемников. От бортового оборудования при этом требуется лишь периодическое излучение импульсных сигналов, несущих информацию об идентификационном номере ВС или какого-либо другого транспортного средства, перемещающегося по лётному полю. Такие системы получили название маячных систем с оценкой разности запаздывания сигналов TDOA BML (Time Difference of Arrival Beacon Multilateration).

2. Общие требования к объектам радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи

РТОС установленное на объектах РТОП и связи, должно иметь сертификат типа оборудования и/или быть принято на оснащение в ГА.

Радиоизлучающие РТОС должны иметь разрешение на право эксплуатации.

Допускается к использованию оборудование, имеющее сертификат на данный конкретный образец.

На каждое радиоизлучающее РТОС, размешенное на объектах РТОП и связи, в установленном порядке и специально уполномоченным органом должны быть выделены защищенные от помех радиочастоты.

РТОС должно функционировать в реальных условиях эксплуатации с характеристиками, удовлетворяющими сертификационным требованиям, в условиях воздействия на них непреднамеренных помех при выполнении требований по собственному электромагнитному излучению.

Излучения, создаваемые РТОС на рабочих местах и на территории населенных пунктов, не должны превышать предельно-допустимых уровней, установленных действующими санитарными нормами и правилами.

Здания и сооружения объектов РТОП и связи, а также линии связи, управления и сигнализации объектов, должны быть спроектированы в соответствии со СНиП и построены в соответствии с проектом, утвержденным в установленном порядке.

Наличие на объектах РТОП и связи систем авиационной и пожарной безопасности, систем жизнеобеспечения инженерно-технического персонала и их технические параметры, определяются требованиями СНиП и проектной документацией. Для объектов, в которых РТОС размещается в кузовах (контейнерах) заводского изготовления, наличие указанных систем должно быть предусмотрено в заводской документации.

Объекты РТОП и связи вне периметра аэродрома должны иметь ограждение, а выполняющие свои функции без постоянного присутствия обслуживающего персонала - охранную и пожарную сигнализацию.

На объектах РТОП и связи должна быть предусмотрена технологическая вентиляция в соответствии с требованиями эксплуатационной документации на РТОС.

Размещение объектов РТОП и связи на аэродроме должно удовлетворять требованиям обеспечения электромагнитной совместимости.

Электроснабжение объектов РТОП и связи, технологического и другого оборудования должно быть обеспечено в соответствии со СНиП, проектной документацией и требованиями ПТЭ и ПТБ

Линии связи, управления и трансляции сигналов на объектах РТОП и связи должны обеспечивать надежное функционирование РТОС, средств оперативной связи, охранной, пожарной сигнализации и не должны ухудшать параметры передаваемых по ним сигналов.

В качестве каналов трансляции информации к\от объектов РТОП и связи могут применяться физические, оптоволоконные и радиорелейные линии, уплотненные соответствующими системами передачи, а также:

* каналы связи, арендуемые у юридических и физических лиц;

* каналы (сети) ВЧ радиосвязи;

* каналы спутниковой связи.

Все здания и сооружения объектов РТОП и связи, в том числе и антенные устройства, установленные в зоне коридоров подхода и на аэродроме, должны удовлетворять требованиям по ограничению высотных препятствий, изложенных в нормативных документах гражданской авиации.

Объекты РТОП и связи должны быть обеспечены подъездными дорогами до примыкания к автодорогам общей сети или внутриаэропортовым дорогам.

Объект РТОП и связи должен иметь комплект необходимой документации. радиолокатор воздушный авиационный электросвязь

Требования к размещению объектов радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи должны учитываться только при проектировании.

3. Средства и объекты радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи

К средствам радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи относятся:

Обзорный радиолокатор трассовый (ОРЛ-Т) предназначен для обнаружения и измерения координат (азимут-дальность) воздушных судов во внеаэродромной зоне (на трассах и вне трасс) с последующей выдачей информации о воздушной обстановке в центры (пункты) управления воздушным движением для целей контроля и обеспечения управления воздушным движением.

Обзорный радиолокатор аэродромный (ОРЛ-А) предназначен для обнаружения и измерения координат (азимут-дальность) воздушных судов в аэродромной зоне с последующей выдачей информации о воздушной обстановке в центры (пункты) управления воздушным движением для целей контроля и обеспечения управления воздушным движением.

Вторичный радиолокатор (ВРЛ) предназначен для обнаружения, измерения координат (азимут-дальность), запроса и приема дополнительной информации от воздушных судов, оборудованных самолетными ответчиками, с последующей выдачей информации в центры (пункты) УВД для целей обеспечения управления воздушным движением.

Посадочный радиолокатор (ПРЛ) предназначен для обнаружения и измерения координат (дальность-угол места в плоскости глиссады, дальность-азимут в плоскости курса) воздушных судов на предпосадочной прямой для целей контроля и обеспечения управления воздушными судами, заходящими на посадку.

Радиолокатор обзора летного поля (РЛС ОЛП) предназначен для обнаружения и наблюдения за воздушными судами, спецавтотранспортом, техническими средствами и другими объектами, находящимися на ВПП и РД, а также в целях контроля и управления движением ВС на ВПП и РД во время старта, руления и посадки.

Автоматический радиопеленгатор (АРП) предназначен для измерения пеленга на воздушное судно относительно места установки антенны радиопеленгатора.

Наземный всенаправленный азимутальный ОВЧ-радиомаяк (РМА) предназначен для измерения азимута воздушного судна относительно места установки маяка при полетах ВС по трассам и в зонах аэродромов.

Наземный всенаправленный дальномерный УВЧ радиомаяк (РМД) предназначен для измерения дальности воздушного судна относительно места установки маяка при полетах ВС по трассам и в зонах аэродромов.

Отдельная приводная радиостанция (ОПРС) предназначена для обозначения координатного пункта на трассе (маршруте) полета, используемого в целях привода воздушного судна в радионавигационную точку или для построения маневра захода на посадку.

Радиомаячные системы посадки ( РМС) в составе:

- Курсовой радиомаяк (КРМ) предназначен для излучения сигналов, содержащих информацию, необходимую для ориентировки ВС по курсу при выполнении захода на посадку.

- Глиссадный радиомаяк (ГРМ) предназначен для излучения сигналов, содержащих информацию, необходимую для ориентировки ВС по глиссаде при выполнении захода на посадку.

- Ближний маркерный радиомаяк (БМР) предназначен для обеспечения экипажа ВС информацией о месте нахождения ВС относительно ВЛЛ и контроля высоты полета.

- Дальний маркерный радиомаяк (ДМР) предназначен для обеспечения экипажа ВС информацией о месте нахождения ВС относительно ВПП, контроля высоты полета.

Примечания:

1. На отдельных аэродромах, предназначенных для полетов по минимумам посадкиII и III категории в состав объектов радиомаячных систем посадки может дополнительно входить внутренний маркерный радиомаяк (ВнМРМ), предназначенный для обеспечения экипажа ВС информацией о близости порога ВПП.

2. На отдельных аэродромах, имеющих сложный рельеф местности в зоне захода на посадку, в состав объектов РМС посадки может входить дополнительный маркерный радиомаяк.

3. Вместо ближнего и/или дальнего маркерных радиомаяков допускается использование РМД.

Передающий радиоцентр (ПРЦ) предназначен для организации авиационной подвижной воздушной электросвязи в диапазонах ОВЧ и ВЧ (обеспечение передачи информации в аналоговом и цифровом видах от диспетчерских наземных служб УВД экипажам воздушных судов), а также для организации авиационной фиксированной электросвязи.

Приемный радиоцентр (ПРМЦ) предназначен для организации авиационной подвижной воздушной электросвязи ОВЧ и ВЧ диапазонов (обеспечение приема информации в аналоговом и цифровом видах диспетчерскими наземными службами от экипажей воздушных судов), а также для организации авиационной фиксированной электросвязи.

Автономный ретранслятор авиационной подвижной воздушной связи (АРТР) предназначен для организации сплошного радио перекрытия ВП зон ответственности районных центров ОВД различного уровня автоматизации многочастотным полем авиационной подвижной воздушной связи и обеспечения обмена информацией в аналоговом и цифровом вилах между диспетчерскими наземными службами УВД и экипажами воздушных судов.

Средства авиационной подвижной воздушной связи ОВЧ-диапазона предназначены для использования в качестве основных средств связи аэродромных и районных диспетчерских пунктов, а также как резервные и аварийные (с электропитанием от аккумуляторов) средства связи при отказе основных передающих и приемных устройств объектов ПРЦ и ПРМЦ.

Средства радиосвязи и ретрансляторы ВЧ-диапазона предназначены для организации радиоперекрытия воздушного пространства в зоне ответственности районных центров УВД радиополем авиационной подвижной связи ВЧ-диапазона с целью обеспечения обмена информацией в аналоговом и цифровом видах между диспетчерскими пунктами УВД и экипажами ВС на участках маршрутов и трасс полетов.

Оборудование центров коммутации сообщений (ЦКС) предназначено для приема, анализа, маршрутирования, передачи, архивации сообщений, контроля состояния каналов связи и очередей на передачу, поддержания технологического единства сети телеграфной связи гражданской авиации.

Выносное оборудование отображения радиолокационной и радионавигационное информации.

В настоящих ФАЛ под объектом радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи понимается совокупность средств РТОП и связи, вспомогательного и технологического оборудования (средства автономного электропитания, линии связи, управления и т.д.), размещенных на местности в стационарном или мобильном вариантах, обслуживаемых инженерно-техническим персоналом и предназначенных для обеспечения определенной функции в единой системе организации воздушного движения, а также производственной деятельности предприятия.

К объектам РТОП и связи, на которые распространяются сертификационные требования настоящих ФАЛ относятся:

Объекты радиолокации:

1. Обзорный радиолокатор трассовый (ОРЛ-Т).

2. Обзорный радиолокатор аэродромный (ОРЛ-А).

3. Вторичный радиолокатор (ВРЛ).

4. Посадочный радиолокатор (ПРЛ).

5. Радиолокационная станция обзора летного поля (РЛС ОЛП).

Объекты радионавигации:

1. Автоматический радиопеленгатор (АРП).

2. Наземный всенаправленный ОВЧ-радиомаяк азимутальный (РМА).

3. Наземный всенаправленный УВЧ радиомаяк дальномерный (РМД).

4. Отдельная приводная радиостанция (ОПРС).

5. Курсовой радиомаяк (КРМ).

6. Глиссадный радиомаяк (ГРМ).

7. Ближний приводной радиомаяк (БПРМ).

8. Дальний приводной радиомаяк (ДЛРМ).

9. Радиотехническая система ближней навигации (РСБН)

Объекты авиационной электросвязи:

1. Передающий радиоцентр (ПРЦ).

2. Приемный радиоцентр (ПРМЦ).

3. Автономный ретранслятор авиационной подвижной воздушной связи (АРТР).

4. Центр коммутации сообщений (ЦКС).

В состав объектов радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи входят следующие объектообразующие элементы:

* технические здания (сооружения), антенно-фидерные устройства и модули;

* средство РТОП и связи в соответствии с функциональным назначением объекта: системы электроснабжения;

* системы авиационной безопасности (охранная сигнализация, огни заграждения и т.п.);

* средства пожарной безопасности (пожарная сигнализация, средства пожаротушения);

* средства жизнеобеспечения и охраны труда инженерно-технического персонала (кондиционирование, вентиляция, освещение, защитное заземление и т.п.);

* средства технологической вентиляции и кондиционирования;

* средства обеспечения технической эксплуатации;

* комплекты эксплуатационной, строительной и монтажной документации.

Совмещенные на одной позиции средства РТОП и связи составляют один объект и на него распространяются сертификационные требования, предъявляемые как к автономно функционирующим объектам.

К типовым совмещенным объектам РТОП и связи относятся:

* обзорный трассовый радиолокатор и вторичный радиолокатор (ОРЛ-Т + ВРЛ);

* обзорный аэродромными радиолокатор, посадочный, радиолокатор и автоматический радиопеленгатор (ОРЛ-А + ПРЛ + АРП);

* курсовой радиомаяк и ближний приводной радиомаяк (КРМ + БПРМ);

* дальний приводной радиомаяк и передающий радиоцентр (ДПРМ + ПРЦ);

* приемный радиоцентр и автоматический радиопеленгатор (ПРМЦ + АРП).

Возможны другие сочетания средств.

При соблюдении норм и требований по электромагнитной совместимости передающих приемных устройств средств РТОП и связи допускается совместное размещение и других средств РТОП и связи на одной позиции.

Совокупность объектов КРМ, ГРМ, МРМ составляют радиомаячную систему посадки. Совокупность объектов ДПРМ и БПРМ составляют систему посадки ОСП.

4. Техническая эксплуатация объектов и средств радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи

Техническую эксплуатацию объектов и средств радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи служб ЭРТОС, установленных на гражданских аэродромах, аэродромах совместного базирования (использования) осуществляет инженерно-технический персонал соответствующей службы.

Техническая эксплуатация РТОС включает проведение следующих работ:

* ввод в эксплуатацию;

* техническое обслуживание;

* проведение наземных и летных проверок;

* ремонт;

* проведение доработок;

* метрологическое обеспечение технического обслуживания и ремонта;

* продление ресурса (срока службы);

* переподготовку и повышение квалификации инженерно-технического персонала;

* мероприятия по охране труда и пожарной безопасности.

Ввод в эксплуатацию РТОС включает следующие этапы:

* проектирование;

* государственная экспертиза проектной документации,

* обеспечение строительной готовности объекта РТОП;

* монтаж и настройку оборудования;

* проведение приемосдаточных испытаний.

Приемка строительной готовности объектов РТОП и связи производится в соответствии со СНиП и проектной документацией.

Монтаж, настройка и приемосдаточные испытания оборудования осуществляются в соответствии с проектной и эксплуатационной документацией силами спецмонтажных организаций и заводов-изготовителей.

Допускается проведение монтажа и настройки оборудования силами эксплуатационного персонала, имеющего соответствующий допуск к проведению монтажных работ.

К использованию по назначению допускаются работоспособные средства с надежностью не менее указанной в ЭД.

Требуемая надежность, соответствующая уровню безопасности воздушного движения, достигается на этапах разработки и изготовления средства и поддерживается при эксплуатации техническим обслуживанием и резервированием средства.

Техническое обслуживание РТОС организуется и осуществляется в целях поддержания требуемой надежности, предупреждения постепенных отказов и поддержания характеристик (параметров) в пределах норм, установленных в ЭД.

Ремонт выполняется для восстановления работоспособности РТОС.

Ремонт осуществляется эксплуатантом или уполномоченной организацией на месте дислокации. Порядок поведения ремонта на месте дислокации регламентируется эксплуатационной и ремонтной документацией.

Капитальный ремонт осуществляется организациями, имеющими соответствующие полномочия.

Доработки РТОС проводятся в объеме и в соответствии с правилами, изложенным в бюллетенях на доработку, оформленных в установленном порядке.

РТОС, выработавшее установленный ресурс (срок службы) подвергается оценке технического состояния в соответствии с действующими нормативными документами ФАС России.

По результатам оценки принимается решение о продлении ресурса (срока службы), проведении ремонта или списании РТОС.

При вводе РТОС в эксплуатацию, а также после реконструкции объектов и замены оборудования перед проведением летных проверок, проводится наземный контроль в целях оценки соответствия основных технических параметров РТОС требованиям эксплуатационной документации.

Наземные проверки включают следующие работы:

* проверку работоспособности оборудования;

* регулировку и настройку оборудования;

* измерение основных технических параметров;

* составление таблиц настройки и карт контрольных режимов.

Наземные проверки РТОС проводятся инженерно-техническим персоналом.

Для определения соответствия тактических параметров РТОС требованиям эксплуатационной документации и оценки пригодности средств для обеспечения полетов ВС проводятся летные проверки.

Летные проверки проводятся с периодичностью и в объеме, определенными действующими руководствами/программами и методиками летных проверок.

Наземные и летные проверки при вводе в эксплуатацию РТОС проводится комиссией заказчика, в состав которой могут быть включены представители заводов-изготовителей, разработчиков, специалисты научных организаций ГА, монтажных и пусконаладочных организаций. Летные проверки РТОС проводятся авиапредприятиями-владельцами самолетов-лабораторий лицензированными на право деятельности в установленном законодательством порядке, оборудованными измерительными комплексами, прошедшими метрологическую аттестацию, или рейсовыми специально выделенными воздушными судами, если для оценки параметров не требуется специальное бортовое оборудование.

Техническая эксплуатация РТОС осуществляется инженерно-техническим персоналом, имеющим подготовку соответствующего уровня и профиля, прошедшим стажировку и имеющим практические знания, квалификацию и допуск к самостоятельной работе.

Руководящий состав служб ЭРТОС, руководители объектов и лица их замещающие с периодичностью 1 (один) раз в 5 (пять) лет проходят обучение на курсах повышения квалификации.

Весь личный состав службы ЭРТОС ежегодно проверяется по знанию документов по технической эксплуатации и материальной части.

Работы по метрологическому обеспечению технической эксплуатации РТОС осуществляются самостоятельным подразделением или назначенным ответственным за организацию метрологического обеспечения технической эксплуатации РТОС из числа специалистов, прошедших специальную подготовку по метрологии.

Основными задачами метрологического обеспечения в авиапредприятиях являются:

* обеспечение требуемой точности измерений технических характеристик РТОС.

* поддержание постоянной метрологической готовности средств измерений.

5. Алгоритмы цифровой обработки сигналов для наземной станции автоматического наблюдения

Возможности существующих систем наблюдения за воздушным движением в целях повышении безопасности и эффективности авиации ограничены. В таких зонах воздушного пространства как океанические поверхности, пустыни, горные районы и другие труднодоступные местности, размещение источников наземного базирования или невозможно, или экономически невыгодно. По этим причинам осуществляется внедрение потенциально более точной и дешевой, как в эксплуатации, так и в обслуживании, спутниковой системы навигации и наблюдения, базирующейся на технологии АЗН-В.

Результаты навигационных измерений передаются в центр управления воздушным движением (УВД) с заранее установленной периодичностью, зависящей не от угловой скорости вращения радиолокационной станции (РЛС), а от потребностей диспетчеров в обновлении данных о состоянии воздушного судна.

Автоматическое зависимое наблюдение-вещательное (АЗН-В) - это средство, с помощью которого воздушные суда, аэродромные транспортные средства и другие объекты могут автоматически передавать и (или) принимать данные об идентификации, местоположении, скорости, а также дополнительные данные в режиме радиовещания через канал передачи данных.

Наземная станция ES 1090 (Extended Squitter1090 MHz - расширенный сквиттер 1090 МГц; здесь сквиттер - самогенерируемый сигнал - спонтанная передача приемоответчиком без необходимости запроса, вырабатываемая на псевдо-произвольной скорости или на основе произошедшего события) представляет собой часть системы, которая обеспечивает пилотов, авиадиспетчеров и других пользователей информацией о ситуации в воздушном пространстве и на территории аэропорта. Служба АЗН-В осуществляет сбор информации о местоположении, скорости и статусе от систем и датчиков на воздушном судне и транслирует эту информацию для других целей и наземных станций. Система АЗН-В является автоматической, потому что не требуется внешнего воздействия человека; она является зависимой, так как опирается на источники навигации и радиопередающие системы на борту для предоставления информации наблюдения другим пользователям. Воздушное судно, начинающее радиопередачу, не будет знать, какие пользователи принимают его радиопередачу; любой пользователь, расположенный в воздухе или на земле, в пределах радиуса действия этой радиотрансляции может обрабатывать полученную информацию наблюдения АЗН-В. Обобщенная структура навигации, наблюдения и организации воздушного движения с применением систем АЗН-В, первичной и вторичной радиолокации (ПРЛ и ВРЛ), приведена на рис.1.

Рис. 1. Обобщенная структура навигации, наблюдения и организации воздушного движения.

Сообщение АЗН-В - удлиненное сообщение, которое приемоответчики передают автоматически без необходимости запроса со стороны радиолокатора, чтобы посылать информацию другим воздушным судам или наземным станциям. Несущая частота всех ответов приемоответчиков составляет 1090 МГц. Ответ состоит из преамбулы и блока данных. Преамбула представляет собой последовательность из четырех импульсов, а блок данных - последовательность с двоичной фазово-импульсной модуляцией с частотой изменения данных 1 Мбит/с. На рис. 2 приведена структурная схема наземной станции.

Рис. 2. Структурная схема наземной станции

Сигналы с приемоответчиков воздушных судов поступают на антенную систему, проходят через входной фильтр с полосой пропускания 1030 - 1090 МГц и поступают на блок приемника, обеспечивающего усиление, частотную селекцию и преобразование высокочастотных сигналов в сигналы промежуточной частоты 60 МГц. С выхода приемника сигналы поступают на микро ЭВМ, которая выполняет аналого-цифровое преобразование и дешифрацию ответных сигналов, формирование выходных кодограмм и их последующую передачу по сети Интернет на персональный компьютер. Полученная информация в виде донесений в формате ASTERIX обрабатывается и отображается на экране в виде треков (прогрессивного ряда оценок о местоположении цели). Микро ЭВМ выполнена в виде одного типового элемента замены на базе микроконтроллера фирмы Atmel с архитектурой ARM 9 и программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) Spartan-3E45t фирмы Xilinx. Для поддержки сетевых протоколов на микроконтроллер установлена операционная система Linux версии 2.6.32. Для обмена данными с микроконтроллером на ПЛИС реализован интерфейс SRAM (статической памяти).

В предлагаемой статье рассматриваются алгоритмы приема и демодуляции сигналов АЗН-В, относящиеся к функции приема и декодирования наземной станции. Эти алгоритмы отвечают за обработку сигнала, полученного с приемной части станции. Конечным этапом данной обработки являются последовательности информационных бит сообщений АЗН-В, поступающих от воздушных судов.

Так как передачи сообщений от воздушных судов являются независимыми, несколько сообщений могут пересекаться на одном временном интервале, а также могут интерферировать с другой информацией в радиоканале, в результате чего могут возникать ошибки приема. Алгоритмы приема и демодуляции сигналов АЗН-В не должны предусматривать разделение таких наложенных сообщений АЗН-В, но должны обеспечивать прием ошибочных битов информации, а также неполных сообщений, т.е. любой информации АЗН-В из эфира.

Были разработаны основные блоки для реализации алгоритмов приема и обработки сигналов АЗН-В, а также в среде Matlab промоделирована их работа, а именно:

· вычисление огибающей исходного сигнала;

· увеличение отношения сигнал/шум;

· выделение синхропреамбулы для определения начала информационного блока сообщения;

· прием последовательности информационных битов.

Рассмотрим подробнее каждый из этих блоков, представленных на функциональной схеме на рис. 3.

В блоке вычисления огибающей производится демодуляция исходного сигнала, оцифрованного на частоте 80 МГц. В результате этого выделяется его низкочастотная амплитудная составляющая. Принцип работы данного блока основан на преобразовании Гильберта.

Полученная на основе реального исходного сигнала огибающая имеет отличия от теоретических расчетов (не имеет четко выраженных максимумов). Это связано с тем, что шум в канале связи и на выходе приемной системы при преобразовании аналогового сигнала в дискретный приводит к изменениям исходной формы сигнала и длительностей импульсов.

Поскольку входной сигнал является детерминированным, то задача его наблюдения (приема) заключается в установлении факта его наличия или отсутствия, для чего целесообразно использовать критерий максимума отношения сигнал/шум, который очень широко используется в радиолокационных системах.

Рис. 3. Функциональная схема приема и обработки сигналов АЗН-В

Чтобы снизить влияние шума, используется метод накопления сигнала и его последующее усреднение. Для этого одна половина значений накопленного сигнала суммируется, а другая половина значений - вычитается. Поскольку воздействие низкочастотной составляющей шума на протяжении всего сигнала является постоянным, то ее влияние уменьшается за счет вычитания одной части накопленного сигнала из другой. Влияние на сигнал высокочастотной составляющей шума носит случайный характер и уменьшается за счет производимой операции суммирования.

Каждое ответное сообщение АЗН-В начинается с синхропреамбулы длительностью 8 мкс, за которой далее передается блок данных сообщения. Синхропреамбула определяет именно сигналы АЗН-В на фоне другой информации в радиоэфире.

Блок выделения синхропреамбулы предназначен для определения момента времени начала блока данных, с которого необходимо считывать информационные биты. В нем производится накопление сигнала в окне с интервалом в 8 мкс (длительность синхропреамбулы). Далее на данном интервале производятся вычисления, в результате которых формируется новый сигнал. Значения этого сигнала находятся в отрицательной области на всем интервале и только в момент окончания синхропреамбулы, а, следовательно, начала информационной части достигают своего положительного максимального значения.

В блоке приема последовательности информационных битов анализируются сигналы с выходов блоков выделения синхропреамбулы и увеличения отношения сигнал/шум. Определяется момент времени начала информационной части и на основании значений сигнала с блока увеличения отношения сигнал/шум определяются биты сообщения АЗН-В, в том числе и ошибочные. Полученные с выхода данного блока последовательности информационных битов сообщения АЗН-В передаются далее на микроконтроллер для последующей обработки информации наблюдения.

В результате выполнения данной работы получен программный код на языке VHDL, который используется для аппаратной реализации соответствующих блоков обработки сигналов АЗН-В.

Разработано программное обеспечение в среде Matlab, моделирующее работу алгоритмов приема и обработки сигналов АЗН-В. Представлен графический интерфейс для визуализации данных, которые формируются на каждом этапе обработки сигнала. Приведены результаты работы блока приема последовательности информационных бит, полученные в процессе моделирования в Matlab. Выполнена оптимизация и адаптация основных программных процедур блоков приема и обработки сигналов АЗН-В с целью их реализации на отладочной аппаратуре. Дан отчет ISE Design Suit 13.3 об использовании ресурсов ПЛИС Xilinx Spartan-3E45t с применением сгенерированного VHDL-кода основных функциональных блоков. На тестовой аппаратуре выполнена оценка работоспособности блоков путем сравнения результатов их работы с результатами моделирования.

Создание наземной станции АЗН-В находится на стадии экспериментальных исследований, поэтому разработанные алгоритмы могут быть использованы для оценки качества приема информации, а также для приблизительной оценки конечного выбора аппаратной базы для разрабатываемой наземной станции.

Преимуществами внедрения в автоматизированные системы управления воздушным движением оборудования АЗН-В являются низкая стоимость, высокая точность и большая скорость обновления данных по сравнению с действующими РЛС.

6. Наблюдение на основе передачи речевых донесений

Наблюдение на основе передачи речевых донесений используется в основном там, где по той или иной причине отсутствует возможность применения радиолокационного наблюдения. Чаще всего такой вид наблюдения применяется в воздушном океаническом пространстве или в континентальном пространстве с обширными труднодоступными участками суши. Экипажи ВС передают сообщения о своем местонахождении органам ОВД с помощью соответствующих средств радиосвязи или непосредственно, или через станцию авиационной связи с последующей их ретрансляцией органам УВД. Для связи в качестве несущих частот используются или высокие частоты HF(High Frequency), или очень высокие частоты VHF (Very High Frequency).

Основными недостатками такого вида наблюдения является малая оперативность, информативность и скорость передачи сообщений. Кроме того передача речевых сообщений требует от экипажей ВС и особенно от диспетчерского состава наземных служб значительных затрат времени, отвлекая их от выполнения своих основных функций. Концепция развития систем CNS/ATM предполагает замену этого вида наблюдения на более совершённые системы.

7. Автоматическое зависимое наблюдения ADS

Системы автоматического зависимого наблюдения предполагают, что местоположение ВС определяется непосредственно на борту, и затем эта информация передается на землю органам ОВД. Вместе с координатной информацией на землю передается дополнительная полётная информация, существенно повышающая эффективность работы систем ОВД.

Для работы системы ADS необходимо на борту иметь высокоточное и надежное радионавигационное оборудование, а между бортом и землей - высокопроизводительную систему связи “борт - земля”. Функциональные возможности системы ADS могут быть значительно расширены, если будут организованы автоматические каналы связи “ земля - борт”, а также наземные каналы связи между отдельными пунктами системы ОВД.

В настоящее время имеется два вида систем автоматического зависимого наблюдения:

- “контрактное ” или “адресное” автоматическое зависимое наблюдение, обозначаемые обычно как ADS-А (Automatic Dependent Surveillance - Addressable), ADS-C (Automatic Dependent Surveillance - Contract) или просто ADS;

-“радиовещательное” автоматическое зависимое наблюдение, обозначаемое как ADS-В (Automatic Dependent Surveillance -Broadcast).

Оборудование ADS-А (ADS-C) автоматически посылает с борта ВС данные о своем местонахождении или периодически, или при определенных ситуациях полета. Орган ОВД имеет возможность через свои технические средства, взаимодействующие с бортовой аппаратурой ADS, установить периодичность обновления необходимой информации (так называемый “периодический контракт”) или заранее оговорить ситуации, при которых будут передаваться на землю определенные виды и объём информации (так называемый “контракт по событию”).

Периодическим контрактом устанавливается временной интервал для регулярных автоматических докладов о местонахождении ВС. Базовый доклад о местоположении может быть дополнен другими данными, поля для которых в формате передаваемых сообщений зарезервированы и могут быть использованы по требованию диспетчера. Если установлен “контракт по событиям”, то доклад о местоположении ВС последует в случае возникновения следующих ситуаций, которые также устанавливаются диспетчером:

-отклонение ВС от заданного эшелона в определённых допусках;

-отклонение ВС от заданного маршрута полёта на определённые расстояния;

-пролёт пунктов обязательных донесений;

-пролёт пунктов донесений по запросу и т.д.

Контрактное ADS не предназначено для замены существующих систем радиолокационного наблюдения, и его применение ограничивается областями воздушного пространства, где используются процедурные методы ОВД.

Радиовещательное автоматическое зависимое наблюдение ADS-В представляет собой усовершенствованный метод ADS, который предусматривает периодическую радиовещательную передачу данных о местоположении ВС и другой полётной информации, имеющейся на борту. Любой пользователь, находящийся в воздухе или на земле в пределах дальности радиовещательной передачи, может обрабатывать и использовать эту информацию в своих целях. В частности, информация об идентификационном номере ВС и его местоположении может быть использована не только наземными службами УВД, но и бортовыми системами предупреждения столкновений ACAS (Airborne Collision Avoidance System).

Для передачи сообщений в различных системах ADS-В могут быть использованы радиолокационные самолётные ответчики, работающие в режиме S с произвольным протоколом радиовещания, УКВ линии цифровой связи VDL (VHF-Data Linc) в режиме 4, использующем самоорганизующийся протокол с разделением во времени, и приемопередатчики универсального доступа. Предполагается, что системы наблюдения ADS-В будут использоваться в качестве дополнения вторичных ОРЛ для заполнения разрывов в радиолокационном поле, а также возможно в качестве средства замены вторичных радиолокаторов в условиях низкой и средней плотности воздушного движения.

Недостатками систем автоматического зависимого наблюдения являются:

-необходимость развития соответствующей наземной инфраструктуры;

-усложнение операций УВД в тех районах, где обслуживаются ВС, оснащённые и неоснащённые оборудованием ADS;

-усложнение операций УВД на стыках районов с введёнными и невведёнными системами ADS;

-необходимость введения новых процедур ОВД.



8. Наблюдение на основе использованя первичных радиолокаторов

Использование первичных радиолокаторов PSR для наблюдения за воздушной обстановкой не требует никакого дополнительного оборудования на борту, т.е. такая система наблюдения является полностью независимой. С помощью первичных радиолокаторов определяются две координаты ВС: наклонная дальность и азимут. Точность и разрешающая способность при этом оказываются достаточно высокими для эффективного ОВД. К сожалению, третью координату - барометрическую высоту ВС - определить с помощью первичного радиолокатора не представляется возможным. Не определяется также и другая дополнительная полетная информация: индивидуальный номер самолета, остаток топлива, вектор путевой скорости, особые случаи в полёте и т.д.

С целью максимально возможного удовлетворения требований, предъявляемым службами УВД к системам наблюдения, все первичные радиолокаторы подразделяются на отдельные классы:

- трассовые ОРЛ варианта А;

- трассовые ОРЛ варианта Б;

- аэродромные ОРЛ варианта В1;

- аэродромные ОРЛ варианта В2;

- посадочные радиолокационные станции;

- ОРЛ лётного поля;

- метеорологические радиолокаторы;

-комбинированные радиолокаторы для МВЛ.

Такое разделение первичных радиолокаторов на отдельные классы приводит к тому, что возникают значительные трудности при попытке введения унификации радиолокационного оборудования.

Основными недостатками систем наблюдения, функционирующих на базе первичных ОРЛ, являются:

-низкая информативность, связанная с отсутствием возможности получения дополнительной полётной информации;

-большое потребление энергии;

-высокий уровень помех, связанный с отражениями сигналов от местных предметов;

-ограничения зоны обзора, определяемые конфигурацией диаграммы направленности антенны (ДНА) в вертикальной плоскости и необходимостью выполнения условия прямой видимости между радиолокатором и ВС.

В связи с указанными выше недостатками, а также с расширением использования современных систем наблюдения применение первичных радиолокаторов для ОВД постепенно сокращается. Первичные радиолокаторы в ближайшие годы будут, в основном, использоваться для некоторых операций в аэродромной зоне, для контроля движения ВС и автомобильного транспорта по лётному полю, а также для метеорологических наблюдений.

9. Наблюдение на основе использования вторичных обзорных радиолокаторов

Вторичные ОРЛ могут быть отнесены к средствам независимого наблюдения только лишь условно, поскольку координатная информация у них действительно определяется независимо от бортовых навигационных систем, а дополнительная полётная информация (индивидуальный номер ВС, барометрическая высота и в некоторых режимах остаток топлива, вектор путевой скорости) вырабатывается бортовыми техническими средствами, но и в том, и в другом случаях для передачи соответствующих сообщений используется самолётный ответчик, исполняющий роль активного ретранслятора в линиях связи “земля - борт” и “борт - земля”.

Вторичные ОРЛ классифицируются по различным признакам, в частности, по принципу извлечения координатной информации (моноимпульсные или традиционные с обработкой пакета ответных сигналов), по режимам запроса (RBS, УВД, УВД-М, S), по тактическому назначению (трассовые, аэродромные, посадочные). Общими достоинствами радиолокаторов по сравнению с первичными, независимо от класса и типа радиолокаторов, являются:

-повышенная по сравнению с первичными радиолокаторами информационная способность, позволяющая автоматически идентифицировать объекты наблюдения и осуществлять УВД по четырем координатам: наклонной дальности, азимуту, высоте и времени;

-большая инструментальная дальность действия при малых энергетических затратах;

-малый уровень помех, вызываемых отражениями сигналов от местных предметов и метеообразований;

-малый уровень излучаемой мощности.

Общими недостатками систем наблюдения, основанных на использовании вторичных радиолокаторов, являются:

-необходимость оснащения всех ВС самолётными ответчиками;

-необходимость введения в аппаратуру запросчиков и ответчиков систем подавления сигналов боковых лепестков ДНА по запросу и ответу;

-высокий уровень внутрисистемных помех.

Кроме перечисленных выше общих недостатков систем наблюдения, использующих вторичные радиолокаторы, у каждого класса таких радиолокаторов есть свои индивидуальные недостатки. Так, например, у всех типов радиолокаторов, кроме работающих в дискретно-адресном режиме, отсутствует автоматический информационный канал по линии “земля - борт”. Информационные возможности канала “борт - земля” также ограничены: при работе в режимах RBS потенциальные возможности ответных кодов определяются двенадцатью битами. В режимах УВД потенциальные возможности ответных кодов ограничиваются двадцатью битами, но они используются нерационально, что приводит к значительному увеличению временной базы кода.

У вторичных радиолокаторов, принцип действия которых основан на обработке пакета ответных сигналов, разрешающая способность и точность по азимуту хуже, чем у первичных радиолокаторов. Это приводит к значительным трудностям при разделении сигналов и дешифрации ответных кодов ответчиков ВС, расположенных на близких расстояниях друг относительно друга и приблизительно на одинаковых пеленгах. Для повышения азимутальной точности таких радиолокаторов при одной и той же ширине ДНА необходимо увеличивать количество импульсов в пакете, т.е. увеличивать частоту запросов, что автоматически приводит к значительному увеличению внутрисистемных помех. Компромиссным решением этого противоречия является использование моноимпульсного способа приёма и обработки ответных сообщений, а радикальным решением задачи устранения внутрисистемных помех и увеличения информационной способности - применение моноимпульсных дискретно-адресных вторичных радиолокаторов, работающих в режиме S.

Благодаря повышенным по сравнению с первичными радиолокаторами информационным возможностям, вторичные радиолокаторы в настоящее время стали основным средством наблюдения за воздушной обстановкой. В соответствии с концепцией развития систем CNS/ATM вторичные радиолокаторы и в дальнейшем будут оставаться основным средством наблюдения, но их параметры претерпят значительные изменения.

10. Надежность функционирования средств радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи

Качество функционирования средств РТОП и связи определяется совокупностью их свойств, характеризующих способность средств выполнять определенные функции в соответствии с их назначением. Одним из свойств средств РТОП и связи, определяющих безопасность воздушного движения, является надежность.

Надежность функционирования объектов РТОП и связи определяется надежностью средств РТОП и связи и объекто-образующих элементов.

Надежность функционирования наземных средств РТОП и связи -комплексное свойство, включающее безотказность, ремонтопригодность, контроле пригодность, долговечность, сохраняемость и определяется:

· схемно-конструктивным выполнением, качеством применяемых комплектующих элементов;

· степенью автоматизации, резервированием;

· надежностью электроснабжения, линии связи и управления;

· организацией технической эксплуатации, качеством технического обслуживания и ремонта: профессиональной подготовкой и дисциплиной инженерно-технического персонала;

· условиями эксплуатации: электромагнитной обстановкой, климатическими и метеорологическими факторами, ионосферными явлениями, не прохождением радиоволн и т.п.;

· условиями транспортировки и хранения.

Безотказность средств РТОП и связи характеризуется средней наработкой на отказ (повреждение) и определяется по формуле:

Т0 = Тсумм, при n= 1,2,3,…

где Т0 - средняя наработка на отказ (повреждение) объекта, ч;

Тсумм- суммарная наработка всех средства объекта, ч;

n - число отказов (повреждений) средств объекта за этот же период.

Ремонтопригодность средств РТОП и связи характеризуется средним временем восстановления его работоспособности и определяется по формуле:

Определение величины среднего времени восстановления

Тв =ТВсумм, приn= 1,2,3…

где Тв - среднее время восстановления работоспособности средств;

Тсумм - суммарное время восстановления работоспособности средства (группы однотипных средств) за отчетный период;

Время восстановления работоспособности средства РТОП и связи включает время, затраченное на поиск причины отказа (повреждения) и устранения последствий отказа (повреждения). Организационные задержки при восстановлении работоспособности средства учитываются отдельно (например время на доставку недостающих элементов, узлов).

Контроле пригодность средств РТОП и связи характеризуется средней продолжительностью поиска неисправной составной части средства.

Долговечность средства характеризуется наработкой (ресурсом) 1 календарной продолжительностью эксплуатации (сроком службы) от начала; эксплуатации, или ее возобновления после ремонта, до списания.

Показатели долговечности приводятся в формуляре (паспорте) средства и могут уточняться на основе опыта эксплуатации.Пра

Показатели надежности средств РТОП и связи определяются исход из требований к безопасности полетов, закладываются при их разработке производстве и поддерживаются в процессе эксплуатации.

Время включения, выключения, продолжительность работы средств РТОП и связи должны строго учитываться.

Учет наработки ведется:

· для средств, оборудованных счетчиками - по показанию счетчика;

· для средств, имеющих нагруженный или облегченный резерв (предусмотренный предприятием-изготовителем) - по показанию счетчика средства, имеющего наибольшую наработку (основного или резервного);

· для средств, имеющих ненагруженный резерв (предусмотренный предприятием-изготовителем) - по счетчикам, показания которых суммируются.

В процессе эксплуатации показатели безотказности, ремонтопригодности, контроле пригодности и долговечности средств РТОП и связи должны оцениваться по результатам анализа статистических данных по отказам и повреждениям, а также причин их появления.

Учет и анализ отказов и повреждений средств РТОП и связи производится в целях:

· оценки надежности серийных средств по результатам их эксплуатации;

· анализа причин возникновения отказов и повреждений, разработки и реализации предложений и мероприятий, направленных на повышение надежности серийно изготавливаемых и вновь разрабатываемых средств РТОП и связи;

· оптимизации объемов и периодичности ТО и ремонта;

· совершенствования эксплуатационной и ремонтной документации;

· оптимизации состава и норм расхода ЗИП;

· ·обоснования технических ресурсов (сроков службы) эксплуатируемых средств РТОП и связи.

Все отказы и повреждения, их причины и время восстановления работоспособности средств должны учитываться в формулярах и паспортах на средства РТОП и связи.

Для анализа показателей безотказности объекта РТОП и связи ведется карта-накопитель отказов и неисправностей паспорта объекта РТОП и связи, по результатам которой ежегодно рассчитывается безотказность.

Резервирование средств радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи

Обеспечение допустимого времени перерыва в работе средств РТОП и связи, исходя из требований безопасности полетов, достигается резервированием.

Средства радиолокации, радионавигации и радиосвязи районных и аэроузловых АС УВД, радио ретрансляторы каналов авиационной воздушной связи диапазона ОВЧ должны иметь 100 %-ный резерв.

...