Повышение эффективности телекоммуникационного обеспечения полетов в условиях априорной неопределенности электромагнитной обстановки для решения задач управления воздушным движением тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.13, кандидат технических наук Платонов, Иван Даниилович

• Платонов, Иван Даниилович
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Платонов, Иван Даниилович

ВВЕДЕНИЕ

1.МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВИАЦИ011НЫХ СПУТ11ИКОВЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ

1.1.Общие принципы телекоммуникационного обеспечения полетов

1.2.Критерии эффективности СПИ в системах УВД

1.3.Потенциальная эффективность систем передачи двоичными сигналами в системах УВД

1.4.Характеристики эффективности и информационные характеристики многоканальных систем передачи информации в системах УВД

1.5.Сравнительная эффективность систем передачи дискретной информации 31 1 .б.Сравнительная эффективность систем передачи непрерывных сообщений 34 1.7.Эффективность АССС

ОС1ЮВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВОЙ ГЛАВЫ

ВЫВОДЫ

2.ВЫБОР КЛАССОВ И ТИПОВ СИГНАЛОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ 40 ЭФФЕКТИВНОСТИ АССС

2.1 .Выбор классов сигналов для АССС

2.2.Выбор типов сигналов в рамках выбранных классов

2.3.Использование выбранных сигналов для технической реализации АССС

OCHOBI1ЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВТОРОЙ ГЛАВЫ

ВЫВОДЫ

3.ПОВЫШЕ1ГИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АССС НА ОСНОВЕ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ

• СОВМЕСТИМОСТИ

3.1.Проблема электромагнитной совместимости в крупных аэроузлах

3.2.Потенциальные характеристики обнаружения в сложной сигнальной обстановке

3.2.1.Характеристики обнаружения при флюктуации амплитуды и неизвестной фазе

3.2.2. Характеристики обнаружения при неизвестной частоте

• 3.2.3. Характеристики обнаружения при неизвестной ширине спектра сигнала

3.2.4. Характеристики обнаружения при неизвестной структуре сигнала

3.2.5. Характеристики обнаружения при отсутствии априорных данных о параметрах сигнала

3.3.Методы идентификации структуры обнаруживаемых сигналов 111 3 АТочность определения параметров сигналов 115 3.5.Потенциальная точность оценок пространственно-частотных координат РЭС 121 OCHOBI1ЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЫ 130 ВЫВОДЫ

4.ВЛИЯНИЕ ИЗМЕ11ЕНИЯ ИВД НА ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ 132 ТЕЛЕКОММУНИКАЦИО! 1НЫХ РЕСУРСОВ В СИСТЕМЕ УВД

4.1.Модель функциональной связи интенсивности радиообмена в системе УВД с интенсивностью воздушного движения

4.2.Экспериментальное исследование информационных потоков в системе УВД

4.2.1 .Цель и задачи исследования

4.2.2.Исследование состава и определение статистических характеристик потоков 138 • 4.3.Характеристики информационного обмена в различных типах воздушного пространства

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЫ

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности телекоммуникационного обеспечения полетов в условиях априорной неопределенности электромагнитной обстановки для решения задач управления воздушным движением»

Развитие гражданской авиации как одной из основных отраслей страны приводит к необходимости решения проблемы надежного и эффективного управления воздушным движением (УВД). Решением этой проблемы занимается система организации воздушного движения (ОрВД), представляющая собой комплекс организационных, технологических и технических элементов, функционирующих как единое целое и решающих единую основную задачу - обеспечение безопасности полетов.

Основным способом обеспечения заданной безопасности полетов является строгое соблюдение экипажами и диспетчерами службы движения правил эшелонирования, которые определяют четкий распорядок рассредоточения воздушных судов (ВС) в воздухе на безопасные расстояния по каждой из координат полета.

Стремление обеспечить полеты ВС в экономически выгодных режимах, т.е., по ортодромическим траекториям и на оптимальных для каждого ВС высотах, приводит к повышению плотности воздушного движения (ПВД) на кратчайших маршрутах и экономичных эшелонах, что вызывает необходимость сокращения воздушных коридоров. Таким образом, требования безопасности воздушного движения и экономичности полетов ВС являются противоречивыми. С целью приведения во взаимное соответствие указанных требований, рационального использования воздушного пространства (ИВП), повышения норм эшелонирования, проводится комплекс мероприятий, направленных на совершенствование принципов ОрВД и развития методов оптимизации деятельности оператора в системе УВД [1,2], на совершенствование систем навигации, УВД и связи и на улучшение их взаимодействия. [3,4].

Одним из основных средств радиотехнического обеспечения полетов являются системы авиационной связи, которые сегодня принято называть системами телекоммуникационного обеспечения полетов ВС. Воздушная авиационная связь предназначена для взаимодействия экипажа и диспетчерского состава УВД и замыкает контур управления воздушным движением по линии «диспетчер - экипаж». Ухудшение качества связи приводит к увеличению загруженности диспетчера и при сохранении заданной пропускной способности воздушного пространства может привести к снижению безопасности полетов, что недопустимо.

Ухудшение качества телекоммуникационного обеспечения полетов в значительной степени может быть связано с электромагнитной обстановкой на трассе распространения радиоволн, особенно, если электромагнитная обстановка априорно неизвестна. Именно эта проблема рассматривается в представленной работе. Анализируются методы повышения эффективности телекоммуникационного обеспечения полетов при априорной неопределенности электромагнитной обстановки, что в конечном итоге ведет к повышению эффективности УВД. Особенно остро эта проблема стоит для дорогостоящих спутниковых систем связи (ССС), которые должны использоваться в рамках реализации концепции ИКАО CNS/ATM [5J. ССС обладают очень важным свойством - наличием возможности адаптивного управления связными ресурсами, т.е. перераспределением ресурсов в зависимости от потребности в них. Потребность же в связных ресурсах должна определяться на основании прогноза информационного обмена с учетом динамики изменения интенсивности воздушного движения (ИВД). Таким образом возникает актуальная научная задача повышения эффективности телекоммуникационного обеспечения полетов в условиях априорной неопределенности электромагнитной обстановки при изменяющейся ИВД для решения задач УВД.

Целью работы является повышение эффективности телекоммуникационного обеспечения полетов в условиях априорной неопределенности электромагнитной обстановки для решения задач УВД.

Для достижения поставленной цели потребовалось решать следующие научно - практические задачи: разработка методов оценки качества функционирования авиационных спутниковых систем связи (АССС) в процессе эксплуатации; выбор типов и классов сигналов для повышения эффективности телекоммуникационного обеспечения полетов (ТОП); анализ влияния электромагнитной обстановки (ЭО) на эффективность ТОП и разработка мер по преодолению априорной неопределенности ЭО; оценка влияния изменения ИВД на перераспределение телекоммуникационных ресурсов в системе УВД.

В результате решения указанных задач на защиту выносится совокупность научных положений, содержащих решение общей задачи -повышение эффективности ТОП в условиях априорной неопределенности ЭО при изменяющейся ИВД для решения задач УВД, а именно: методы оценки качества функционирования АССС в процессе эксплуатации; предложения по выбору типов и классов сигналов для повышения эффективности ТОП; методы преодоления априорной неопределенности ЭО для поддержания заданного уровня ТОП; методы перераспределения телекоммуникационных ресурсов при изменяющейся ИВД для поддержания требуемого уровня безопасности полетов в системе УВД.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые: предложены методы оценки качества функционирования АССС в различных условиях эксплуатации; обоснован выбор типов и классов сигналов, обеспечивающих максимальную эффективность АССС; предложены меры по преодолению априорной неопределенности ЭО с сохранением заданного качества ТОП; получены соотношения взаимосвязи изменения ИВД и интенсивности радиообмена по линии «ВС - диспетчер».

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты позволяют: количественно оценивать качество функционирования АССС в различных условиях эксплуатации; выбирать типы и классы сигналов, для достижения максимальной эффективности АССС; поддерживать заданный уровень ТОП путем преодоления априорной неопределенности ЭО на трассе распространения радиоволн; перераспределять связные ресурсы при изменении ИВД в системах УВД.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на внутривузовских конференциях МГТУГА и на межкафедральных семинарах МГТУГА, на III МПТК «Авиа-2001» Украина, Киев.

Внедрение

Результаты работы внедрены в НИР, проводимых в МГТУГА в 19992002г.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 8 работ.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из Введения, 4-х разделов и списка цитируемой литературы.

Общий объем диссертации составляет 155 страниц и включает 28 рисунков, 4 таблицы.

Список цитируемой литературы содержит 52 наименования.

Заключение диссертации по теме «Навигация и управление воздушным движением», Платонов, Иван Даниилович

ВЫВОДЫ

1 .Свыше 90% в общем информационном потоке составляют речевые сообщения 1,2 и 3 типов, интервалы между которыми подчиняются экспоненциальному закону, а длительность этих сообщений — гамма-распределению.

2.Интенсивность сообщений в первом и во втором типах ВП меньше, чем в остальных. Во втором типе ВП увеличивается время сеансов радиосвязи. В третьем и четвертом типах ВП удельный вес контрольных сообщений почти в 2 раза выше, чем в первом и во втором. Это объясняется тем, что в первом и во втором типах ВП часть этих сообщений передается с помощью аппаратуры BPJI. В то же время удельный вес управляющих сообщений в первом и во втором типах примерно в 2 раза выше, чем в третьем и четвертом типах ВП. Это связано, с одной стороны, со значительно большими ИВД, а с другой с большими возможностями диспетчерского состава.

3.Функциональная связь интенсивности радиообмена с интенсивностью воздушного движения для большинства практических случаев может быть представлена в экспоненциальной форме.

4.Время между интервалами сообщений может быть описано вероятностным распределением в виде гамма-распределения при коэффициенте вариации критерия согласия X, лежащим в пределах от 0,8 до 0,9.

5.Анализ информационных потоков показал, что на долю контрольных сообщений приходиться 91,5% всего информационного потока, 5% на долю метеоинформации, 2,5% на эксплуатационно-техническую информацию и 1% на остальную.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Платонов, Иван Даниилович, 2003 год

1. Организация управления воздушным движением. Под ред. Г.А.Крыжановского.-М.: Транспорт, 1988

2. Т.Г. Анодина, А.А. Кузнецов, Е.Д. Маркович. Автоматизация управления воздушным движением. — М.: Транспорт. 1992.

3. О.С. Набатов, Н.С. Вдовиченко. Связь в АС УВД. М.: Транспорт, 1984.

4. А.А. Кузнецов, В.И. Дубровский, А.С. Уланов. Эксплуатация средств УВД. М. : Транспорт, 1983.

5. Б.И. Кузьмин. Сети и системы авиационной цифровой электросвязи. 4.1 Концепция ИКАО CNS/ATM. М.: ОАО «НИИЭИР», 1999.

6. Авиационная связь. Приложение 10 к Конвенции по международной гражданской аваиции. Т.2 Процедуры связи ИКАО. /1968.

7. А.В. Витерби, Дж. К. Омура. Принципы цифровой связи и кодированияМ.: Радио и связь,1982.

8. Л.Я. Кантор и др. Передача информации в дискретной форме в спутниковых системах связи. / Электросвязь, 1980, №5, с. 12-16.

9. Дж. Спилкер. Цифровая спутниковая связь. — М.: Сов. радио, 1979.

10. А.И. Величкин, Г.С. Азаров, Ю.В. Саготин. Средства связи и системы передачи данных ВВС. М.: Изд. ВВИА им проф. Н.Е. Жуковского, 1985.

11. К. Шеннон. Работы по теории информации и кибернетике. М.: ИЛ, 1963.

12. Р. Галлопер. Теория информации и надежная связь. М. Сов. радио. 1974.

13. А.Г. Зюко и др. Теория передачи сигналов. М.: Связь, 1980.

14. А.Г. Зюко. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. — М.: Связь, 1972.

15. А.Г. Зюко. Эффективность систем передачи сообщений. / Электросвязь, 1977, №6, с 17-19.

16. В.JI. Банкет. Эффективность систем передачи дискретных сигналов. В кн. Методы устойчивого приема ЧМ и ФМ сигналов. М.: Сов. радио, 1976, С229-235.

17. Ю.Б. Окунев и др. Принципы системного подхода к проектированию в технике связи. — М.: Связь, 1976

18. Статистическая теория связи и ее практические приложения. Под ред. Б.Р. Левина. М.: Связь, 1979

19. В.А.Свириденко. Анализ систем со сжатием данных М.: Связь, 1977

20. Ф.Ф.Юрлов. Технико-экономическая эффективность сложных радиоэлектронных систем. — М.: Сов. радио, 1980.

21. АС УВД. Под ред. Савицкого. М.: Транспорт, 1986.

22. В.В. Бочкарев, Г.А. Крыжановский., Н.Н. Сухих. Автоматизированное управление движением авиационного транспорта. — М.: Транспорт, 1999.

23. С.Я. Портной. Об эффективности мажоритарных кодов в системах спутниковой связи. Труды НИИР, 1981, №2 с. 5-15.

24. Основы технологического проектирования систем связи через ИСЗ. Под ред. А.Д. Фортушенко. М.: Связь, 1970.

25. А.Ф. Фомин. Помехоустойчивость систем передачи непрерывных сообщений. — М.:Сов. радио, 1975.

26. Ю.А. Соловьев. Системы спутниковой навигации. М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000.

27. А.И. Логвин, О.Е. Орлов. Спутниковые системы навигации и связи. М.: РИО МГТУГА.

28. В.И. Тихонов. Оптимальный прием сигналов. М.: Радио и связь, 1983.

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

30. Б.Р. Левин. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Сов. радио, 1969.

31. Х.Ф. Хармут. Передача информации ортогональными функциями. М.: Связь, 1975.

32. Н.Г. Дядюнов, А.И. Сенин. Ортогональные и квазиортогональные сигналы. М.: Связь 1977.

33. Э. Берлекамп. Алгебраическая теория кодирования. М.: Мир, 1971.

34. Г.Н. Устинов. Основы информационной безопасности систем и сетей передачи данных. Сер. «Безопасность». -М.: СИ11ТЕГ, 2000.

35. Ю.В. Гуляев, А .Я. Олейников, Е.Н. Филинов. Развитие и применение открытых систем в РФ. / Информационные технологии и вычислительные системы., 1995, №, 1, с. 6-14.

36. Ю.В. Гуляев, А.Я. Олейников. Технология открытых систем — основное направление информационных технологий. / Информационные технологии и вычислительные системы, 1997, №3, с. 3-11.

37. Э.А. Якубайтис. Открытые информационные сети. М.: Радио и связь, 1991.

38. С.Е. Фалькович. Оценка параметров сигнала. М.: Сов. радио, 1970.

39. JT.C. Гуткин. Оптимизация радиоэлектронных систем. М.: Сов. радио, 1975.

40. Теория и методы оценки ЭМС РЭС. Под ред. Ю.А. Феоктистова. — М.: 1988.

41. С.Е. Фалькович, Э.И. Хомяков. Статистическая теория измерительных радиосистем. М.: Радио и связь, 1981.

42. ЭМС радиоэлектронных средств и систем. Под ред. И.М. Царькова. М.: Радио и связь, 1985.

43. Справочник по специальным функциям. Под ред. М. Абрамовица. М.: Наука, 1979.

44. Селекция и распознавание на основе локационной информации. Под ред. A.JI. Горелика. М.: Радио и связь, 1990.

45. О.Е. Орлов, И.Д. Платонов. Положение общей методологии защиты информации в телекоммуникационных сетях (ч.1). / Научный вестник МГТУ ГА, Сер. Радиофизика и радиотехника, № 36, 2001, с. 138-149.

46. О.Е. Орлов, И.Д. Платонов. Доступ к сети Интернет по спутниковым каналам. / Научный вестник МГТУ ГА, Сер. Радиофизика и радиотехника, № 39, 2001, с. 72-82.

47. О.Е. Орлов, И.Д. Платонов. Положение общей методологии защиты информации в информационных телекоммуникационных сетях (ч.Н). / Научный вестник МГТУ ГА, Сер. Радиофизика и радиотехника, № 39, 2001, с. 83-94.

48. В.В. Каратанов, Д.Ю. Козлов, В.К. Левин, И.Д. Платонов. Тенденции развития проблематики специализированных компьютерных систем: феноменологические аспекты./Информационное общество, №4, 2001, с.59-68.