Методы определения потребности в связных ресурсах и их перераспределения при управлении воздушным движением переменной интенсивности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.13, кандидат технических наук Спирин, Алексей Сергеевич

• Спирин, Алексей Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Спирин, Алексей Сергеевич

Введение.

1. Анализ эффективности использования авиационных систем связи при УВД и для передачи корректирующей информации вСРНС.

1.1. Критерии эффективности использования авиационных систем связи.

1.2. Анализ рекомендаций ИКАО по построению глобальной коммуникационной сети, предназначенной для обслуживания воздушного движения и авиационной отрасли.

1.3. Анализ эксплуатационных возможностей использования систем связи МВ и ДКМВ диапазонов при УВД и для передачи корректирующей информации в СРНС.

1.4. Анализ эксплуатационных возможностей спутниковых систем связи при УВД и для передачи корректирующей информации в СРНС.

1.5. Особенности функционирования авиационных систем связи в высоких широтах.

1.6. Ограничения, накладываемые на допустимую задержку передачи сообщений при УВД с АЗН.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы определения потребности в связных ресурсах и их перераспределения при управлении воздушным движением переменной интенсивности»

Актуальность проблемы. Основными и важнейшими задачами системы управления воздушным движением (УВД) являются задачи обеспечения безопасности, экономичности и регулярности воздушного движения [1 - 3]. Их решение обеспечивается на этапах организации, планирования и непосредственного УВД [1], в котором принимает участие такое звено контура УВД как человек. Эффективность непосредственного УВД в значительной степени определяется эффективностью принятия решения диспетчером УВД [3 -7], которое обеспечивается с помощью средств радиолокационного (РЛК) и процедурного контроля (ПК) воздушного движения (ВД) [8].

Недостатками РЛК являются его высокая стоимость, невозможность стопроцентного перекрытия воздушного пространства (ВП), а иногда и отсутствие экономической целесообразности такого перекрытия, относительно невысокая надежность средств РЛК: возможность их полного или частичного отказа и возможность появления ложных меток воздушных судов (ВС) [4, 8 - 12]. Это делает невозможным обеспечение абсолютной надежности РЛК и обусловливает необходимость перехода на перспективную технологию УВД с автоматическим зависимым наблюдением (АЗН), при которой навигационная и другая необходимая для осуществления УВД информация по каналам связи передается в центр УВД. Целью организации АЗН является повышение точности используемых в системах УВД данных о местоположении ВС и обеспечение отслеживания их маршрутов, что позволяет своевременно прогнозировать возможные конфликтные ситуации.

Следует добавить, что система УВД России функционирует в условиях, которые существенно отличаются от условий функционирования УВД в Европе и США. Этими особенностями являются огромная территория России, высокая стоимость обслуживания средств радиолокации, навигации и связи в удаленных регионах, а также низкая интенсивность ВД (ИВД) в ряде регионов. Поэтому, если в развитых странах мира с высокой ИВД ВП перекрыто средствами РЛК до трех крат и более, то в России обеспечить многократное перекрытие ВП этими средствами невозможно по экономическим соображениям [8]. Сеть воздушных трасс (ВТ) России перекрыта полем первичных радиолокационных станций (РЛС) на 94% и 90% на высотах 6 и 10 км и только на 28% - полем вторичных радиолокаторов (ВРЛ). В регионах Сибири и Дальнего Востока, а также в районах прохождения транссибирских маршрутов международных ВТ имеются значительные (до 800 км) участки, не охваченные средствами PJIK [8]. При этом многие радиолокаторы России выработали свой ресурс. Все это делает РЛК в ВП России менее надежным, чем в развитых странах мира, что можно рассматривать в качестве дополнительного аргумента в пользу внедрения технологии УВД с АЗН.

В соответствии с прогнозом Международной организации гражданской авиации (ИКАО) развития воздушного транспорта объем мировых перевозок, измеряемый в пассажиро-километрах, будет возрастать ежегодно в среднем на 4,5%. [13]. В соответствии с данными Главного Центра (ГЦ) планирования и регулирования потоков ВД в 20 секторах районных центров (РЦ) России ожидается появление критических, а в 400 секторах предкритических ситуаций [14].

В некоторых секторах РЦ России в часы пик наблюдается до 15 - 20 ВС на связи одновременно. Однако диспетчерский график, который используется почти во всех РЦ России, не обеспечивает безопасность ВД при загруженности диспетчера более чем 4-8 ВС [15]. Все это также свидетельствует об острой необходимости разработки систем УВД» с АЗН, технические предпосылки к широкому внедрению которых в гражданскую авиацию (ГА) созрели в связи с появлением высокоточных средств глобальной навигации ВС - спутниковых радионавигационных систем (СРНС) типа ГЛОНАСС (РФ) и GPS (США). С учетом имеющей место тенденции работы аппаратуры потребителей (АП) по единому навигационному полю их часто объединяют единым названием GNSS (Global Navigation Satellite System) [3].

СРНС ГЛОНАСС при работе по открытому коду стандартной точности (СТ) при полностью развернутой орбитальной группировке из 24-х навигационных космических аппаратах (НКА) обеспечивает глобальную навигацию ВС с максимальной погрешностью определения координат, в плане (горизонтальной плоскости): 60 м в годы максимальной солнечной активности и 30 м - в годы минимальной солнечной активности, и по высоте: 100 м и 50 м, соответственно (с доверительной вероятностью 0,95, что соответствует двум значениям среднеквадратической ошибки (СКО)). Погрешность навигационных определений в СРНС GPS примерно такая же, что и в СРНС ГЛОНАСС [16, 17].

Функциональные возможности СРНС, в том числе и применительно к решению задач УВД с АЗН, существенно возрастут в связи с планируемым открытием для гражданских пользователей кода высокой точности (ВТ)

СРНС ГЛОНАСС, обеспечивающего более высокую по сравнению с кодом СТ точность местоопределения ВС.

ИКАО разработана и принята концепция CNS/ATM реализации функций связи, навигации и наблюдения при УВД [18]. При этом связной фрагмент CNS/ATM, представляющий собой сеть авиационной электросвязи (ATN), предоставляющей услуги различным пользователям для обслуживания воздушного движения (ATSC) и авиационной отрасли (ATNSC), является также перспективной технологической базой осуществления функции наблюдения. Причем, топология ATN предусматривает объединение различных подсетей «ВС — Земля» с различными цифровыми подсетями авиационной наземной электросвязи, в результате чего образуется общая сеть передачи данных [19].

В концепции CNS/ATM функция наблюдения включает в себя организацию АЗН, обеспечивающего автоматическую (или автоматизированную) передачу докладов с борта ВС об их местоположении и планируемых маневрах; бортовую систему предупреждения столкновений TCAS и режим «S» вторичного обзорного радиолокатора (BOPJI), представляющий собой так называемый расширенный режим, позволяющий осуществлять адресный запрос всех оборудованных соответствующей аппаратурой ВС, а также осуществлять двухсторонний обмен с ними цифровой информацией, то есть выполнять функции линии передачи данных (ЛПД).

Основой для АЗН являются реализация функции глобальной навигации ВС с помощью высокоточных СРНС GPS и ГЛОНАСС При этом передачу навигационных данных с борта ВС в наземные центры УВД предполагается осуществлять с помощью ATN.

Первоначально разрабатываемые для обеспечения трассовой навигации ВС системы спутниковой навигации находят применение и для решения других навигационных задач (НЗ), в частности для обеспечения захода на посадку и посадки ВС. При этом в связи с необходимостью обеспечения повышенной точности при решении указанных НЗ их комплексируют со средствами связи, предназначенными для передачи корректирующей информации в дифференциальном режиме работы навигационной системы.

Заметим, что, если для решения задач УВД, в том числе в варианте АЗН, в рамках концепции CNS/ATM предусматривается использование средств связи, включенных в сеть ATN, то при реализации навигационного фрагмента CNS/ATM в виде дифференциальной подсистемы (ДПС) передача корректирующей информации может осуществляться как с помощью специализированных на решении данной функции средств связи, обычно метроволнового (МВ) диапазона,.так и средств, входящих в сеть АГТМ.Последний вариант,. в частности, может оказаться целесообразным при использовании абонируемых каналов спутниковой связи. В^этом случае- корректирующая информация может рассматриваться в качестве «фоновой» по отношению к информации по обслуживанию ВД и передаваться; в интервалах между «пиками» интенсивности радиообмена (ИР) ири УВД. •

Следует отметить, что если вопросы построения навигационного сегмента системы УВД с АЗН достаточно подробно освещены в литературе [16, 17, 20 - 23], то вопросы построения .связного сегмента менее проработаны^ поэтому требуют проведения дополнительных и^^^

В-настоящее время.; на этапе проектирования'системы связи:рассчитываются: на худшие:условия' использования: максимальную- интенсивность воздушного движения (ИВД) и продолжительность обслуживания; превышающую среднее значение,, что гарантированно, обеспечивает требования по безопасности полетов. ВС. Однако в реальных условиях, эксплуатации наихудшие: условия бывают кратковременными. Имеющуюся функциональную избыточность можно рассматривать как резерв, для повышения: эффективности использования систем связи. Для решения этой- задачи нет обходима разработка модели: связи характеристик транспортного и информационного потоков, а именно: ИВД и ИР, и получение базирующихся: на ней: расчетных соотношений для получения необходимых вероятностных: характеристик ИР. ' .

Традиционно используемые при УВД каналы радиосвязи метрового (МВ) и декаметрового (ДКМВ) диапазонов являются индивидуальными для: определенных абонентов и повышение эффективности их использования касается, в первую очередь, этих абонентов. Другая картина наблюдается, в спутниковых системах связи (ССС). Являясь коллективными средствами связи, при освобождающихся ресурсах они могут быть использованы для: других целей. При этом ССС обладают важным свойством - возможностью перераспределения связных ресурсов в зависимости: от потребности в них,, определяемой на основании прогноза информационного обмена с учетом . динамики изменения ИВД; наличия традиционных средств, связи и других эксплуатационных факторов [24, 25]. Соответственно, становится: актуальной разработка алгоритма, такого перераспределения, базирующегося на экспериментальных данных о корреляционной связи ИВД в различных зонах УВД,, расположенных вдоль основных ВТ. Таким образом, с. появлением ССС проблему повышения эффективности использования связных ресурсов при обеспечении полетов ВС необходимо рассматривать как для отдельной зоны ВП, так и для целого региона.

Эффективность комплексного использования традиционных и перспективных средств связи - ССС определяется рациональным разделением между ними функций в зависимости от эксплуатационных факторов, характерных для конкретных зон ВП, что требует дополнительных исследований эксплуатационных возможностей этих средств. Так как основными функциями средств связи являются обеспечение связи и наблюдения за ВС, эффективность их функционирования удобно оценивать точностью выдерживания ВС заданной траектории полета.

Основной сферой применения ССС в ГА является обеспечение международных полетов ВС, полетов в полярных районах на местных воздушных линиях (МВЛ) и использование их при проведении специальных работ с применением авиации [26]. По крайней мере, на начальном этапе внедрения ССС в ГА они будут примеряться совместно с традиционными средствами связи, что согласуется и с концепцией ИКАО относительно принципов построения сети авиационной электросвязи АТЪГ.

При этом следует иметь в виду, что каналы традиционнах средств связи МВ и ДКМВ диапазонов, используемые при УВД и для передачи корректирующей информации в СРНС, подвержены сильному влиянию помех, в первую очередь атмосферных и индустриальных, а ДКМВ канал, особенно в периоды авроральных возмущений ионосферы в высоких широтах, и мультипликативных помех. Кроме того, в указанных диапазонах волн велико влияние на работу систем связи других радиотехнических средств. Это требует принятия мер, обеспечивающих достаточный уровень разборчивости при передаче речевых сообщений и высокую достоверность при передаче данных, поскольку искажение сообщений в рассматриваемых системах связи может служить предпосылкой к летному происшествию и следовательно к снижению безопасности полетов. Поэтому представляет интерес рассмотрение наиболее эффективных методов защиты от указанных помех с учетом их вероятностных характеристик.

Использование ССС при УВД и для передачи корректирующей информации в дифференциальных подсистемах (ДПС) СРНС также требует поиска наиболее эффективных путей повышения достоверности передачи сообщений в условиях действия помех, наиболее значимые из которых в данном случае являются интермодуляционные помехи, обусловленные нелинейностью ретранслятора. Кроме того, в силу высокой стоимости абонируемых каналов ССС необходим поиск дисциплин обслуживания ВС, позволяющих минимизировать число требуемых каналов с учетом приоритетности передаваемых сообщений.

Помимо высоких требований к достоверности информации, передаваемой по каналам авиационной связи при УВД, вытекающих из необходимости обеспечения высокого уровня безопасности полетов, к указанным каналам предъявляются высокие требования по допустимой величине задержки при передаче информации. Причем, требования по достоверности и допустимой задержке в известной мере противоречивы, поскольку меры, применяемые в целях снижения вероятности ошибок при передаче сообщений, как правило, приводят к увеличению задержки.

При передаче сообщений различных категорий установлены различные допустимые задержки передачи: для аварийных сообщений и сообщений по тактическому УВД - 1 с, для сообщений по стратегическому УВД -5 с, для сообщений по регулярности полетов - 10 с, для метеосообщений несрочного характера - 30 с. Допустимые задержки передачи связаны с необходимой точностью выдерживания траекторий полета, в особенности при передаче управляющих сообщений, обеспечивающих своевременное предотвращение выхода ВС за пределы трассы.

Помимо обычных требований к задержке в передаче сообщений, вытекающих из соображений обеспечения достаточно высокой оперативности связи при УВД, при переходе на перспективную технологию УВД с АЗЫ более жесткие требования по задержке связаны с эффектом «старения» передаваемой при АЗН навигационной информации, приводящего к дополнительной погрешности в поступающих в систему УВД данных о местоположении ВС. Особенно сильно этот эффект, очевидно, должен проявляться при передаче навигационных данных по сети АТЫ, поскольку маршрутизация сообщений в этом случае может осуществляться по трафику, включающему в себя несколько разнородных ЛПД, что приводит к дополнительной задержке сообщений. Эффекту «старения» подвержена также и корректирующая информация, передаваемая в ДПС СРНС, что также приводит к повышенным требованиям по допустимой задержке передаваемых сообщений.

Рассмотрению перечисленного круга вопросов и поиску путей повышения эффективности систем УВД, и в первую очередь систем УВД с АЗН, за счет совершенствования методов и средств передачи информации, поступающей диспетчеру, и посвящена диссертация, что обуславливает актуальность проводимых в ней исследований.

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка методов определения потребности в связных ресурсах и их перераспределения при управлении воздушным движением переменной интенсивности и повышение эффективности использования авиационных систем связи путем совершенствования алгоритмов обработки информации и дисциплин обслуживания.

Для достижения поставленной цели необходимо решение задач:

1. Анализ эксплуатационных возможностей использования традиционных и спутниковых систем связи при УВД и передаче корректирующей информации в ДПС СРНС, рекомендаций ИКАО по построению глобальной коммуникационной сети ATN и анализ ограничений, накладываемых на допустимую задержку передачи сообщений при УВД с АЗН.

2. Разработка модели связи параметров информационного и транспортного потоков при УВД, методики расчета вероятностных характеристик информационных потоков с учетом изменений интенсивности воздушного движения в зоне УВД и алгоритма перераспределения связных ресурсов ССС с учетом корреляционной связи интенсивностей воздушного движения в зонах УВД.

3. Выработка рекомендаций по выбору дисциплины обслуживания при УВД с использованием ССС, обеспечивающей минимум числа необходимых рабочих каналов для передачи сообщений с различными приоритетами.

4. Разработка алгоритмов обработки информации в приемной радиоэлектронной аппаратуре (РЭА) MB и ДКМВ систем связи, используемых при УВД и для передачи корректирующей информации в ДПС СРНС, адаптированной к характеристикам комплекса помех, характерных для MB и ДКМВ диапазонов.

5. Разработка способа улучшения динамических характеристик системы синхронизации каналов передачи данных в системах УВД с АЗН и корректирующей информации в ДПС СРНС.

Методы исследований. При решении перечисленных задач в работе были использованы прикладные методы теории вероятностей, теории случайных процессов и методы математического моделирования.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней проведен системный анализ путей повышения эффективности авиационных систем связи при УВД и разработаны методы определения потребности в связных ресурсах и их перераспределения при УВД переменной интенсивности, базирующиеся на использовании вероятностных характеристик интенсивности радиообмена в зоне УВД и корреляционной связи интенсивности воздушного движения (ВД) в различных зонах.

В работе получены следующие основные научные результаты:

1. Проведен сравнительный анализ эксплуатационных возможностей традиционных и спутниковых систем связи при УВД и для передачи корректирующей информации в СРНС с учетом требований, вытекающих из концепции ИКАО по реализации функций связи, навигации и наблюдения при УВД (CNS/ATM), рекомендаций ИКАО по построению глобальной коммуникационной сети (ATN), предназначенной для обслуживания воздушного движения и авиационной отрасли, и особенностей функционирования авиационных систем связи (АСС) в высоких широтах.

2. Предложена модель связи параметров информационного и транспортного потоков при УВД и получены расчетные соотношения для определения зависимости вероятностных характеристик интенсивности радиообмена от параметров транспортного потока в зоне УВД.

3. Предложен алгоритм перераспределения связных ресурсов ССС с учетом корреляционной связи интенсивностей воздушного движения в различных зонах УВД.

4. Выработаны рекомендации по минимизации числа каналов, необходимых для передачи сообщений при УВД с использованием ССС; проведен сравнительный анализ эффективности различных методов повышения достоверности передачи данных с использованием ССС при УВД в ДПС СРНС.

5. Проведен анализ факторов, определяющих задержку сообщений, передаваемых по каналам АСС при УВД и в дифференциальных подсистемах (ДПС) СРНС, дана оценка влияния задержки при передаче навигационных данных на точность местоопределения маневрирующего ВС при УВД с АЗН и предложен способ улучшения динамических характеристик системы синхронизации канала передачи данных.

6. Предложены алгоритмы обработки информации в MB и ДКМВ системах связи, используемых при УВД и в ДПС СРНС, адаптированные к характеристикам как аддитивных помех типа атмосферных и индустриальных и узкополосных помех от мешающих радиотехнических средств, так и мультипликативных помех, а также алгоритм моделирования приближенной к реальной помеховой обстановке при полунатурных испытаниях приемной РЭА MB и ДКМВ систем связи.

На защиту выносятся:

1. Результаты теоретического анализа основных факторов, влияющих на достоверность и оперативность передачи по традиционным и спутниковым каналам связи данных при УВД, включая УВД с АЗН, и корректирующей информации в СРНС при работе в дифференциальном режиме.

2. Модель связи параметров информационного и транспортного потоков при УВД, методика расчета вероятностных характеристик информационных потоков с учетом изменений интенсивности воздушного движения в зоне УВД.

3. Алгоритм перераспределения связных ресурсов ССС с учетом корреляционной связи интенсивностей воздушного движения в различных зонах УВД и рекомендации по выбору дисциплины обслуживания воздушного движения с использованием ССС, обеспечивающей минимум необходимого числа каналов.

4. Квазиоптимальные алгоритмы обработки информации в приемной РЭА систем связи, используемых при УВД и для передачи корректирующей информации в ДПС СРНС, адаптированные к характеристикам комплекса помех, имеющего место при ее эксплуатации; алгоритм моделирования этих помех при полунатурных испытаниях РЭА; результаты теоретического анализа и математического моделирования влияния помех различного вида на эффективность оптимизации обработки и алгоритм оптимизации по быстродействию системы синхронизации связной приемной РЭА.

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные в ней результаты позволяют:

- выбирать объем связных ресурсов, необходимых для обслуживания воздушного движения с гарантированной вероятностью в условиях изменяющейся интенсивности воздушного движения в зоне УВД путем использования полученных в работе вероятностных характеристик интенсивности радиообмена;

- оперативно перераспределять связные ресурсы ССС между зонами УВД в зависимости от потребности в них путем использования корреляционной связи между интенсивностями воздушного движения в различных зонах УВД;

- повысить достоверность и оперативность передачи данных по традиционным каналам связи MB и ДКМВ диапазонов и спутниковым каналам при УВД и в СРНС при работе в дифференциальном режиме за счет совершенствования алгоритмов обработки информации в приемной РЭА;

- повысить точность отображения воздушной обстановки у диспетчера при УВД с АЗН за счет повышения точности навигационных определений на ВС и уменьшения задержки при передаче навигационных данных по каналам связи в центр УВД.

Внедрение результатов. Основные результаты диссертации внедрены в ОАО «Московское конструкторское бюро «Компас»», в ОАО «НПО «Лианозовский электромеханический завод» (Управление проектирования

ЕС ОрВД и аэродромных комплексов) и в Московском государственном техническом университете гражданской авиации, что подтверждено соответствующими актами.

Апробация результатов. Материалы диссертации докладывались на Международной научно-технической конференции «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества», посвященной 35-летию МГТУ ГА (Москва, МГТУ ГА, 2006 г.), на Международной научно-технической конференции «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества», посвященной 85 — летию гражданской авиации России (Москва, МГТУ ГА, 2008 г., 2 доклада) и на научно-практической конференции Третьего Сибирского Международного авиационно-космического салона САКС-2004 (Красноярск, 2004 г.).

Публикации результатов. Основные результаты диссертации опубликованы в 4-х статьях и 4-х тезисах докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованных источников.

Заключение диссертации по теме «Навигация и управление воздушным движением», Спирин, Алексей Сергеевич

140 Заключение

Диссертация является научно-квалификационной работой, содержащей новое решение актуальной научной задачи разработки методов определения потребности в связных ресурсах и их перераспределения при управлении воздушным движением (УВД) переменной интенсивности и повышение эффективности использования авиационных систем связи путем совершенствования алгоритмов обработки информации и дисциплин обслуживания, имеющей существенное значение для теории и практики проектирования и эксплуатации систем УВД.

В результате проведенных исследований получены следующие основные научные результаты:

1. Проведен сравнительный анализ эксплуатационных возможностей традиционных и спутниковых систем связи, используемых при УВД и Для передачи корректирующей информации в СРНС, работающих в дифференциальном режиме, с учетом требований, вытекающих из концепции ИКАО по реализации функций связи, навигации и наблюдения при УВД (CNS/ATM), рекомендаций ИКАО по построению глобальной коммуникационной сети ATN, предназначенной для обслуживания воздушного движения и авиационной отрасли, и особенностей функционирования авиационных систем связи (АСС) в высоких широтах.

2. Предложена модель связи параметров информационного и: транспортного потоков при УВД и получены расчетные соотношения для: определения зависимости вероятностных характеристик интенсивности: радиообмена от параметров транспортного потока в зоне УВД.

3. Предложен алгоритм перераспределения связных ресурсов ССС с учетом корреляционной связи интенсивностей воздушного движения в различных зонах УВД.

4. Выработаны рекомендации по минимизации числа рабочих тсаналов для передачи сообщений с различными приоритетами при УВД с ¡использованием спутниковых систем связи (ССС), проведен сравнительный ана~ лиз эффективности различных методов повышения достоверности передачи данных по спутниковым каналам связи при УВД.

5. Проведен анализ факторов, определяющих задержку сообШении> передаваемых по каналам АСС при УВД и в дифференциальных подсистемах (ДПС) СРНС; дана оценка влияния задержки при передаче навигационных данных на точность местоопределения маневрирующего воздушного судна (ВС) при УВД с автоматическим зависимым наблюдением (АЗН) и предложен способ улучшения динамических характеристике системы синхронизации канала передачи данных, основанный на ее оптимизации по быстродействию и адаптации к интенсивности помех.

6. Предложены алгоритмы обработки информации в приемной: алпаратуре MB и ДКМВ систем связи, используемых при УВД и в ДПС СРНС, адаптированные к характеристикам как аддитивных помех типа атмосферных, индустриальных помех и узкополосных помех от мешающих радиотехнических средств, так и мультипликативных помех, обусловленных изменениями условий распространения» ДКМВ сигнала в периоды аврораль-ных возмущений ионосферы в высоких широтах и многолучевостью при распространении MB сигнала, а также алгоритм моделирования приближенной к реальной помеховой обстановки при полунатурных испытаниях приемной аппаратуры MB и ДКМВ систем связи.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. С ростом интенсивности воздушного движения возрастает интенсивность радиообмена при УВД, что обуславливает актуальность разработки методики определения объема связных ресурсов, обеспечивающего надежную связь с гарантированной вероятностью в условиях изменяющейся интенсивности воздушного движения, и алгоритма их перераспределения между зонами УВД в зависимости от текущей потребности в них, техническая возможность которого появляется при переходе на спутниковую технологию в связном сегменте системы УВД.

2. Полученные расчетные соотношения, связывающие вероятностные характеристики информационных потоков при УВД с параметрами-транспортного потока в зоне УВД позволяют обоснованно формулировать требования к пропускной способности каналов связи систем УВД с учетом времени пребывания ВС в зоне УВД; устанавливать нормы загрузки диспетчера с учетом его психофизических возможностей; повысить эффективность использования средств связи систем УВД за счет перераспределения связных ресурсов и использования их в интервалах между «пиками» нагрузки для передачи информации, не связанной с УВД, а также определять вероятность нехватки расчетных значений связных ресурсов для1 обеспечения бесперебойной связи при УВД.

3. В ССС, используемых при УВД, минимум каналов связи, необходимых для обслуживания воздушного движения, при трехуровневом разделения сообщений по принципу приоритетности на приоритетные, неприоритетные и аварийные достигается при выделении одного - двух каналов для обслуживания аварийных сообщений и разбиении оставшегося фонда каналов на три группы: двух для обслуживания приоритетных и неприоритетных сообщений и третьей - для обслуживания тех и других с использованием абсолютного приоритета, заключающегося в прерывании обслуживания неприоритетных сообщений с отказом от обслуживания вытесненного требования либо его дообслуживанием.

4. Задержка передачи навигационных данных и корректирующей информации по каналам связи существенно снижает эффективность использования высокоточного средства навигации - СРНС при переходе на перратуре MB и ДКМВ систем связи, используемых при УВД и в ДПС CP1IC, адаптированные к характеристикам как аддитивных помех типа атмосферных, индустриальных помех и узкополосных помех от мешающих радиотехнических средств, так и мультипликативных помех, обусловленных изменениями условий распространения ДКМВ1 сигнала: в периоды, аврораль-ных возмущений ионосферы в высоких широтах и многолучёвостью при; распространении MB сигнала, а также алгоритм моделирования приближенной; к реальной помеховой обстановки при полунатурных испытаниях: приемной аппаратуры MB и ДКМВ систем связи. Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. С ростом интенсивности воздушного движения возрастает интенсивность радиообмена при УВД; что обуславливает актуальность разработки методики определения объема, связных ресурсов, обеспечивающего надежную связь с гарантированной вероятностью в условиях изменяющейся интенсивности воздушного движения, и алгоритма их перераспределения между зонами УВД в зависимости от текущей потребности в них, техническая возможность которого появляется при переходе на спутниковую технологию в связном сегменте системы-УВД.

21 Полученные расчетные соотношения^ связывающие вероятностные характеристики информационных потоков, при УВД с параметрами транспортного потока в зоне УВД позволяют обоснованно формулировать требования к пропускной способности каналов связи систем УВД с учетом времени пребывания ВС в зоне УВД; устанавливать нормы загрузки диспетчера с учетом его психофизических возможностей;, повысить эффек-. тивность использования средств связи систем УВД за. счет перераспределения связных ресурсов и использования их bîинтервалах между «пиками»: нагрузки для : передачи информации, не связанной с УВД, а также определять вероятность нехватки расчетных значений связных ресурсов длят обеспечения бесперебойной связи при УВД.,

3: В ССС, используемых при УВД, минимум каналов связи, необходимых для обслуживания воздушного движения, при трехуровневом разделения сообщений по принципу приоритетности на приоритетные, неприоритетные и аварийные достигается при выделении одного - двух каналов, для обслуживания аварийных сообщений и разбиении оставшегося фонда каналов на три группы: двух для обслуживания приоритетных и неприоритетных сообщений и третьей - для обслуживания тех и других с использованием абсолютного приоритета, заключающегося ; в прерывании обслуживания неприоритетных сообщений с отказом от обслуживания вытесненного требования либо его дообслуживанием.

4. Задержка передачи навигационных данных и корректирующей информации по каналам связи существенно снижает эффективность использования высокоточного средства, навигации - СРНС при переходе на перспективную технологию УВД с АЗЫ. Одним из основных факторов, влияющих на задержку, является конечное время синхронизации канала связи, приводящее к появлению дополнительной ошибки местоопределе-ния ВС. Предложенный алгоритм оптимизации по быстродействию системы синхронизации позволяет практически полностью устранить эту ошибку.

5. Неучет при разработке алгоритмов обработки информации в МВ и ДКМВ системах связи, традиционно используемых при УВД и в ДПС СРНС, реальной помеховой обстановки, а именно: существенного отличия атмосферных и индустриальных помех от нормальных, противоречивости требований к построению приемного тракта при одновременном воздействии на него широкополосных помех указанного типа и узкополосных помех от мешающих радиотехнических средств, а также влияния флуктуаций сигнала, связанных с условиями его распространения, приводит к значительному снижению качества функционирования систем связи. Предложенные алгоритмы обработки, адаптированные к реальной помеховой обстановке, позволяют реализовать помехоустойчивость канала передачи данных, близкую к потенциально достижимой.

6. Использование неравномерной расстановки частот в ССС для ослабления влияния на качество связи интермодуляционных помех, обусловленных нелинейностью ретранслятора, позволяет увеличить отношение сигнал/шум на 1,5 - 2 дБ. Наиболее эффективным методом уменьшения влияния интермодуляционных помех в спутниковых системах связи является сверточное кодирование, обеспечивающее энергетический выигрыш б -7 дБ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Спирин, Алексей Сергеевич, 2011 год

1. Крыжановский Г.А. Введение в прикладную теорию управления воздушным движением. М.: Машиностроение, 1984.

2. Организация управления воздушным движением / Алешин В.И., Дарымов Ю.П., Крыжановский Г.А. др. М.: Транспорт, 1988.

3. Управление воздушным движением / Анодина Т.Г., Володин C.B., Куранов В.П., Мокшанов В.И. М.: Транспорт, 1988.

4. Дубровский В.И., Крыжановский Г.А., Солодухин В.А. Организация радиотехническое обеспечение в системах УВД. М.: Транспорт, 1985.

5. Затонский В.М., Крыжановский Г.А. Моделирование процессов принятия решений диспетчером УВД. Межвузовский сборник научных трудов «Методы и модели анализа процессов УВД». JL: ОЛАГА, 1981.

6. Крыжановский Г.А. Информационное обеспечение процессов принятия решений при отказах АС УВД. Межвузовский сборник научных трудов «Пути совершенствования методов и средств навигации и управления воздушным движением». Л.: ОЛАГА, 1985.

7. Крыжановский Г.А. Прогнозирование и оптимизация процессов принятия решений при управлении воздушным движением. Межвузовский сборник научных трудов «Оптимизация методов навигации и автоматического управления движением воздушных судов». Л.: ОЛАГА, 1984.

8. Бочаров В.В., Крыжановский Г.А., Сухих Н.И. Автоматизированное управление движением авиационного транспорта. М.: Транспорт, 1999.

9. Коханский Л.Э. Автоматическая передача радиолокационной информации. М.: Советское радио, 1974.

10. Олянюк П.В., Тучков Н.Т. Принципы функционирования радиолокационных станций управления воздушным движением. Л.: ОЛАГА,1984.

11. Радиолокационное оборудование автоматизированных систем УВД / Кузнецов A.A., Козлов А.И., Криницин В.В. и др. М.: Транспорт,1985.

12. Справочник по радиолокации. Под ред. М.Сколника. Пер. с англ. Радиолокационные устройства и системы, т. 3,4. М.: Советское радио, 1978.

13. Прогноз развития воздушного транспорта до 2010 года. Циркуляр ИКАО AT / 116. Монреаль: ИКАО, 2001.

14. Прогноз ситуаций с воздушным движением в секторах РЦ (ВРЦ) ЕС ОрВД Российской Федерации. М.: ФГУП Главный Центр планирования и регулирования воздушного движения, 2002.

15. Мамушкин С.Н. Графический способ контроля движения самолетов в ГВФ. М., РИО Аэрофлота, 1956.

16. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. М.: Радио и связь, ИТЦ «Эко-Трендз», 2000.

17. Волков Н.М., Иванов Н.Е., Салищев В.А., Тюбалин В.В. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС // Зарубежная радиоэлектроника, 1997, № 1.

18. Доклад 4-го совещания специального комитета ИКАО по будущим аэронавигационным системам. Монреаль: ИКАО, 1988.

19. Поправка № 20 к Международным стандартам и рекомендуемой практике «Эксплуатация воздушных судов». Приложение 6 к Конвенции о Международной гражданской авиации. Часть V, «Служба межсетевой связи». Монреаль: ИКАО, 2000.

20. Кудрявцев И.В., Клюшников С.Н., Федотов Б.Д. Перспективная авиационная спутниковая аппаратура потребителей, работающая по сигналам систем ГЛОНАСС GPS. Радионавигация и время, РИРВ, 1992, № 1.

21. Ван Дайк К. Использование спутниковых радионавигационных систем для обеспечения требуемого уровня характеристик глобальной навигационной спутниковой системы. Радиотехника. Радиосистемы. Радионавигационные системы и навигационные комплексы, 1996, № 1.

22. Аппаратура радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS. Системы координат. Методы перевычислений координат определяемых точек. Государственный стандарт РФ. Госстандарт России, 1997.

23. Кинкулькин И.Е., Рубцов В.Д., Фабрик М.А. Фазовый метод определения координат. М.: Советское радио, 1979.

24. Анодина Т.Г., Теймуразов Э.С., Шевченко Г.Г. Моделирующий программно-информационный комплекс для прогнозирования загрузки воздушного пространства. Тезисы докладов III Всесоюзной научно-практической конференции по безопасности полетов. Л.: ОЛАГА, 1982.

25. Орешин В.Н. К вопросу о прогнозировании информационных потоков в системе авиационной связи. Межвузовский сборник научных трудов «Теория и техника средств УВД, навигации и связи». М.: МИИГА, 1982.

26. Отчет по НИР «Разработка требований и предложений по построению и организационной структуре ССС для ВС ГА». № 2/Р 01860045946. М.: МИИГА, 1986.

27. Наставление по связи в гражданской авиации (НСГА-90). М.: Транспорт, 1992.

28. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации / Зюко А.Г., Фалько А.И., Панфилов И.П., Банкет B.JL, Иващенко П.В. Под ред. А.Г.Зюко. М.: Радио и связь, 1985.

29. Теория систем и методы системного анализа в управлении и связи / Волкова В.Н., Воронков В.А., Денисов A.A. и др. -М.: Радио и связь, 1983.

30. Анодина Т.Г., Кузнецов A.A., Маркович Е.Д. Автоматизация управления воздушным движением. М.: Транспорт.

31. Крыжановский Г.А., Черняков М.В. Оптимизация авиационных систем передачи информации. М.: Транспорт, 1986.

32. Воздушный Кодекс Российской Федерации. ФЗ-60 от 19.03.1997.

33. Наставления по производству полетов (Hill 1 ГА 85). - М.: Транспорт, 1985.

34. Лазарев В.Г., Лазарев Ю.В. Динамическое управление потоками информации в сетях связи. М.: Радио и связь, 1983.

35. Авиационная электросвязь. Приложение 10. Монреаль: ИКАО, 1985.

36. Регламент радиосвязи. Международный союз электросвязи. Том 1 «Основные положения регламента». М.: Радио и связь, 1986.

37. Исследование и анализ интенсивности воздушного движения в стране. Отчет о НИР. М.: НЭЦ АУВД, 1980, 1981.

38. Распределение по Земному шару атмосферных помех и их характеристики. Документы 10-й Пленарной ассамблеи МККР. Отчет 322, Женева, 1964. М.: Связь, 1965.

39. Авиационные радиосвязные устройства. Под ред. В.И.Тихонова. -М.: ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского, 1986.

40. Spaulding A.D., Ahbeck W.H., Espeland L.R. Urban residential man-made radio noise analisis and predictions. Telecom-munications reseach and engineering. Wash., Cov. Print off., 1971. Rpt, ITS.

41. Scomal E.N. Man-made noise in m/w frequency range. Microwave journal, № 10, 1975.

42. Buchler W.F., King C.H., Lunder C.D. VHF city noise. IEEE Electro-magnetie compatibility, Symp. Ree., 1968.

43. Disney R.T., Spaulding A.D. Amplitude and time statistics of atmospheric and man-made radio noise. Report ERL 160 ITS — 98, U.S. Departement of commerce, Wash., Febr., 1970.

44. INMARSAT Aeronautical system definition manual. Mobul 1-3, 1989.

45. Связная система адресований и сообщений. Модель 2. Характеристики АРИНК-724. Горький: ГНИИРС, 1979.

46. Концепция развития кроссполярных и трансвосточных авиатрасс. В кн.: Концепция развития Красноярского края до 2010 года. Красноярск: Администрация Красноярского края, 2000 г.

47. Проспект по техническому оснащению воздушных судов ГА РФ терминалом ССС «ИНМАРСАТ АЭРО Мини M». - М.: Аэрогеотех, 2002.

48. Инструкция по технической эксплуатации низкоорбитальной спутниковой системы связи «ГЛ ОБ АЛ CT АР». М.: Аэрогеотех, 2003.

49. Инструкция по технической эксплуатации низкоорбитальной спутниковой системы связи «Иридиум». М.: Аэрогеотех, 2001.

50. Агаджанов П.А., Воробьев В.Г., Кузнецов A.A., Маркович Е.Д. Автоматизация самолетовождения и управления воздушным движением. -М.: Транспорт, 1980.

51. Передача информации с обратной связью. Под ред. З.М.Каневского. М.: Связь, 1976.

52. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. Под ред. В.Б.Пестрякова. М.: Советское радио, 1973.

53. Федоров Ю.М., Куранов В.П., Носовский A.B. К вопросу обоснования требуемой надежности функционирования навигационной системы. Труды ГосНИИГА, вып. 161. М.: ГосНИИГА, 1978.

54. Жевнеров В.А. Потоковые системы. Моделирование и оптимизация. М.: Наука, 2002.

55. Молоканов Г.В. Точность и надежность навигации летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1967.

56. Маркович Е.Д. Взаимосвязь навигации и УВД по обеспечению безопасности полетов на воздушных трассах. Труды ГосНИИГА, вып. 119. М.: ГосНИИГА, 1975.

57. Хитев C.B., Носовский A.B., Куранов В.П., Федоров Ю.М. Обоснование точности самолетовождения при полетах в организованной системе параллельных трасс. Труды ГосНИИГА, вып. 161. М.: ГосНИИГА, 1978.

58. Федоров Ю.М., Куранов В.П., Уманскйй В.А. Общий подход к решению задачи обеспечения заданных норм эшелонирования средствами навигации и УВД. Труды ГосНИИГА, вып. 161. М.: ГосНИИГА, 1978.

59. Рубцов В.Д. Выбросы огибающей атмосферного шума // Радиотехника и электроника. 1977, т. XXII, № 1.

60. Рубцов В.Д. Распределение абсолютных максимумов огибающей атмосферного шума // Радиотехника и электроника. 1978, т. XXIII, № 3.

61. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М.: Радио и связь, 1982.

62. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники, кн. 1. -М.: Советское радио, 1966.

63. Криницин В.В. Вероятностное описание процесса обслуживания транспортного потока в системе оперативного УВД. В кн.: Проблемы технического обеспечения систем УВД. М.: МИИГА, 1984.

64. Bolton Е. С. Man made noise study at 76 and 200 kHz // IEEE Trans., EMC-18, № 3, 1976.

65. Beckmann P. Amplitude -probability distribution of atmospheric radio noise // Radio Science, 68D, № 6, 1964.

66. Omura J. K., Shaft P. D. Modem performance in VLF atmospheric noise // IEEE Trans., COM-19, № 5, 1976.

67. Рубцов В. Д. Распределение мгновенных значений атмосферного шума при узкополосном приеме // Радиотехника и электроника, т. XX, № 10, 1975.

68. Рубцов В. Д. Статистические характеристики фазы смеси атмосферного шума и узкополосного сигнала // Радиотехника и электроника, т. XIX, № 11, 1974.

69. Рубцов В. Д. Распределение огибающей смеси атмосферного шума и узкополосного сигнала // Радиотехника и электроника, т. XXI, № 3, 1976.

70. Рубцов В. Д. Статистические характеристики смеси атмосферного шума и узкополосного сигнала // Радиотехника, т. 31„ № 8, 1976.

71. Черняк Ю. Б. Непараметрические фазовые методы обнаружения сигналов // Вопросы радиоэлектроники, серия Общетехническая, вып. 5, 1967.

72. Черняк Ю. Б. О линейных свойствах системы широкополосный ограничитель фильтр // Радиотехника и электроника, т. XV, № 7, 1962.

73. Бусленко Н.П. Метод статистического моделирования. М.: Статистика, 1970.

74. Рубцов В.Д., Зайцев А.Н. О применимости логарифмически нормальной модели для вероятностного описания квазиимпульсных помех // Радиотехника и электроника, т. XXIX, № 8, 1984.

75. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 1988.

76. Справочник по специальным функциям с формулами, графиками и математическими таблицами. Под ред. М.А.Абрамовица и И.Стигана /Пер. с англ. М.: Наука, 1979.

77. Тихонов В.И., Кульман Н.К. Нелинейная фильтрация и квазикогерентный прием сигналов. М.: Советское радио, 1975.

78. Рубцов В.Д. Оптимизация приемного тракта в условиях атмосферного шума // Вопросы радиоэлектроники, серия Общетехническая, вып. 7, 1978.

79. Рубцов В. Д., Зайцев А. Н. Определение вероятностных характеристик помехи и ее смеси с узкополосным сигналом по экспериментальным данным. // Радиотехника и электроника, т. XXX, № 9, 1985.

80. Жодзишский A.A., Кий A.A., Соколов В.П. Статистические характеристики огибающей, фазы и из производных суммы федингующего сигнала и узкополосного нормального шума // Радиотехника и электроника, т. XV, №7, 1970.

81. Лутченко А.Е. Когерентный прием радионавигационных сигналов. М.: Советское радио, 1973.

82. Никитенко Ю.И., Хмаладзе Т.К. Сравнение амплитудно-фазового и фазового методов измерения фазы при воздействии синусоидальных помех//Вопросы радиоэлектроники, серия Общетехническая, вып. 20, 1968.

83. Антонов O.E. Оптимальное обнаружение сигналов в негауссовых помехах // Радиотехника и электроника, т. XII, № 4, 5, 1967.

84. Валеев В.Г. Оптимальная оценка параметров сигнала при наличии негауссовых помех // Известия АН СССР, Техническая кибернетика, №2, 1971.

85. Горбачев A.A., Сизьмин A.M., Торопов Л.А. Об уменьшении искажений формы атмосферика при приеме его на фоне помех // Геомагнетизм и аэрономия, № 3, 1973.

86. Джейсоул Н.К. Очереди с приоритетами. М.: Мир, 1973.

87. Лившиц B.C., Фидлин Я.В. Системы массового обслуживания с конечным числом источников. М.: Связь, 1968.

88. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь. М.: Связь, 1974.

89. Клейнрок JI. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979.

90. Гнеденко В.В., Коваленко И.П. Введение в теории массового обслуживания. М.: Наука, 1966.

91. Ховард Р. Динамическое программирование и марковские процессы. М.: Советское радио, 1964.

92. Karp S. Some Observations of Satellite Aircraft Multipath Properties of 1600 MHz // IEEE Transactions on Communications, 1974, v. Com-22, № 10.

93. Doherty R.H., Johter J.R. Unexploited Potentials of Loran-C //Navigation (USA), 1975, v. 22, №4.

94. Связь с подвижными объектами в диапазоне СВЧ. Под ред. У.К.Джейка. / Пер. с англ. М.: Связь, 1979.

95. Helen S. Improvements in the Tropospheric Refraction Correction for Raugemeasument // Phil. Jrans. R.Soc. bound. 1979, v. A-294.

96. Lam S., Kleinrock L. Packet Switching in a Multiaccess Froadcast Channel: Dynamic, Control, Procedures // IEEE Transactions on Communications Conference, 1981. Conf. Record, 1981, v. 3, № 7.

97. Вакман Д.Б. Регулярный метод синтеза ФМ сигналов. М.: Советское радио, 1967.

98. Основы технического проектирования систем связи через ИСЗ. Под ред. А.Д.Фертушенко. М.: Связь, 1970.

99. Логвин А.И., Небусев C.B. Квазикогерентный прием сигналов частотной манипуляции с непрерывной фазой. Межвузовский сборник научных трудов «Теория и техника радиолокации, радионавигации и радиосвязи в гражданской авиации». Рига: РКИИГА, 1983.

100. Петрищев В.И. Синтез оптимальной по быстродействию системы ФАПЧ первого порядка. Труды учебных институтов связи, вып. 48. М.: МЭКС, 1970.

101. Фельдбаум А.А. Вопросы статистической теории системы автоматической оптимизации. Труды первого конгресса ИФАК, т.2 М.: АН СССР, 1962.

102. Спирин А.С., Рубцов В.Д. Метод управления связными ресурсами в спутниковых системах связи при УВД. Научный вестник МГТУ ГА, № 96, 2005.

103. Спирин А.С. Анализ эффективности квазиоптимальной обработки сигнала при передаче данных в системах УВД с автоматическим зависимым наблюдением в условиях авроральных возмущений ионосферы в полярных районах. Научный вестник МГТУ ГА, № 133, 2008.