Бортовое оборудование локальной системы посадки воздушных судов на базе псевдоспутников

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 19.09.2024

1. Введение

Основные характеристики испытуемой АЛДПС категории GBAS II/IIIA следующие:
АЛДПС GBAS предназначена для обеспечения процедур точной посадки и навигации в районе аэродрома. Особенностями применения GBAS является независимость заданной траектории посадки от воздействия внешних электромагнитных воздействий и удаления от точки приземления в пределах заданной зоны действия GBAS.

Наземная станция АЛДПС GBAS категории III A является функциональным дополнением наземного базирования GNSS ГЛОНАСС/GPS и предназначена для формирования и передачи в реальном времени воздушным судам по линии передачи данных (ЛПД) канала VDB (стандарт GBAS) в диапазоне 108 - 117,95 МГц и наземным потребителям (по проводным, оптоволоконным, спутниковым и/или Internet линиям передачи данных) следующей информации:

дифференциальных поправок к псевдодальностям, скорости изменения поправок,
информации о состоянии сигналов орбитальных группировок GNSS ГЛОНАСС и GPS в зоне действия станции,
информации о допустимости выполнения воздушными судами типовых операций с использованием данных GNSS в дифференциальном и автономном режиме работы бортового приемника с учетом тре¬бований по точности, целостности, доступности, готовности и непрерывности спутникового сигнала и времени до выдачи предупреждения, определяемых RNP для конкретной типовой операции,
параметров контроля целостности (номеров забракованных спутников) при приеме сигналов от навигационных спутников ГЛОНАСС и GPS, находящихся в зоне видимости антенн приемников ЛККС,
контроля качества навигационного спутникового сигнала,
опционально прогнозирования уровня доступности навигационных сигналов спутниковых группировок ГЛОНАСС и GPS в зоне действия станции,
дополнительных навигационных параметров в формате SARP's ИКАО на GBAS,
данных контроля работоспособности станции.

2. Состав и размещение испытуемого оборудования

Размещение антенн приемника СНС и линии передачи данных (ЛПД) типа VDB на крыше корпуса КОИ показано на рис.2а и 26.

Основными критериями оценки работоспособности наземной станции GBAS категории III А в процессе летных испытаний были:
- напряженность поля, создаваемого передатчиком VDB в пределах зоны действия GBAS;
- очностные характеристики автоматического захода на посадку до высоты 15 м по сигналам GLS;
- устойчивость приема информации на борту самолета по каналу VDB при маневрировании самолета с допустимыми углами крена;
- эргономические характеристики станции GBAS 1IIA категории (достаточность и удобство считывания предоставляемой руководителю полетов информации, в том числе при имитации отказов станции);
- подготовка станцией данных для выдачи в центр мониторинга и службам АТИС и НОТАМ.

3. Результаты летных испытаний

В процессе летной проверки функционирования опытного образца GBAS III категории на самолете Ту-154М № 85317 выполнялись автоматические и директорные заходы на посадку до высоты 15 м с последующим ручным приземлением. В полетах оценивалась устойчивость принимаемой от наземной станции информации, точность навигационных определений (параметр РЕЕ), погрешность пилотирования относительно датчика (параметр FTE) и суммарная погрешность самолетовождения относительно требуемой траектории (параметр TSE).

Рис. 11. Вид пилотажной информации на ЖК-индикаторе

Как следует из приведенных материалов, погрешности определения текущих координат ВС бортовым приемником СНС, работающим в дифференциальном режиме с коррекцией измерений по информации, принятой от наземной станции GBAS III кате¬гории (РЕЕ), не превышает величины 2,2м в горизонтальной плоскости и 2,8 м по вертикали.
Погрешности пилотирования, оценка которых выполнялась на посадочной прямой, относительно данных бортового приемника СНС (FTE) характеризуют в основном контур управления АБСУ-154. Эти погрешности определялись как разность между посадочной траекторией, построенной БМС-П по данным FAS-блока, и текущими координатами ВС, определяемыми бортовым оборудованием GBAS.

Статистические характеристики выполнения режима захода на посадку по сигналам GNSS с использованием данных наземной станции GBAS III категории:

На рис.13 и 14 приведены проекции траектории движения летающей лаборатории Ту-154М №85317 в горизонтальной и вертикальной плоскости в границах RNP 0,01/15 (категория II) и горизонтальной плоскости - в границах RNP 0,003 (категория III).

4. Летная оценка

Считаем, что внедрение спутниковых систем посадки значительно повысит безопасность полетов на аэродромах, не оборудованных инструменталь¬ными системами посадки, даже при полетах по ПВП. При выполнении посадки в сложных метеоусловиях на аэродромах, не оборудованных КГРМ, наличие спутниковых систем посадки необходимо.

Для обеспечения диспетчерского состава информацией о работоспособности наземной станции GBAS и достижимой точности навигационного обеспечения на КДП-2 в помещении группы руководства полетами на одном из рабочих мест были установлены информационное табло руководителя полетов и консоль диспетчера посадки.

На информационном табло отображается информация о запрете выполнения тех или иных режимов полета в зависимости от состояния навигационного поля в текущий момент времени и/или настройки наземной станции GBAS для объединенного ГЛОНАСС+GPS или только GPS созвездия. Консоль диспетчера посадки отображает информацию о состоянии наземного оборудования GBAS (норма - зеленый светодиод, нет резерва - желтый светодиод, отказ - красный светодиод) при работе по объединенному созвездию ГЛОНАСС + GPS или только по созвездию GPS. Этот пульт является полной аналогией пульта исправности наземного оборудования ИЛС. После выхода на связь экипажа ВС и доклада о выбранной системе посадки диспетчер подхода по информационному табло оценивает состояние навигационного поля и разрешает или запрещает запрашиваемый вид посадки. Если в процессе выполнения разрешенного режима имеет место нарушение целостности навигационной информации, приводящее к невозможности продолжения режима, на информационном табло загоралась соответствующая сигнализация и экипажу выдавалась команда о запрете.

Для ведения радиообмена с экипажами ВС и разрешения тех или иных операций установленные консоли дают достаточно информации, имеют удачное эргономическое решение, все надписи хорошо различимы.

Необходимо отметить отсутствие нормативной базы ведения радиообмена с ВС, выполняющим заход на посадку по GBAS.
Непосредственно в ходе испытаний по замечанию группы руководства полетов была выполнена замена светодиодов красного цвета на светодиоды синего цвета в блоке спутниковых приемников, т.к. красный цвет при нормальной работе аппаратуры гореть не должен.

6. Выводы

1. Проведенные предварительные летные испытания опытного образца наземной станции GBAS III ка¬тегории и элементов системы GRAS в условиях радиопомеховой обстановки действующего аэродрома показали ее соответствие в целом Техническому заданию на разработку станции.

4. Выполнение захода на посадку по сигналам GNSS и GBAS III категории до высоты Н=15 м на самолете не вызывает затруднений.
Методически различий между заходами на посадку по сигналам GBAS и ранее выполняемыми заходами на посадку по сигналам КГРМ ИЛС не отмечается. Стереотип действий летчика сохраняется.
Необходимо отметить, что поведение планок положения и командных стрелок при заходе на посадку по GBAS носит более плавный характер, искривления равносигнальной зоны, характерные для КГРМ, отсутствуют.

5. Отклонение ВС от посадочной траектории, сформированной в БМС-П по данным переданного на¬земной станцией GBAS III категории FAS-блока, на заключительном участке не превышает 6,0 м в горизонтальной плоскости и 5,0 м по вертикали. Отключение основного канала VDB и переход на резервный канал не вносит искажений в заданную траекторию снижения и не влияет на динамику ВС.

6. Объем информации об исправности наземного оборудования GBAS III категории и характеристиках навигационного поля по диспетчерской оценке достаточен для уверенного ведения руководителем полетов радиообмена с воздушными судами и принятия решения о возможности выполнения запрашиваемых экипажами режимов полета. Нарушения в работе опытного образца GBAS III категории распознаются системой контроля, однозначно индицируются и позволяют своевременно оповестить экипаж ВС об отказах.
При имитации полного отказа наземного оборудования GBAS III категории время срабатывания сигнализации составило 0,88 с.

7. Точность местоопределения, оцениваемая выносным контрольным приемником GBAS III категории, соответствует точности местоопределения на ВС бортовой аппаратурой GBAS на удалениях до 100 км. Следовательно, точностные характеристики, обеспечиваемые наземным оборудованием GBAS при его установке в аэропортах, в полетах можно не проверять и достаточно оценивать только напряженность поля, формируемого наземным передатчиком ЛПД VDB.
Такую оценку допускается выполнять с помощью мобильного бортового комплекса, включающего доработанные БМС-П, АПДД, регистратор аналоговых и цифровых сигналов протокола ARINC-429 и специальное программное обеспечение.

8. Проверка функции выдачи информации в Центр мониторинга ГНСС (GNSS), службы НОТАМ и АТИС показала, что наземная станция GBAS III категории обеспечивает формирование необходимых информационных пакетов и передает их внешним потребителям.

S7 Airlines в конце минувшего года стала первой среди российских авиакомпаний, получившей официальное одобрение Росавиации на выполнение заходов на посадку с использованием сигналов спутниковой системы GLS (GNSS Landing System).

GLS – спутниковая система захода на посадку, которая в настоящее время активно внедряется во всем мире. Разрешение получено для трех воздушных судов авиакомпании, Boeing 737-800NG.

В России наземными корректирующими станциями GBAS, позволяющими осуществлять заходы на посадку по GLS, на сегодняшний день оборудованы более 50 аэродромов. Аэропорты Кемерово и Тюмени (Рощино) уже допущены к таким заходам воздушных судов, в планах Госкорпорации по ОрВД – сертифицировать 10-15 аэродромов в год.

Основная цель такого оборудования – сделать еще более точным определение местоположения воздушного судна в пространстве и избежать ошибок при всех возможных внешних воздействиях на сигнал со спутников, который принимает лайнер, в том числе и во время выполнения точного захода на посадку.

Передовые технологии, используемые при создании системы, позволяют экипажам воздушных судов заходить на посадку даже в том случае, если традиционное аэропортовое оборудование по каким-то причинам отключено или неисправно. Уже сегодня самолеты, оборудованные GLS, могут заходить на посадку при метеоусловиях, соответствующих категории I ИКАО (высота принятия решения не менее 60 метров, а в ближайшие годы планируется, что заходы на посадку GLS будут обеспечивать точные заходы до категории IIIА ИКАО, т.е. до высоты выравнивания 15 метров (пока эти процедуры не стандартизованы).

Принцип действия системы простой: местоположение самолета определяется по спутникам ГЛОНАСС и GPS, но, поскольку погрешность в данном случае является слишком большой для обеспечения точного захода, вводятся наземные корректирующие станции GBAS (Ground Based Augmentation System), они же ЛККС (локальная контрольно-корректирующая станция), передающие дополнительный сигнал. Поскольку они, в отличие от спутников, неподвижны и при этом находятся значительно ближе, точность определения координат значительно возрастает и погрешность не превышает 3 метров.

Использование GLS имеет ряд преимуществ по сравнению с системой ILS — основным на сегодня способом точного захода на посадку по приборам. Так, одна ЛККС может обслуживать сразу несколько полос и направлений, в то время как для ILS требуется по два радиомаяка (курсовой и глиссадный) возле каждого из торцов каждой ВПП. При этом для настройки на них будут использоваться разные частоты: то есть, на аэродроме с двумя параллельными ВПП частот будет четыре, а ЛККС хватает одной частоты для поддержки до 48 различных схем захода на посадку. Кроме того, ЛККС не так требовательна к месту размещения. Поэтому с ее помощью можно обеспечить точным заходом даже те ВПП, где невозможно установить ILS, а также снизить количество ограничений по рулению самолетов. Также ЛККС требует менее частых проверок и обслуживания, и меньше зависит от влияния помех, ведение по глиссаде осуществляется более плавно.

При этом приемники, установленные на борту, могут одновременно использовать и сигналы GLS, и сигналы ILS, что обеспечивает еще более высокую точность, а также надежность на случай отказа одной из систем во время захода на посадку (при использовании только одной системы в этом случае пришлось бы уйти на второй круг).

Методически различий между заходами на посадку по GLS и ранее выполняемыми заходами на посадку по сигналам курсо-глиссадных радиомаяков инструментальной системы посадки ILS не отмечается. Стереотип действий летчика сохраняется.

Оборудование GLS штатно устанавливается на Boeing-747-8 и 787, а в качестве опции доступно для 737NG, Airbus A320, A330, A340 и A380.

При выполнении программ дальнейшего освоения Арктики актуальна задача навигационного обеспечения ЛА на всех этапах полета, включая и режим посадки. С учетом того, что навигационные системы с наземным базированием имеют ограниченные зоны действия, не покрывающие арктический регион, и значительно уступают в точности спутниковым радионавигационным системам (СРНС), применение навигационной аппаратуры потребителей (НАП) СРНС для навигации и посадки ЛА является перспективным. Особенности функционирования НАП СРНС в Арктике обусловлены особыми свойствами арктических трасс, наличием значительных отражений радиосигналов от подстилающей поверхности. Погрешности многолучевости имеют наибольшее значение при малых углах возвышения навигационных ИСЗ. Если из обработки в НАП исключить самые низкие спутники, сохраняя при этом возможность проведения навигационных определений с приемлемой точностью, то можно улучшить не только интегральные показатели точности навигационных определений, но и доступность. Анализируются состав и точностные характеристики рабочих созвездий СРНС ГЛОНАСС и ГЛОНАСС, дополненной псевдоспутниками, в Арктическом регионе России. Исследования выполнены методом имитационного математического моделирования. Установлена значительная избыточность таких созвездий. Исследована возможность использования этого фактора для уменьшения влияния многолучевости путем формирования управляемых рабочих созвездий в авиационном бортовом навигационно-посадочном комплексе.

Ключевые слова

Об авторах

д. т. н., генеральный директор

199106, Санкт‑Петербург, Шкиперский проток, 14, лит. 3, корп. 19, оф. 325

к. т. н, старший научный сотрудник

199106, Санкт‑Петербург, Шкиперский проток, 14, лит. 3, корп. 19, оф. 325

Список литературы

1. Основы государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2020 года и дальнейшую перспективу (утв. Президентом РФ 18.09.2008 № Пр-1969).

2. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова; 4-е изд., перераб. и доп. М.: Радиотехника, 2010. 800 с.

3. Соловьев Ю. А. Системы спутниковой навигации. М.: Эко-Трендз, 2000. 270 с.

4. Соболь И. М. Метод Монте-Карло. М.: Наука, 1985. 80 с.

Рецензия

Для цитирования:

For citation:

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Основными потребителями РТС посадки являются самолеты, снижающиеся по траекториям, положение которых в пространстве определяется с помощью специальных РТС (радиотехнических систем).

Радиотехнические системы посадки позволяют точно определить место самолета относительно ВПП и заданной траектории снижения в любых метеорологических условиях, в том числе и вне видимости земли.

Система посадки состоит из наземного оборудования (в состав которого входят светооборудование аэродромов, приводные радиостанции с маркерными радиомаяками, радиопеленгаторы и т.д.) и из самолетного оборудования (бортового: самолетные автоматические радиокомпасы, радиовысотомеры, маркерные и курсоглиссадные приемники и т.д.).

Вывод ВС в точку приземления на ВПП достигается за счет того, что система посадки задает в пространстве плоскость курса и плоскость планирования (снижения), пересечение которых определяет линию планирования самолета (глиссаду).

Разновидности РТС посадки:

§ радиолокационные системы посадки (РСП), в которых положение ВС относительно глиссады определяется на наземном диспетчерском пункте, а управление ВС осуществляется экипажем по командам диспетчера, передаваемым с помощью УКВ-радиостанции;

§ инструментальные системы посадки, в которых линия планирования задается с помощью наземных радиомаяков, а информация поступает на соответствующие индикаторные приборы в кабине ВС. При этом инструментальные системы посадки в свою очередь можно разделить на упрощенные и радиомаячные (РМС) МВ-, ДМВ- и СМВ-диапазонов.

§ cпутниковые системы посадки (GLS).

1) Радиолокационные системы посадки (РСП) служат для обеспечения посадки самолетов, не имеющих специального радиотехнического посадочного оборудования. В состав радиолокационной системы посадки входит диспетчерское оборудование, посадочный радиолокатор (ПРЛ) и оборудование упрощенной системы посадки. Оборудование упрощенной СП применяется для привода самолетов в район аэродрома. РСП являются высокоэффективными системами контроля захода ВС на посадку.

Достоинства РСП:

§ осуществление посадки всех видов ЛА;

Недостатки РСП:

§ невозможность доведения ЛА до точки приземления;

§ трудность наблюдения за движением ВС на близких расстояниях;

§ низкая пропускная способность;

§ сложность работы наземного персонала;

§ относительная сложность наземной радиолокационной аппаратуры.

2) Оборудование системы посадки (ОСП) (упрощенные системы посадки) обеспечивают вывод ВС на аэродром, выполнение предпосадочного маневра и определение МС в 2х фиксированных точках на траектории посадки.

Достоинства УСП:

§ простота наземного оборудования и его обслуживания;

§ большая дальность действия при полетах ВС на малых высотах.

Недостатки УСП:

§ невозможность непрерывного контроля положения ВС в вертикальной плоскости относительно глиссады

§ сравнительно низкая точность выдерживания посадочного курса, вследствии невысокой точности АРК;

§ ограниченная пропускная способность (15-20 ВС в час).

3) Радиомаячные системы посадки метровых волн (РМСП МВ) позволяют задать прямолинейную пространственную траекторию захода на посадку и определить текущее МС в пространстве, а также фиксировать моменты прохода 2х,3х точек на линии глиссады, расположенных на определенном удалении от ВПП. РМСП этого типа обеспечивает задание единственной траектории – глиссады планирования и управление ВС в пределах определенных достаточно узких секторов вокруг нее.

Достоинства РМСП МВ:

§ обеспечивает возможность точной посадки и днем, и ночью, в том числе в плохих метеоусловиях

Недостатки РМСП МВ:

§ большое влияние отраженных сигналов в метровом диапазоне и как следствие возникновение искажений при наведении ЛА

§ диаграмма направленности маяков позволяет осуществлять заход на посадку только с одного фиксированного направления

§ малый угловой размер зоны действия радиомаяка не позволяет строить удобные схемы захода на посадку

§ высокая стоимость из-за сложной антенной системы

§ повышенные требования к окружающему рельефу

§ ограниченное число каналов (около 40), т.е. работающие на одной частоте маяки создают друг другу помехи

§ при высокой плотности аэродрома, выбор свободных частот бывает проблемным.

4) Радиомаячные системы посадки сантиметровых волн (РМСП СМВ) обеспечивают определение пространственных координат ВС в определенной области пространства, размеры которой значительно превосходят сектора управлений, существующих ныне РМСП и могут позволять выполнение полетов по любой криволинейной 4х мерной пространственно-временной траектории посадки.

5) Спутниковые системы посадки ( GLS ) предполагает использование, для решения задач автоматической посадки, дифференциальной глобальной спутниковой навигационной системы (DGPS).

DGPS позволяет использовать 2 варианта автоматической посадки, полностью отвечающих требованиям точности при заходе на посадку и посадке по 1 категории ИКАО (система наведения для местного района (LAAS) и система наведения для большой площади перекрытия (WAAS)).

Читайте также: