Разработка системы передачи аэронавигационных данных посредством системы спутниковой связи "Гонец" с борта воздушного судна в центр управления воздушным движением

В качестве средства передачи информации в проектируемой системе передачи аэронавигационных сообщений используется мобильная система персональной спутниковой связи "Гонец".

Технические характеристики терминала представлены в таблице 5.

Терминал может быть установлен на горизонтальной, наклонной или вертикальной поверхности.

Настройка параметров передачи навигационных данных осуществляется оператором.

Одной из особенностей терминалов Гонец является возможность отправки телеметрических данных посредством спутниковой связи. В частности, при организации системы отправки телеметрии с борта воздушного судна, это преимущество можно использовать для отправки сообщений содержащих, помимо навигационной информации, иную информацию о состоянии воздушного судна. В зависимости от разновидности системы авионики, установленной на воздушном судне, это может быть следующая информация:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 13. Принципиальная блок-схема системы передачи информации о ВС

3.3 Использование ПЛК ОВЕН ПЛК 160 для отправки информации о воздушном судне

1. наличие интерфейса RS-232 для связи с абонентским терминалом Гонец;

2. наличие аналоговых и цифровых входов для подключения датчиков и приборов;

3. возможность подсоединения дополнительных модулей ввода/вывода, либо соединения контроллеров в сеть, в целях подключения дополнительных датчиков и приборов;

4. достаточная производительность центрального процессора.

Предлагается применить программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК 160-220.A-M (рис. 14). Технические характеристики контроллера ОВЕН ПЛК 160-220.A-M представлены в приложении 1.

Рис. 14. ОВЕН ПЛК 160

Принципиальная электрическая схема системы отправки информации изображена на рисунке 15.

Конфигурация системы:

1. навигационные координаты ГЛОНАСС и GPS;

2. истинная высота полёта ВС (данные с радиовысотомера);

3. приборную скорость полёта (данные с датчика скорости);

4. углы крена и тангажа;

5. уровень топлива в баке;

6. температура за бортом;

7. температура на борту;

8. показания снимаемые с цифровых пилотажных индикаторов самолёта.

Для определения навигационных координат используется внутренний ГЛОНАСС/GPS-трекер абонентского терминала Гонец.

Данные о высоте полёта снимаются с цифрового выхода радиовысотомера и передаются на цифровые входы ПЛК.

Приборная скорость определяется с помощью датчика скорости [11]. В таком случае данные снимаются с потенциометра, установленного на механической шкале прибора [11]. Либо, в зависимости от конструкции, данные могут быть сняты со штатного выхода датчика скорости.

Углы крена и тангажа снимаются в цифровом виде с гироскопического прибора либо авиагоризонта.

Уровень топлива определяется посредством измерения сопротивления потенциометра топливомера [11].

Температура за бортом и на борту определяется показанием термосопротивления.

Помимо этого, с цифровых индикаторов, либо с системной шины данных ВС снимается вся вышеперечисленная, либо любая другая информация о ВС в дискретном виде и отправляется по системе спутниковой связи. Для этих целей в данном ПЛК могут быть использованы, либо один из быстродействующих дискретных входов, либо шина RS-485, либо интерфейс RS-232. В нашем случае будет использован интерфейс RS-485, потому что при отсутствии в бортовой шине данных интерфейсов можно будет использовать один из преобразователей интерфейсов "Овен".

Рис. 16. Оптрон АОД 149А

Рис. 15. Принципиальная электрическая схема системы отправки информации о ВС

Для считывания дискретных сигналов используются цифровые входы контроллера. В случае несовпадения входных уровней логического нуля и логической единицы ПЛК с выходными уровнями логического нуля и логической единицы цифровых датчиков, применяются оптронные ключи по схеме, изображённой на рисунке 17. В данном случае используется оптрон АОД 149А изображенный на рисунке 16.

Считывание аналоговых сигналов с датчиков, оснащённых потенциометрами, осуществляется следующим образом. С отдельного источника питания на электроды потенциометра подаётся постоянное напряжение номиналом 10 вольт. Сигнал снимается между щеткой ползунка и одним из электродов и подается на один из аналоговых входов контроллера в режиме измерения сигнала по напряжению. ПЛК программируется на данный режим через ПК. Для этих целей используется блок питания БП 15Б-Д 2-9.

Рис. 17. Принципиальная электрическая схема использования оптронных ключей для подключения источника дискретного сигнала

Информация о состоянии воздушного судна поступает как напрямую с датчиков, так и опосредованно в цифровом виде с авионики. Подразумевается использование датчиков любого типа. Например, возможно использование приборов типа ДУС и ДУСУ, либо любых других приборов с механическим, либо гироскопическим принципом действия оснащенных потенциометром.

Возможно также использование более современных электронных датчиков с цифровым выходным сигналом. При этом подбором оптрона осуществляется согласование уровней логических сигналов датчика и цифровых входов контроллера. В таком случае, при необходимости, возможно осуществить также инверсию сигнала. В данном случае предпочтительнее использовать оптрон, чем простое механическое реле, потому что оптроны на порядки превосходят реле в быстродействии, что может значительно влиять на качество приёма дискретных сигналов. Для примера можно сравнить время переключения контактов из состояния логического нуля в состояние логической единицы: 50 мс в ПЛК, против 100 нс в оптроне АОД 149А. Таким образом, применение оптронов позволяет снизить время переключения до приемлемых уровней позволяющих считывать дискретные данные практически с любых современных датчиков. Такими датчиками могут быть: лазерные гироскопические приборы, электронные датчики скорости, радиовысотомеры и т.п. В качестве дискретных входов лучше применять быстродействующие входы контроллера, так как характеристики дискретных сигналов цифровых выходов современных приборов не всегда соответствуют характеристикам медленных входов контроллера. На контроллере ПЛК 160 имеются четыре таких входа - DI1-DI4.

Подача сигнала с термопары осуществляется не напрямую контроллером, а через нормирующий преобразователь НПТ 1. Данный преобразователь предназначен для преобразования сигналов термопары в сигнал пригодный для использования аналогового входа контроллера - сигнал постоянного тока в диапазоне 0 ? 20мА. Производя конфигурирование преобразователя с помощью программного обеспечения ОВЕН. Он настраивается таким образом, чтобы цифровой сигнал на выходе преобразователя соответствовал номиналу аналогового сигнала снимаемого с термопары.

Также система получает данные из авионики ВС. Это могут быть как данные о скоростях, координатах, направлении и состоянии ВС, так и экстренные сообщения. Например, информация об ошибках и авариях на борту. Данную информацию можно получать также в дискретном виде с различных индикаторов аварийного режима.

· полнее оценивать воздушную обстановку;

· своевременно вносит корректировки в организацию воздушного движения;

· сравнивать показания приборов на борту ВС с показаниями предоставляемыми авионикой, что позволяет выявлять неисправности и погрешности в работе электросистем воздушных судов;

· разгрузить радиоэфир в районах большого скопления ВС;

· знать точную информацию о координатах ВС на всём пути его следования в любой точке земного шара;

· мгновенно узнавать о нештатных ситуациях на борту.

Основным аргументом в пользу эффективности такой системы передачи информации является тот факт, что она не обязательно заменяет собой какую-либо уже существующую систему. Зато такая система может функционально дополнять их и делать воздушное сообщение более безопасным и прозрачным.

Использование системой сразу двух ГНСС позволяет повысить точность определение координат до максимально возможной величины. Вкупе с использованием радиовысотомеров и систем автоматического вычисления курса, данная система позволяет практически идеально определять параметры движения воздушного судна. Даже в случае сбоя в работе одной из систем ГНСС или проведения профилактики на отдельных космических аппаратах системы, абонентский терминал может использовать данные, полученные с другой системы, тем самым обеспечивая непрерывность и высокую надежность работы.

В случае перегрузки радиоэфира в районах большого скопления воздушных судов (например, в крупных аэропортах или вблизи больших городов), система передачи информации посредством ССС Гонец может заменить систему АЗН-В и другие системы радионавигации.

1. Аэронавигация. Часть I. Основы навигации и применение геотехнических средств: Учебное пособие/ Ю.Н. Сарайский, И.И. Алешков И.И. - СПб: СПбГУГА - 2010-302 с.;

2. Приложение 15 к Конвенции о международной гражданской авиации "Службы аэронавигационной информации"// Международные организация гражданской авиации - июль - 2016 - № 15;

3. Программное обеспечение автоматизированных систем управления воздушным движением. Часть II. Функциональное программное обеспечение. Книга 6. Обработка данных автоматического зависимого наблюдения/ Л.Е. Рудельсон - М.: МГТУ ГА - 2005-96 с.;

4. Радиорелейные и спутниковые системы передачи: учебник для вузов/ род ред. А.С. Немировского - М.: Радио и связь - 1986-392 с.;

5. Руководство по авиационной подвижной спутниковой (маршрутной) службе// Международная организация гражданской авиации - 2010 - № 1;

6. Сенокосова А.В., Солчатов М.Э., Стрекалов А.В., Чипига А.Ф. Математическая модель ионосферы для оценки поглощения радиоволн в системах космической связи// Инфокоммуникационные технологии - 2006 - № 1 - с. 77-82;

7. Системы спутниковой связи с подвижными объектами: учебное пособие, ч. 1/ А.П. Дятлов - Таганрог: ТРТУ - 2004-95 с.;

8. Системы CNS/ATM: учебное пособие, 2-е изд./ В.А. Казаков - Ульяновск: УВАУГА - 2008-103 с.;

9. Спутниковые системы навигации и связи для УВД: учебное пособие/ А.И. Логвинов, О.Е. Орлов - М.: Министерство транспорта РФ Государственная служба - 2002-82 с.

10. Спутниковая связь и вещание: справочник, 3-е изд./ под ред. Л.Я. Кантора - М.: Радио и связь - 1977-528 с.;

11. Техническая эксплуатация авиационного оборудования: учебник для вузов/ под ред. В.Г. Воробьева - М.: Транспорт - 1990-296 с.;

12. Чипига А.Ф. Анализ возможностей практической реализации системы спутниковой связи на участке космический аппарат - Земля при работе на пониженных частотах// Технические и инженерные науки - 2013 - № 1 - с. 63-71.

https://satsis.ru;

http://a4academics.com;

АЗН-В - автоматическое зависимое наблюдение-вещание;

AOC - авиационный оперативный контроль;

ВС - воздушное судно;

ГНСС - глобальная навигационная спутниковая система;

ИСЗ - искусственный спутник земли;

КА - космический аппарат;

М2М - технология межмашинного обмена;

ОВД - организация воздушного движения;

ПЛК - программируемый логический контроллер.

СИТА - международное общество авиационной электросвязи;

ССС - система спутниковой связи;

УВД - управление воздушным движением.