В районах аэродромов необходима организация специальной радиосети, обеспечивающей возможность беспрепятственного получения экипажем сведений по фактической и прогнозируемой погоде на трассах, аэродромах назначения и запасных аэродромах.
2. Оценка степени перекрытия радионавигационных и радиолокационных полей
2.1 Методика оценки степени перекрытия РН и РЛ полей
Методика расчёта зоны действия
Под зоной действия понимается область пространства, в пределах которой обеспечивается получение требуемой навигационной информации.
Для свободного пространства зону действия характеризуют максимальной (Дmax) и минимальной (Дmin) дальностью действия.
=f (,,G,л…)
Максимальная дальность действия зависит от используемого диапазона радиоволн и условий их распространения (характера земной поверхности, рельефа местности, состояния атмосферы и ионосферы, времени суток, высоты полета и др.), а также от технических характеристик передающих, приемных и антенных устройств РТС.
В частности, основными факторами, учитываемыми при оценке дальности действия РТС, работающих в диапазонах сверхдлинных (СДВ) и длинных (ДВ) волн, являются мощности наземных станций, электрические свойства подстилающей поверхности и время суток; для средних (СВ) и коротких (КВ) волн - состояние ионизированных слоев атмосферы и время суток; для ультракоротковолнового диапазона (УКВ) - учет высоты полета ВС, а также высоты антенн и препятствий на пути распространения радиоволн.
Максимальная дальность действия РТС УКВ диапазона вследствие прямолинейности распространения радиоволн чаще всего определяется дальностью прямой видимости
Минимальная дальность действия УКВ РТС определяется высотой эшелона и линий визирования, а также определяется мёртвой зоной (воронкой).
tgг = , где г- угол визирования.
На зону действия в несвободном пространстве влияет ряд факторов:
влияние земной поверхности;
В этом случае в точку пространства придет как прямой сигнал так и отраженный.
Если придут в фазе, то сложатся, в противофазе - сигнал в точке приема уменьшится.
Отражение от земной поверхности приводит либо к усилению сигнала, либо к ослаблению, а следовательно к многолепестковости ДН на узких углах.
Н=r*sinг
т.к земля сферична, то максимальная дальность действия зачастую определяется радиусом прямой видимости;
Это справедливо для радиоволн, распространяющихся по прямой (л - мм, см, дм, м и в какой-то степени дкмв).
Определение радиуса прямой видимости:
(км)= 3,7((м) + (м))
Т.к >>, то
= 3,7
Иногда получаются данные 4,12
Коэффициент увеличивается до 4,12 за счет явлений рефракции (огибание волн земной поверхности).
Для маяков РСБН на Н=10000 м. составляет 350-370 км.
третий фактор который искажает ЗД- это наличие препятствий;
При наличии углов закрытия дальность действия РТС может существенно уменьшатся.
Рис. 1
Образуется зона затенения, следовательно, уменьшается дальность действия на некоторых эшелонах.
Из рис.1. найдём соотношение, связывающее угол закрытия ??c максимальной дальностью Dз для заданной высоты эшелона или приведённой высоты ?H .
?H берём в метрах, DЗ - в километрах, тогда:
Приведённая высота ?H может быть найдена иным образом. Полагая земной шар круглым и с учётом рефракции получаем:
где
Rэз - эквивалентный радиус земли = 8,45 тыс.км., отсюда:
навигация радиотехнический контроль
где: ?H и Hэш - в метрах;
D3 - в километрах;
Приравняем (1) к (2) :
;
Получим квадратное уравнение, его решением будет:
При этом считаем, что высота эшелона намного больше высоты антенны наземного РТС.
Оценить зону действия РТС можно по данным лётных испытаний. Однако, лётные испытания дают данные только для двух - трёх эшелонов полёта. Найти зону действия для других высот можно путём использования метода аппроксимации.
Пусть D1л - дальность для высоты эшелона Hэш1;
D2л - дальность для высоты эшелона Hэш2;
Данные для высот получаем так:
Минимальная дальность действия РТС зависит от диаграммы направленности антенны наземного радиомаяка:
где - угол наклона верхней границы диаграммы направленности.
Все это связано с углами закрытия. Зона действия в горизонтальной плоскости искажается.
Рис.2. Зона действия РТС
1 - Расчетная зона действия;
2 - расчетная зона действия РТС с учетом углов закрытия;
3 - зона действия РТС, уточненная по результатам летных облетов.
Рис.3. Перекрытие радионавигационных и радиолокационных полей в регионе.
2.2 Методика определения рабочих областей
Рабочей областью РТС называют объем пространства, в пределах которого погрешность определения места летательного аппарата не превышает заданную с определенной вероятностью
ZДОП -определяет размеры рабочей области.
Рис. 6
Под рабочей областью (РО) радионавигационной системы понимают объем пространства, в пределах которого погрешность определения места летательного аппарата не превышает заданную с определенной вероятностью. Поэтому внутренняя граница РО ограничивается окружностью с радиусом Dmin, а внешняя - кривой равной точности RРО, либо окружностью с радиусом Dmax. На границе РО СКП ЛБУ не должна превышать допустимую. Поэтому значения RРО могут быть определены аналитическим путем из выражений (11) при условии, что . Если полученное значение RРО будет больше Dmax , то радиус рабочей области равен Dmax.
Рис. 7
2.3 Оценка степени перекрытия зон действия РТС навигации и УВД
На карту наносим зоны действия РТС навигации и УВД для высот Н=10000 м. и Н=6000 м.
Таблица 3. ЗОН действия РТС навигации и УВД
Таблица 4. Обозначения на карте. Зоны действия:
Оценка степени перекрытия рабочих областей РТС навигации и УВД
На карту наносим рабочие области для ВС: ТУ-154 и АН-24
Таблица 5. Радиусы рабочих областей РТС навигации и УВД для ВС: ТУ-154 и АН-24
Выводы о степени перекрытия РН и РЛ полей в регионе Красноярск - контроль
Выводы о перекрытии зон действия в регионе Красноярск - контроль:
Регион Красноярск перекрывается 100% из-за хорошего оснащения РТС.
Выводы о перекрытии рабочих областей в регионе Красноярск - контроль:
Рабочие зоны РНС для типа ВС ТУ-154 дают 97% перекрытие, часть Ю-З не перекрывается. Для АН-24 перекрытие составляет 90%, не перекрывается часть Ю-З.
3. Анализ точности и безопасности полётов в регионе Красноярск-контроль
3.1 Методика оценки точности и БП с помощью имитационного моделирования
ПРОГРАММА "ALFA-7" АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ САМОЛЕТОВОЖДЕНИЯ И БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Методика использования.
1. Назначение программы.
ПРОГРАММА " ALFA-7 " ПОЗВОЛЯЕТ:
- оценить максимально возможную точность самолетовождения и безопасность полетов для заданного типа ВС по любому маршруту;
- провести анализ реальных точности самолетовождения и безопасности полетов с учетом существующей практики навигационных определений;
- выявить участки, на которых безопасность полетов не соответствует требованиям, и разработать рекомендации по ее повышению с наименьшими экономическими затратами;
- сформировать оптимальную технологию эксплуатации в полете средств навигации, обеспечивающую требуемую или наивысшую точность самолетовождения и облегчающую труд экипажа;
- оценить возможность полетов самолетов с сокращенным составом экипажа;
- повысить квалификацию летного состава и качество предполетной подготовки, сократить время, затрачиваемое на предварительную и предполетную подготовку;
- облегчить подготовку экипажей к полетам за границей;
- оценить эффективность установки нового бортового и наземного навигационного и радиолокационного оборудования;
2. Теоретические основы функционирования программы.
Программа разработана на основе математической модели оценки точности самолетовождения по заданному маршруту. Математическая модель, в свою очередь, базируется на методе вероятностного анализа, позволяющего оценить среднюю квадратическую погрешность (СКП) линейного бокового уклонения (ЛБУ) ВС при использовании той или иной навигационной системы. Укрупненная структурная схема математической модели программы представлена на рисунке.
В качестве исходных данных используются эксплуатационно-технические характеристики средств навигации и УВД, а также координаты пунктов маршрута, радионавигационных точек и радиолокационных ориентиров, координаты границ зон и пунктов размещения РЦ УВД, названия, (позывные, частоты и номера каналов) радиотехнических средств, тип воздушного судна, скорость и высота полета и некоторые другие параметры, характеризующие маршрут полета и тип ВС.
При решении задачи на ЭВМ маршрут полета "просматривается" с заданным шагом и на каждом шаге производится вычисление СКП ЛБУ ВС при использовании курсо-доплеровской или инерциальной системы счисления пути, бортового радиолокатора, систем ближней или дальней навигации и АРК (см. рисунок).
Точность самолетовождения (СКП ЛБУ) непосредственно связана с критериями безопасности полетов - вероятностью невыхода за пределы ширины трассы или эшелона, риском столкновений и др. В программе производятся вычисления вероятности невыхода за пределы ширины трассы или трека (при полетах над океаном). Учитывается возможность использования для навигации данных службы УВД, передаваемых на борт ВС по запросу экипажа или по инициативе диспетчера в особых точках маршрута, регламентируемых существующей технологией УВД (например, при пересечении границ зон РЦ УВД). В модели предусмотрена возможность имитации коррекции гироскопических измерителей курса, учтены расположение радионавигационных точек относительно текущих участков маршрута, зоны действия радиотехнических средств, режимы работы бортового оборудования и другие специфические особенности, влияющие на точность навигации. Учитываются изменение требований к точности самолетовождения и изменения в технологии навигации и УВД, возникающие при полетах вне территории СССР и над океанами.
Особое место в математической модели и программе занимает блок сравнительного анализа точности навигационных систем, автоматического выбора используемой навигационной системы и коррекции доплеровской м инерциальной систем счисления пути. Именно этот блок обеспечивает "гибкость" модели и увязывает ее с существующей практикой самолетовождения. Блок и вся модель в целом могут работать в двух режимах:
- режим оценки МАКСИМАЛЬНО возможной точности самолетовождения и безопасности полетов;
- режим оценки РЕАЛЬНО достижимой точности самолетовождения и безопасности полетов при выборе средств навигации с учетом существующей практики самолетовождения.
В первом режиме все навигационные системы (НС) считаются равноправными и из них выбирается та, которая обеспечивает наивысшую точность в данной точке маршрута. Предлагаются возможными непрерывная коррекция счисленных координат по данным позиционных радионавигационных систем и смена режимов работы навигационной аппаратуры на каждом шаге расчета. Таким образом, определяются идеальный план применения в полете средств навигации и вычисляется максимально возможная точность самолетовождения. В реальной практике самолетовождения такой идеальный план был бы неудобен, а иногда и невозможен, так как он не учитывает возможности экипажа, его загрузку в полете, инерционность восприятия и время, необходимое для навигационных определений, коррекции и переключения режимов. Кроме того, учитывается, что АРК, БРЛС и в большинстве случаев радиотехническая система дальней навигации (РСДН) и ИНС относятся к вспомогательным навигационным системам, которые по ряду причин целесообразно активно использовать только на тех участках маршрута, где основные навигационные системы не обеспечивают требуемую точность самолетовождения.
Несмотря на указанные недостатки, объем полезной информации, получаемой в результате работы программы, в первом режиме весьма велик, так позволяет найти "точку отсчета" - МАКСИМАЛЬНО возможную точность самолетовождения и безопасность полетов выбранного типа ВС по заданному маршруту. Кроме того, этот режим позволяет выявить участки, на которых безопасность полетов не соответствует существующим требованиям, определить зоны действия и рабочие области радиотехнических средств, разработать рекомендации по повышению точности самолетовождения, оценить эффективность установки нового бортового и наземного навигационного и радиолокационного оборудования.
Во втором режиме работы программа позволяет оценить РЕАЛЬНО достижимую точность навигации и безопасность полетов с учетом существующих ограничений и практики самолетовождения. В этом случае навигационные системы делятся на: основные и вспомогательные. К основным относятся курсо-доплеровская система счисления пути, РСБН и бортовая аппаратура, работающая с маяками ВОР/ДМЕ. При полетах по трекам к основным НС добавляются инерциальная система и РСДН. Если основные измерители обеспечивают требуемую точность самолетовождения, то выбор используемой в данной точке маршрута НС производится только из их состава. Коррекция системы счисления пути и ИНС проводится через определенные интервалы, минимальные значения которых задаются в исходных данных. Кроме того, коррекция предусмотрена только в том случае, если она обеспечивает повышение точности автономных навигационных систем. На тех же участках маршрута, где основные навигационные системы не обеспечивают существующих требований к точности самолетовождения, программа переходит в первый режим работы. Объясняется это необходимостью соблюдения требуемой или максимальной точности навигации и безопасности полетов, с привлечением для этого любых возможных средств и методов в рамках концепции комплексного самолетовождения. Таким образом, программа во втором режиме работы позволяет не только оценить реальную точность самолетовождения, но и сформировать оптимальную или близкую к ней технологическую последовательность эксплуатации в полете средств навигации. Использование такой технологии обеспечит требуемую или наивысшую точность самолетовождения и облегчит подготовку к полету и труд экипажа в полете.