Потенциал системы автоматического зависимого наблюдения

Размещено на http://www.allbest.ru/

АННОТАЦИЯ

Цель дипломной работы - раскрыть сущность потенциала системы автоматического зависимого наблюдения, а так же выявление возможных недостатков системы.

Задачи дипломной работы:

- выявление характеристик АЗН, как инструмента управления воздушным движением;

- определение достоинств и недостатков АЗН в системе имеющихся и перспективных систем связи, наблюдения, контроля;

- исследование действующей системы АЗН на примере «Магадан» РЦ ЕС ОрВД,;

- необходимость, обоснованность, условия внедрения АЗН на территории России, как основного средства управления воздушным движением.

В первой главе дипломной работы раскрывается принципы работы и построения системы АЗН, возможности и особенности применения системы зависимого наблюдения для нужд управления воздушным движением. Вторая глава дипломной работы посвящена функциям системы CNS/ATM в «Магадан» РЦ ЕС ОрВД, технологии и особенностям работы диспетчера сектора «Океанический» и контролю полетов с использованием технологии CNS/ATM, а также организации воздушного движения в «Магадан» РЦ ЕС ОрВДВД. В третьей главе дипломной работы будет затронут вопрос о месте системы АЗН с точки зрения безопасности государства в части касающейся обеспечения безопасности воздушного пространства РФ от угроз со стороны целостности системы наблюдения АЗН, ее устойчивость от актов незаконного вмешательства, а так же компоненты системы, подверженные уязвимостям, влекущим нарушения в работе системы.

Дипломная работа содержит:

Количество страниц- 68, количество рисунков-9, количество использованных источников- 43



СОКРАЩЕНИЯ

ACARS- Система бортовой связи, адресования и передачи донесений

ADS-B- Автоматическое зависимое наблюдение- вещательное

ATM- Организация воздушного движения

CNS- Связь, навигация и наблюдение

CPDLC- Система организации линии передачи данных «диспетчер-экипаж ВС» (ДПЛДП)

FMS- Система управления полетами

GNSS- Глобальный навигационные спутниковые системы(ГНСС)

GPS- Спутниковая навигационная система

NAVSTAR- Навигационное определение времени и дальности

NOTAM- Сообщение для экипажей воздушных судов, содержащее информацию о введении в действие, состоянии или изменении любого аэронавигационного оборудования, обслуживания и правил или информацию об опасности, своевременное предупреждение о которых имеет важное значение

PANS-ATM- Организация воздушного движения

RNAV- Зональная навигация

RNР- Радионавигационная точка (РНТ)

SARPS- Стандарты и рекомендуемая практика ИКАО

SESAR- SingleEuropeanSkyATMResearchProgramme

STDMA- Саморегулирующаяся система коллективного пользования с временным разделением сигналов

TDMA- Система коллективного пользования с временным разделением сигналов

АЗН- Автоматическое зависимое наблюдение

АЗН-В- Автоматическое зависимое наблюдение вещательное

АЗН-К- Автоматическое зависимое наблюдение контрактное

АИП- Сборник аэронавигационной информации

АС УВД- Автоматизированная система управления воздушным движением

ВОЛМЕТ- Метеорологическая информация для ВС, находящихся в полете

ВРЛ- Вторичная радиолокация

ВЧ- Высокая частота

ГЛОНАСС- Глобальная навигационная спутниковая система

ЕС ОрВД - Единая система организации воздушного движения

ИАТА- Международная ассоциация авиационного транспорта (ИАТА)

ИКАО- Международная организация гражданской авиации (ICAO)

ИНМАРСАТ- Международная организация морской спутниковой связи

КВ- Короткие волны

КСА- Комплекс средств автоматизации

ЛПД- Линия передачи данных

МВТ- Международная воздушная трасса

МГц- Мегагерц

НТЦ- Научно-технический центр

ПВО- Противовоздушная оборона

ПКС- Потенциально-конфликтная ситуация

ПОД- Пункт обязательного донесения

РГП- Республиканское государственное предприятие

РЛС- Радиолокационная система

РП- Руководитель полетов

РФ- Российская Федерация

РЦ- Районный центр

СКРС- Структурированная кабельная система

СРНС- Спутниковая система навигиции

США- Соединенные штаты Америки

УВД- Управление воздушным движением

УКВ- Ультракоротковолновая

ФСВТ- Федеральная служба воздушного транспорта

ФЦП- Федеральная целевая программ

ЦУП- Центр управления полетами

ЭРТОП- электрорадиотехническое обеспечение полетов



ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ автоматического зависимого наблюдения

1.1 Управление воздушным движением с использованием системы АЗН

1.2 Зарубежный опыт использования АЗН и перспективы развития системы Российской Федерации

1.3 Система широковещательного автоматического зависимого наблюдения (АЗН-В)

1.4 Технология контрактного автоматического зависимого наблюдения в системе FANS

ГЛАВА 2. ПРИМЕНЕНИЕ АЗН В ЦУП РЦЕС ОРВДМАГАДАН

2.1 Характеристики объемов работ в «Магадан» РЦ ЕС ОрВД

2.2 Этапы внедрения АЗН

2.3 Особенности обслуживания воздушного движения в секторе «Океанический» Магадан РЦ ЕС ОРВД

2.4 Недостатки в работе АЗН, выявленные в ходе штатной эксплуатации

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ АЗН С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ НАЦИОНАЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РФ

3.1 Устойчивость систем АЗН к незаконному вмешательству

3.2 Спутниковые радионавигационные системы как ключевой компонент работы автоматического зависимого наблюдения

Выводы и рекомендации

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Тема автоматического зависимого наблюдения является наиболее значимым вопросом перспективного развития систем наблюдения управления воздушным движением по всему авиационному миру. Так, Федеральное управление гражданской авиации США сообщило о намерении полностью перейти к системе автоматического зависимого наблюдения в режиме радиовещания как основного средства наблюдения связи и контроля за воздушным пространством до 2025года, поэтому определяя существующую стратегию о переходе к «Новому поколению» в вопросе организации потоков воздушного транспорта [1], в странах Европы утвержден и действует программа SESAR (SingleEuropeanSkyprogrammeinEurope), имеющая цели внедрения сплошного покрытия автоматического зависимого наблюдения. В Российской Федерации, не смотря на отдельные нормативно-правовые акты [2], Концепцию модернизации и развития ЕС ОрВД РФ [3], в том числе Приказ ФСВТ от 14.10.1999, [4] а так же документы, ратифицированные на международном уровне [5], не существует сформированной стратегии о переходе или замещении традиционных средств радиолокационного контроля на системы АЗН.

Проблематика исследования вопроса внедрения автоматического зависимого наблюдения отличается высоким интересом заинтересованных сторон, за последние годы интерес к данной теме в России значительно увеличился, что обусловлено заинтересованностью как со стороны авиаперевозчиков, осуществляющих полеты через территорию Российской Федерации, так и со стороны специалистов в области авиации - с позиции обновления технической оснащенности отечественной системы управления воздушным движением [6].

Объектом исследования дипломной работы является вопрос изучения системы автоматического зависимого наблюдения в Российской Федерации на примере «Магадан»РЦЕС ОрВД, в настоящее время в его зоне ответственности с успехом функционирует начатый более 15 лет назад проект внедрения современных систем управления воздушным движением, особенности работы комплекса, его достоинства и проблемы при эксплуатации.

Объектом исследования дипломной работы является система автоматического зависимого наблюдения, как основного средства совершенствования, дальнейшего развития систем управления воздушным движением, являясь ядром, элементом целого комплекса средств, мер, изменений, которые должны будут в корне изменить существующую систему управления воздушным движением и выйти на новый уровень качества и безопасности полетов.

Цель дипломной работы - раскрыть сущность потенциала системы автоматического зависимого наблюдения, его роли в переходе к новым стандартам качества обслуживания воздушного движения, а так же обнаружить возможные недостатки системы.

Задачи дипломной работы, обусловлены целью и обеспечивают изучение предмета работы:

- выявление характеристик АЗН, как инструмента управления воздушным движением;

- определение достоинств и недостатков АЗН в системе имеющихся и перспективных систем связи, наблюдения, контроля;

- анализ действующей системы АЗН на примере «Магадан»РЦ ЕС ОрВД, его место в системе управления воздушным движением Российской Федерации, предпосылки реализации проекта, особенности, итоги эксперимента, опытной эксплуатации;

- необходимость, обоснованность, условия внедрения АЗН на территории России, как основного средства управления воздушным движением.

Нормативно-правовое регулирование вопроса использования систем АЗН разрабатывается как на надгосударственном уровне, в международных организациях - путем издания рекомендаций для стран-участниц, так и на государственном уровне - путем публикации документов, обеспечивающих реализацию планов по внедрению систем АЗН, такие планы, в зависимости от государственного финансирования были приняты и успешно выполняются во многих стран.

В первой главе дипломной работы рассматривается принцип работы и построения системы АЗН, возможности и особенности применения системы зависимого наблюдения для нужд управления воздушным движением, описывается принципиальное различие систем АЗН, особенности их применения. Вторая глава дипломной работы посвящена функциям системы CNS/ATM в «Магадан»РЦЕС ОрВД, технологии и особенностям работы диспетчера сектора «Океанический» и контролю полетов с использованием технологии CNS/ATM, а также организации воздушного движения в «Магадан»РЦЕС ОрВД. В третьей главе дипломной работы будет затронут вопрос о месте системы АЗН с точки зрения безопасности государства в части касающейся обеспечения безопасности воздушного пространства РФ от угроз со стороны целостности системы наблюдения АЗН, ее устойчивость от актов незаконного вмешательства, а так же компоненты системы, подверженные уязвимостям, влекущим нарушения в работе системы.



ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ЗАВИСИМОГО НАБЛЮДЕНИЯ

1.1 Управление воздушным движением с использованием системы АЗН

воздушный движение автоматический зависимый

Согласно PANS-ATM, «Автоматическое зависимое наблюдение» (далее АЗН) - это способ обслуживания воздушного движения, в котором ВС предоставляет автоматически, через линии передачи данных, получаемые по средством бортового навигационного оборудования данные, включая идентификатор ВС, его позиционирование в четырех измерениях, а так же дополнительную информацию, если это необходимо. [7]

Ключевая инновационная составляющая будущей системы организации воздушного движения - автоматическое зависимое наблюдение. Каждое воздушное судно определяет с помощью спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS свои точные координаты и вместе с другой необходимой информацией передает их по цифровому каналу в эфир. Любой заинтересованный в этой информации пользователь имеет возможность получить и испоьзовать эту информацию. В отличие от радиолокаторов, которые обеспечивают только диспетчерское наблюдение, АЗН позволяет организовать наблюдение также на борту воздушного судна, открывая тем самым революционные перспективы в области организации воздушного движения. [8]

Понятие автоматического зависимого наблюдения складывается из его составных частей:

Автоматическое - Периодически передаёт информацию без необходимости привлекать пилота или диспетчера;

Зависимое - Местоположение и вектор скорости рассчитаны по СРНС, а так же с привлечением данных инерциальной системы ВС;

Наблюдение - метод определения координат ВС, скорости или других параметров, а так же привязка этих данных к статичным данным рейса, таким как регистрационный номер, количество человек на борту и прочее.

Согласно действующего законодательства Российской Федерации, нет единого понятия автоматического зависимого наблюдения, однако, есть определение понятия «Радиовещательное автоматическое зависимое наблюдение (АЗН-В)» - вид наблюдения, при котором воздушные суда, аэродромные транспортные средства и другие объекты могут автоматически передавать и/или принимать такую информацию, как опознавательный индекс, данные о местоположении и, при необходимости, дополнительные данные, используя радиовещательный режим линии передачи данных. И "Контрактное автоматическое зависимое наблюдение (АЗН-К)» - вид наблюдения, при котором осуществляется обмен условиями соглашения АЗН-К между наземной системой и воздушным судном (по линии передачи данных) и оговариваются условия, в которых будет инициироваться передача донесений АЗН-К, и данные, которые будут содержаться в этих донесениях. Таким образом, законодатель определяет только часть понятия в федеральных авиационных правилах.[9] Помимо этого, в Российской Федерации при всей заинтересованности, не существует единой стратегии развития автоматического зависимого наблюдения как средства ОВД, не смотря на отдельные ведомственные нормативные правовые акты, принятые, но не выполненные.

Согласно Doc. 9750 ICAO [7], формируется стратегия создания единой системы АЗН силами заинтересованных странам, а именно: «Дальнейшее внедрение усовершенствованных средств наблюдения (АЗН-К или АЗН-В) позволит … повысить уровень безопасности полетов, увеличит пропускную способность и повысить эффективность полетов на рентабельной основе. Эти выгоды могут быть обеспечены за счет введения наблюдения в тех районах, где отсутствуют первичные или вторичные радиолокаторы ... в районах с высокой плотностью воздушного движения повысит качество информации наблюдения как на земле, так и в воздухе, что приведет к повышению уровня безопасности полетов. Внедрение ряда электронных данных о местности и препятствиях гарантированного качества, необходимых для обеспечения работы систем предупреждения о близости земли с функцией оценки рельефа местности в направлении полета, а также системы предупреждения о минимальной безопасной высоте в значительной степени будут способствовать повышению уровня безопасности полетов».

Таким образом, система АЗН оценивается международными экспертами как средство повышения безопасности полетов путем внедрения технологических новшеств в наземную и бортовую аппаратуру, что призвано обеспечить развитие аэронавигации в целом.

Рассмотрим основные принципы работы АЗН, ее практическую роль в осуществлении аэронавигационного обслуживания воздушных судов. В недавнем прошлом диспетчеру, имеющему в своем распоряжении современный локатор, положение ВС зачастую было известно точнее чей экипажу. Сложившееся таким образом положение радикально изменилось с ввод в эксплуатацию спутниковых радионавигационных систем (СРНС), таких как NAVSTAR и ГЛОНАСС. При установке на ВС навигационной приемника такой системы у экипажа появляется возможность определять собственное местоположение с точностью 30 м каждую секунду, а при наличии вблизи ВС станции дифференциальных поправок эта точность может быть значительно повышена. Кроме того, при интеграции (комплексировании) GNSS приемника с бортовым навигационным комплексом появляется возможность повышения надежности местоопределения за счет сопряжения его с инерциальной системой навигации. В этом случае при получении очередного отсчета координат вычисляется его отклонение от данных инерциальной системы. Если оно находится в пределах допустимой погрешности, то начало отсчета инерциальной системы устанавливается по данным спутникового приемника.

Таким образом, с появлением СРНС положение ВС стало лучше определяться его бортовым навигационным комплексом, чем наземными средствами наблюдения, которыми располагает диспетчер. В связи с этим появилась идея передавать данные о местоположении с борта ВС на землю, снабдив тем самым авиадиспетчера высокоточной и оперативной информацией о воздушной обстановке. Такая трансляция возможна только по линиям цифровой радиосвязи. [10 - 4.1]

В свою очередь, при успешной организации надежного и устойчивого канала такой связи в процессе УВД появляется ряд принципиально новых возможностей. В частности, его можно использовать не только для трансляции координат но и для безголосового обмена другой информацией, необходимой как авиа диспетчеру, так и экипажу ВС. Это могут быть связь диспетчера с экипажем для обеспечения УВД или даже прямое управление бортовым оборудованием ВС метеоинформация, оперативная связь с авиакомпании или дифференциальные поправки от базовой станции СРНС для увеличения точности местоопределения, что особенно актуально на этапе посадки. [11 - 186]

Так было признано, что автоматическое зависимое наблюдение как метод наблюдения, при котором ВС автоматически по цифровой линии передачи данных (ЛПД) предоставляет пользователям информацию от своих боровых систем. является чрезвычайно перспективным средством УВД и альтернативой вторичной радиолокации. При этом логика работы ЛПД может быть широковещательной, так и основанной на принципе подписки, или контракта.

К настоящему времени существуют системы АЗН двух основных типов:

· АЗН-К контрактного типа (ADS-C, где С - первая буква слова contract);

· АЗН-В широковещательного типа (ADS-B, где В - первая буква словаbroadcast). (рис.1)



Рис. 1. Аппаратура АЗН: а - бортовой транспондер АЗН-В; б - базовая станция АЗН-В

При контрактном АЗН автоматическая передача данных с борта ВС начинается после того, как орган УВД или другое ВС заключили контракт на получение этих данных. При этом посылки являются адресными, то есть доступными только пользователю или группе пользователей, подписавшихся на их получение. Содержимое и частота посылок определяются контрактом. Напротив, при широковещательном АЗН, ВС осуществляет периодическую (до 1 сообщения в секунду) рассылку своих данных по ЛПД широковещательного типа (без установления контракта). При этом рассылаемые данные доступны для всех заинтересованных пользователей.

Еще до появления стандартов ICAO в США была сделана попытка реализации контрактного АЗН, в результате чего появились комплекты бортового оборудования FANS-1 и FANS-A, которые устанавливались на ВС таких авиакомпаний, как American Airlines, японская JAL, австралийская Quantas и др. Отметим совпадение названий системы FANS и одноименного комитета ICAO. Деятельность по внедрению системы FANS в России началась с установки в РГП «Магаданаэроконтроль» оборудования FANS фирмы ARINC. Однако система FANS оказалось несовместима с появившимися позднее стандартами (SARPs) ICAO контрактного АЗН на основе сети авиационной электросвязи (ATN).

Настойчивые попытки компании-разработчика FANS добиться совместимости этой системы с ATN не дали результата, и FANS-1/A из-за своих низких системных характеристик оказалась за рамками международного стандарта. Поэтому ICAO определила, что подобные промежуточные системы могут использоваться для наблюдения только в океанических и малонаселенных районах.

С точки зрения АС УВД, базовая станция АЗН является всего лишь источником вторичной информации, подобным аппаратно-программным комплексам первичной обработки информации. Однако есть ряд тонкостей, которые усложняют включение АЗН в комплекс средств УВД и требуют от разработчиков АС УВД дополнительных усилий. [12 - 69]

Процедуры траекторной обработки, которые строят траекторию по дискретным отсчетам координат цели, обычно существенно привязаны к периоду обзора локатора, поставляющего координаты. Точность координатной информации от АЗН такова, что за время между мостом вычисления координат GNSS - приемником на борту ВС и моментом доставки их на сервер АС УВД широта и долгота меняются существенно по сравнению со своей погрешностью. Поэтому полагать период обновления координат средним постоянным нельзя, и траекторная обработка должна уметь строить траекторию по неравномерному ряду координат (неравномерной сетке замеров). [11 - 187]

В настоящее время ВС выдерживают заданный эшелон, пользуясь барометрическим высотомером. При попадании в зону высокого или низкого давления, его показания меняются, однако эти изменения одинаковы у всех близких бортов. Поэтому этот фактор не приводит к конфликтам ВС. Напротив, спутниковый навигационный приемник определяет геометрическую высоту над земным эллипсоидом, которая не зависит от атмосферного давления. Поэтому ситуация, когда часть ВС летит по изобаре, а часть - по поверхности эллипсоида, потенциально чревата необходимостью увеличивать интервалы эшелонирования на величину разности между барометрической и геометрической высотой, что нежелательно. Для решения этой проблемы предлагается временно использовать широту и долготу от GNSS - приемника, а высоту - от барометрического высотомера

Известной проблемой мультирадарной обработки является то, что при использовании наклонной дальности координаты одной и той же цели от разных локаторов не совпадают, причем несовпадение тем больше, чем ближе цель к одному из локаторов. Учет этой погрешности возможен только при наличии данных о высоте. С включением в мультирадарную обработку данных АЗН эта проблема лишь усугубляется высокой точностью координатных отсчетов, что не позволяет пренебречь разностью между наклонной и проекционной дальностью без потери точности.

Следует подчеркнуть важность реализации на базе АЗН функций обнаружения потенциально-конфликтных ситуаций и разрешения конфликтных ситуаций, использующих эффективные методы и алгоритмы. Использование широких возможностей, предоставляемых системами АЗН в рамках стратегии CNS/ATM, сопровождается изменением ролей и ответственности как пользователей воздушного пространства, так и органов, обеспечивающих его использование. При широком внедрении АЗН следует ожидать и существенных изменений технологии УВД. [13]

Важно так же придать развитию систем автоматического зависимого наблюдения статус государственной программы, либо единой стратегии развития средств аэронавигации, так как данный вопрос, находясь за пределами правового поля не может иметь дальнейшего развития ввиду отсутствия оценки его эффективности и практических сроков внедрения оборудования и технологий работы с ним.

1.2 Зарубежный опыт использования АЗН и перспективы развития системы Российской Федерации

По рекомендациям ICAO, основные работы по планированию систем АЗН осуществляются в группах регионального планирования. В США АЗН-В придан статус основного метода наблюдения в континентальном воздушном пространстве в 2010 году. [14] При этом предполагается, что воздушные суда, входящие в воздушное пространство США с океанических маршрутов, будут переходить с контрактного на радиовещательное АЗН. Европейская же стратегиявключает ряд концептуальных положений, реализация которых возможна только на базе АЗН-В [15]. А именно, на первом этапе, т. е. до 2005 г., предполагалось:

- внедрение в практику производство полетов по свободным маршрутам;

- совершенствование управления наземным движением в аэропортах.

На втором этапе (2005-2010 гг.):

- совершенствование прогнозирования конфликтных ситуаций и планирования траекторий за счет возможностей, предоставляемых ЛПД;

- комплексное управление вылетами и прилетами ВС;

- дальнейшее улучшение управления наземным движением;

- расширение районов и практики производства полетов по свободным маршрутам;

- частичная передача ответственности за эшелонирование с земли на борт.

На третьем этапе (2010-2015 гг. и далее):

- планирование и выполнение полетов от перрона до перрона;

- широкое использование автономного производства полетов ВС с передачей ответственности за эшелонирование на борт.

Программа этих преобразований нашла свое место и успешно реализуется, выполняя план преобразований в соответствии с графиком.

Реализация первого этапа стратегии началась с модернизации североевропейской сети NEAN [16] с заменой прототипов транспондеров на сертифицированные по SARPsICAO транспондеры УКВ ЛПД режима 4. Далее, к 2004 г., развернута сеть АЗН-В в южной части Европы в рамках проекта MEDUP [17]. Устанавливаемые базовые станции АЗН-В обеспечивают радиовещательную трансляцию на борт информации о воздушной обстановке, дифференциальных поправок и параметров целостности сигнала навигационных спутников, карт погоды, а также информации NOTAM (данные об изменениях в состоянии аэронавигационного оборудования, правилах полетов и другие существенные для навигации сведения).

Внедрение АЗН в России представляется особенно перспективным в свете старения парка традиционных средств наблюдения. По данным ГосНИИ «Аэронавигация» и Госкорпорации по ОВД РФ, на продленном ресурсе работает более 45 % технических средств УВД, навигации, посадки и связи, при этом средняя выработка их технического ресурса составляет 70 %. [18]

Поэтому недорогая, но значительно более функциональная аппаратура АЗН является выгодным кандидатом на замену устаревших вторичных РЛС. [19 - 16] Кроме обновления, требуется и повышение эффективности существующих средств наблюдения за воздушной обстановкой. В первую очередь это относится к районам прохождения международных воздушных трасс в районах Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока на отдельных участках МВТ разрывы в радиолокационном поле достигают 500 км. ВРЛ также отсутствуют. При неразвитой наземной инфраструктуре в этих районах очевидным решением является АЗН как вещательное, позволяющее пилотам видеть друг друга так и контрактное, доставляющее диспетчеру координатную информацию о бортах по каналам спутниковой связи.

Характерной чертой аппаратуры АЗН, предназначенной для используемой в России, должна быть способность GNSS-приемника работать по двум системам: NAVSTAR и ГЛОНАСС. Предполагается, что разработкой и производством этой аппаратуры будут заниматься именно отечественные предприятия. При этом приоритет отдается радиовещательному АЗН как универсальному методу наблюдения и на земле, и на борту. Аппаратуру контрактного АЗН, в том числе промежуточные системы типа FANS-1/А, также предполагается использовать, но только в океанических и малонаселенных районах. При входе в континентальное воздушное пространство ВС будет переходить на режим АЗН-В. [20]

Таким образом, Российская Федерация, имея в настоящее время существенное отставание в техническом оснащении органов управления воздушным движением, может совершить большой скачок в своем развитии, используя зарубежный опыт внедрения систем АЗН, а так же невысокую соотносимую стоимость внедрения оборудования CNS/ATM. Важно в этом вопросе отдавать предпочтение отечественным разработчикам оборудования, для того, чтобы улучшение технического оснащения центров ОВД так же оказывало положительное влияние на развитие экономики страны, а не являлось приобретением зарубежных систем в ущерб национальным интересам России.

1.3 Система широковещательного автоматического зависимого наблюдения (АЗН-В)

«Радиовещательное автоматическое зависимое наблюдение (ADS-B)» -вид наблюдения, при котором воздушные суда, аэродромные транспортные средства и другие объекты могут автоматически передавать и/или принимать такую информацию, как опознавательный индекс, данные о местоположении и, при необходимости, дополнительные данные, используя радиовещательный режим линии передачи данных. [7]

По сути, АЗН-В - это технологическое решение, которое способно автоматически определять точные координаты воздушного судна и затем транслировать их в эфир вместе с другими данными о полете -- как в наземные центры диспетчерам, так и другим самолетам.

Для определения точных координат объекта используется приемник GPS/ГЛОНАСС. Остальные данные -- тип ВС, скорость, номер ВС, рейс, курс, вертикальная скорость -- собираются с бортовых сенсоров и приборов, таких как система управления полетом (FMS), инерциальная система отсчета (IRS), навигационная система определения курса и углового пространственного положения (Attitude and Heading Reference System -- AHRS) и система воздушных данных (ADS), комбинируются и затем передаются по каналам АЗН-В примерно раз в секунду. [21]

Эта информация передается либо через модифицированный транспондер режима С ADS-B, так называемый Mode S 1090ES, вещающий на частоте 1090 МГц, либо через универсальный приемоответчик, так называемый UAT (Universal Access Transceiver), вещающий на частоте 978 МГц. Радиус распространения информации на обеих частотах по спецификациям равен примерно 200 морских миль.

По отношению к технологии АЗН-К, являющейся фактически обобщением метода вторичной локации по принципу запрос-ответ, вещательное АЗН представляет собой следующий шаг автоматизации наблюдения. А именно, ключевой особенностью АЗН-В является способность работать без сложной наземной инфраструктуры. [11 - 189]

Транспондер АЗН-В представляет собой устройство, содержащее GNSS-приемник, цифровой УКВ приемопередатчик (радиомодем) и контроллер, связывающий эти устройства. Все приемопередатчики настроены на одну частоту, то есть ВС, оснащенные АЗН-В и находящиеся на расстоянии прямой видимости друг от друга, можно считать связанными одним цифровым радиоканалом. Каждый из них, прослушивая этот канал, получает координатную информацию о других ВС, находящихся в зоне радиовидимости, а также транслирует в него информацию о себе. В итоге выполняется принцип «все видят всех», и диспетчер УВД в этом смысле ничем не выделен по отношению к пилотам ВС.

При реализации такого канала основной проблемой является организация разделения доступа, т. е. необходимо добиться того, чтобы посылки от разных ВС при прослушивании можно было разделить. В АЗН-В с УКВ ЛПД режима 4 выбран временной способ разделения доступа. Основным мотивом такого решения послужил тот факт, что в состав транспондера входит GNSS-приемник, используя который все потребители канала могут получить привязку к единой шкале времени с точностью порядка 100 мкс. Таким образом, общая структура УКВ ЛПД режима 4 выглядит так: шкала времени GNSS делится на кванты, или слоты, равной длины. При этом длина кванта достаточна не только для трансляции координатного сообщения, но и для передачи дополнительной информации. Прослушивая эфир, каждый транспондер определяет слоты, которые он может занять, не конфликтуя с интересами других пользователей канала. После этого в выбранных слотах начинается трансляция координат. В отличие от стандартного протокола временного разделения доступа (TDMA), этот протокол является самоорганизующимся (STDMA), т. е. не требующим дополнительной организации слотов базовой станцией. [22]

Для работы АЗН-В по всему миру выделяются два глобальных канала. Транспондеры АЗН-В ведут независимую трансляцию на этих каналах с одним и тем же периодом и сдвигом посылок в одном канале относительно другого примерно на половину периода, с тем чтобы обеспечить равномерность получения информации по двум каналам совместно. В сильно загруженных аэропортах планируется выделять еще два или более локальных каналов. Таким образом, каждый транспондер должен иметь не менее четырех независимых приемопередатчиков.

Отметим, что система АЗН-В является значительно более распределенной, чем АЗН-К. При контрактном режиме работы ЛПД централизованно управляется базовой станцией, которая своими запросами инициирует посылки информации от ВС и тем самым полностью их контролирует. При вещательном режиме подобная централизация отсутствует, а базовая станция в простейшем варианте представляет собой такой же транспондер, как и на ВС, и является не диспетчером канала связи, но всего лишь наблюдателем. Это позволяет системе сохранять работоспособность при отказе наземных средств.

Таким образом, технология АЗН-В является наиболее перспективным средством обслуживания воздушного движения. Ее характеристики оставляют далеко позади существующие возможности по организации потоков воздушного движения. Переход к АЗН-В планомерно внедряется в наиболее развитых странах и существенно упрощает существующие процедуры, а так же снимает часть нагрузки с диспетчера.

1.4 Технология контрактного автоматического зависимого наблюдения в системе FANS

«Контрактное автоматическое зависимое наблюдение (ADS-С)» - вид наблюдения, при котором осуществляется обмен условиями соглашения ADS-С между наземной системой и воздушным судном (по линии передачи данных) и оговариваются условия, в которых будет инициироваться передача донесений ADS-С, и данные, которые будут содержаться в этих донесениях. [7]

Технология АЗН-К является самым простым по структуре вариантом автоматического зависимого наблюдения и представляет собой, по сути дела, обобщение принципа вторичной радиолокации. Классический вторичный локатор постоянно посылает запросы о бортовом номере, высоте и других параметрах, бортовой трансивер ВС, приняв такой запрос, посыпает затребованную информацию. Таким образом, вторичный локатор связан с ВС по низко-скоростной цифровой ЛПД, организованной по принципу запрос-ответ. Предположим, что передающая антенна локатора ненаправленная. В этом случае широковещательный запрос вызвал бы поток ответов от всех ВС, находящихся в зоне видимости, транслированных одновременно на одной и той же частоте. Декодировать эти ответы было бы невозможно из-за их наложения. Поэтому такой локатор должен посылать бортам не широковещательные, а адресные запросы, чтобы не допустить наложения ответов. Именно на этом принципе базируется технология АЗН-К. При этом она не требует, чтобы канал связи ВС-земля обязательно строился на основе УКВ ЛПД. Это может быть, например. канал цифровой спутниковой связи. Таким образом, АЗН-К можно рассматривать как средство вторичной радиолокации с расширенным набором функций, работающее с каждым ВС индивидуально. [23]

Правда, в отличие от вторичного радиолокатора, период обновления информации не постоянен, при передаче данных возможны значительные задержки (до нескольких минут).

Рассмотрим технологию АЗН-К на примере системы FANS, такая система в настоящее время эксплуатируется в «Магадан» РЦ ЕС ОрВД. Изначально эта система создавалась для обеспечения авиакомпаний связью с принадлежащими им ВС, то есть не для целей УВД. Основным компонентом системы FANS является глобальная компьютерная сеть, предназначенная для сбора информации о ВС, рассылки этой информации по потребителям. И трансляции сообщений с борта ВС на землю и обратно. Для связи с эта система сопрягается со станциями УКВ ЛПД, способными работать с ВС находящимися в зоне радиовидимости, а также со спутниковыми каналами, дальность действия которых значительно выше. С другой стороны, потребитель через шлюз соединяется с этой сетью и получает от нее ту информацию, на которую подписан. Таким образом, прямая связь потребителя через базовую станцию УКВ ЛПД с ВС в системе FANS не предусмотрена. Образно говоря, все контракты на получение информации и обмен сообщениями осуществляются той системе через посредников, каковыми являются серверы компьютерной сети FANS. Это вполне логичная структура с коммерческой точки зрения, поскольку позволяет удобно организовать тарификацию. Поэтому, весь обмен сообщениями идет через серверы, где может быть точно учтено количество информации, полученной шлюзом конкретной авиакомпании, и с этой авиакомпании взыскана соответствующая плата за пользование системой FANS.[24]

Идея использовать систему FANS как источник информации для УВД выявила как достоинства, так и недостатки такой схемы. К несомненным достоинствам следует отнести то, что быстродействие канала связи с бортом ВС для нее не является критическим. Это дает возможность использовать для этой цели не только УКВ, но и низкоскоростные каналы, такие как KB и спутниковая связь. Эту возможность трудно переоценить при решении задачи наблюдения в океанических и малонаселенных районах, где отсутствует сеть станций УКВ ЛПД Для организации крупных центров УВД удобно также наличие глобальной компьютерной сети, в которой имеется информация о всех бортах, находящихся на сопровождении системы FANS. В результате размер зоны управления данного центра УВД не ограничивается зоной радиовидимости. Оборотной же стороной этой медали является слишком опосредованная связь диспетчера с ВС. Для УВД, в отличие от связи авиакомпаний, превалирующим критерием является обеспечение безопасности движения, а не удобство финансовых взаиморасчетов. Поэтому внесение в канал связи диспетчер-пилот задержек, неизбежных при прохождении пакета через множество каналов и узлов глобальной компьютерной сети, представляется нежелательным, поскольку при возникновении конфликта ситуация меняется буквально по секундам, и неоперативность канала связи может стать непосредственной причиной катастрофы.

Существуют три вида контрактов, которые могут заключаться как диспетчером, так и пилотом, с борта воздушного судна:

- периодические - диспетчер имеет возможность задавать или изменять параметры обновления контрактов по необходимости (более частые обновления необходимы в загруженных зонах);

- ситуационные контракты - контракт обновляется в случае изменений вертикальной скорости, отклонений от маршрута или по высоте;

- контракт по запросу - внеочередной запрос контракта по инициативе диспетчера, не влияет на имеющуюся частоту обновления контрактов.

Рассмотрим предполагаемую схему оснащения центра УВД системой FANS. В центре должен стоять только шлюз компьютерной сети FANS. Шлюз является мультиплексором потока сообщений между системой и центром УВД. Также он содержит средства записи и воспроизведения потока и системный менеджер - программу контроля состояния шлюза и настройки его рабочей конфигурации.

На рабочем месте диспетчера УВД устанавливается специальная программа отображения воздушной обстановки. Она сопрягается со шлюзом и обеспечивает автоматизацию управления контрактами путем их автоматической установки или отмены. Цикл работы этой программы с бортом начинается, когда от ВС поступает запрос на подключение. Если ВС находится в зоне ответственности данного диспетчера, то программное обеспечение его рабочего места устанавливает контракт на получение координатной информации от данного ВС с частотой, заданной в настройках рабочего места. Когда ВС покидает зону ответственности, то контракт разрывается. При необходимости вести наблюдение за ВС, находящимся за пределами зоны управления, контракт следует установить, а по окончании наблюдения разорвать вручную. Вся получаемая по этим контрактам координатная информация отображается на дисплее рабочего места.

Кроме доставки координатной информации, предоставляется услуга безголосовой связи пилот-диспетчер (CPDLC). Эта система является конечным устройством, также подключаемым к шлюзу в качестве клиента. Ее функцией является предоставление диспетчеру средств создания, передачи и приема стандартных формализованных сообщений. Диспетчер имеет возможность просмотреть предысторию сообщений по сопровождаемым ВС, создать новое сообщение, используя стандартные формы, контролировать ответы ВС, а также устанавливать и отменять контракты на автоматическое получение той или иной информации. Дисплей CPDLC содержит окно со списком ВС, находящихся на обслуживании, ожидающих обслуживания, предыстории сообщений по определенному ВС, а также область окна для подготовки сообщения. Кроме того, дисплей содержит кнопки-функции, ассоциированные с перечнем стандартных, элементарных сообщений. Диспетчер-оператор CPDLC может также управлять контрактами АЗН и контролировать состояние линий связи.

Все формализованные сообщения сгруппированы по категориям, таким как «набрать высоту», «сбросить высоту», «изменить маршрут» и другие. После выбора категории выбирается конкретное сообщение, Например, категория крейсерского эшелона содержит следующие сообщения:

- Следовать на эшелоне <эшелон>

- Набрать эшелон <высота>

- Занять эшелон выше <высота>.

Выбрав сообщение, диспетчер вводит если необходимо, его параметры (в вышеприведенном примере параметры указаны в квадратных скобках) и отправляет сообщение. Существует категория аварийных сообщений которые отправляются с наивысшим приоритетом. Возможна также отправка сообщений свободного текса, не относящегося к стандартным.[25]

Таким образом, применение АЗН-К в РЦ Магадан является удачным опытом внедрения технологии, которая уже используется в подобном регионе с точки зрения УВД - кроссатлантические воздушные трассы из Европы в США. Так как маршруты там проходят не по воздушным трассам, а по трекам, диспетчеру особенно важно получать актуальные данные по докладам экипажей, наиболее оперативной и качественной информацией является информация АЗН-К, передаваемая по каналу CPDLC. Поэтому, успешность технологии, доказанная за рубежом, опыт эксплуатации АЗН-К в России позволяет сделать вывод о положительных результатах данной системы и о необходимости ее дальнейшего внедрения в отдельных зонах ответственности УВД.



ГЛАВА 2. ПРИМЕНЕНИЕ АЗН В ЦУП РЦЕС ОРВД МАГАДАН

Внедрение технологии CNS/ATM в Северо-Восточном регионе России не дань моде, а осознанная необходимость обеспечить высокий уровень безопасности полетов при ОВД. С начала 90-х годов наметилась устойчивая тенденция роста интенсивности полетов воздушных судов иностранных авиакомпаний через воздушное пространство Северо-Востока России.

Было очевидно,что для надежного обеспечения этих полетов необходимо принимать меры по улучшению радиотехнического оснащения. Для реализации поставленной задачи необходимо было учесть особенности региона, и исходя из этих особенностей было принято решение, что только спутниковые технологии могут эффективно дополнить, где-то и заменить традиционные средства РТОП. С 1995 года филиал «Аэронавигация Северо-Востока» (в 1995 г. ГРП «Магаданаэроконтроль») приступил к внедрению технологии CNS/ATM, в частности, связи «диспетчер-пилот» по линии передачи данных (CPDLC) и автоматического зависимого наблюдения.

Безопасность и эффективность полетов воздушных судов обеспечивается системами организации воздушного движения. Составными частями этих систем, выполняющими основные функции, являются связь, навигация, наблюдение.

Связь осуществляет обмен информацией между воздушными судами и наземными службами. Системы навигации предназначены для обеспечения воздушных судов необходимой информацией о местоположении судна. Системы наблюдения обеспечивают наземные службы, в частности диспетчеров УВД необходимой информацией о местоположении воздушных судов, находящихся в зоне их ответственности. IСАО рассматривает связь, навигацию и наблюдение как основные функции для обеспечения систем организации воздушного движения.

В современной интерпретации, глобальная система с функциями связи, навигации, наблюдения, организации воздушного движения определяется как система CNS/АТМ.

Специальный Комитет ИКАО по перспективным разработкам в области аэронавигации, FANS, изучив существующие системы с функциями CNS/АТМ, пришел к выводу, что радионавигационные системы рубежа ХХ-ХХІ века могут преодолеть ограничения существующих систем только с использованием принципиально новых концепций и систем CNS, а единственным оптимальным вариантом, на базе которого могут быть реализованы новые системы, являются спутниковые технологии. Концепция FANS, получившая название «Системы CNS/АТМ» есть сочетание спутниковых технологий и систем прямой видимости, в совокупности обеспечивающих оптимальные характеристики аэронавигационного обеспечения с технической и экономической точки зрения.

Принципиальными особенностями системы АТМ являются следующие:

1.Вместо разделения на обособленные наземные и бортовые функции АТМ, функции и процедуры для производства полетов будут цельной функциональной частью системы АТМ. Отсюда следует, что бортовую и наземную аппаратуру нужно рассматривать как единое целое и взаимно увязывать их характеристики в соответствии с требуемыми навигационными характеристиками RNР.

2. К новым основным требованиям, предъявляемым к элементам системы АТМ следует отнести:

- в связи - применение высокоскоростных линий передачи данных со специальным видом модуляции;

- в навигации - широкое применение глобальной системы спутниковой навигации GNSS для всех стадий полета, с целью осуществления главного экономического преимущества системы CNS/АТМ, а именно, вывода из эксплуатации материалоемкой части существующей навигационной системы;

- в наблюдении - оптимизация РЛС и автоматизированного зависимого наблюдения по критериям оптимальной пропускной способности;

- в планировании инфраструктуры: организация воздушного пространства (АTМ) будет ориентирована на внедрение требуемых навигационных характеристик (RNP) методов зональной навигации (RNAV), в том числе и методами моделирования;

- в производстве полетов: главная ориентация на оценку эффективности полетов с учетом всех этапов, т.е. от «перрона до перрона»;

- в использовании воздушного пространства - гибкое, скоординированное, а не регламентируемое использование воздушного пространства с учетом всех пользователей, включая военных;

- в планировании полетов - внедрение и применение интерактивных и автоматизированных средств;

- в обслуживании воздушного движения (ОВД) - унификация систем обработки данных с целью последующей интеграции в региональные и глобальные сети;

- в организации потока воздушного движения (ОПВД): внедрение методов многопараметрического моделирования с использованием комплексных баз данных и бортовых автоматизированных систем управления полетами.

Преимущества технологии CNS/ATM по сравнению с традиционными методами УВД очевидны, возможности комплекса остались на прежнем уровне, в сравнении с периодом демонстрационных полетов.

ОВД в районе ответственности «Магадан» РЦ ЕС ОрВД (океанический сектор) с применением технологии CNS/ATM отвечает требованиям безопасности полетов. Применение технологии CNS/ATM на кроссполярных международных воздушных трассах существенно компенсирует недостатки традиционных методов УВД в северных широтах.

Несомненно, что технология CNS/ATM имеет неоспоримые преимущества перед традиционными методами УВД, особенно в тех районах, где обширные территориальные пространства относительно слабо оснащены навигационными средствами. За время внедрения в штатную эксплуатацию и дальнейшего использования комплекса был накоплен значительный опыт в применении новых технологий в области ОВД. А в Российской Федерации, этот опыт уникальный. [26]

2.1 Характеристики объемов работ в «Магадан» РЦ ЕС ОрВД

Сравнительные данные о количестве обслуженных отечественных пользователей в зонах и районах ответственности службы движения ЦУП филиала «Аэронавигация Северо-Востока» в период с 2001 по 2013 приведены диаграмме (рис. 2)

Рис. 2. Диаграмма интенсивности полетов Российских пользователей

Сравнительные данные о количестве обслуженных иностранных пользователей в зонах и районах ответственности службы движения ЦУП филиала «Аэронавигация Северо-Востока» в период с 2001 по 2013 приведены в диаграмме (рис. 3)



Рис. 3. Интенсивность полетов иностранных пользователей

Сравнительные данные о количестве обслуженных иностранных и отечественных пользователей в зонах и районах ответственности службы движения ЦУП филиала «Аэронавигация Северо-Востока» в период с 2001 по 2013 приведены в диаграмме (рис. 4)

Рис. 4. Общая интенсивность полетов



Сравнительные данные о количестве обслуженных воздушных судов сектором «Океанический»(CNS/ATM) филиала «Аэронавигация Северо-Востока» в период с 2001 по2013 приведены в диаграмме (рис. 5).

Рис. 5. Интенсивность полетов «Океанический» сектор

Изменение интенсивности Российских пользователей воздушного пространства в зонах и районах ответственности службы движения ЦУП филлиала «Аэронавигация Северо-Востока» в период с 2001 по 2013 год показана в диаграмме (рис.6).



Рис. 6. Изменение интенсивности Российских пользователей

Изменение интенсивности иностранных пользователей воздушного пространства в зонах и районах ответственности службы движения ЦУП филлиала «Аэронавигация Северо-Востока» в период с 2001 по 2013год показана в диаграмме (рис.7).

Рис. 7. Изменение интенсивности иностранных пользователей

Изменение общей интенсивности пользователей воздушного пространства в зонах и районах ответственности службы движения ЦУП филлиала «Аэронавигация Северо-Востока» в период с 2001 по 2013год показана в диаграмме (рис.8).

Рис. 8. Изменение общей интенсивности полетов

Изменение интенсивности пользователей воздушного пространства в зоне ответственности «Океанического» сектора ЦУП филиала «Аэронавигация Северо-Востока» в период с 2001 по 2013 год показана в диаграмме (рис. 9).



Рис. 9. Изменение интенсивности пользователей «Океанический» сектор

Проанализировав данные предложенных выше диаграмм, которые показывают интенсивность полетов и ее изменения в зонах и районах ответственности службы движения ЦУП филиала «Аэронавигация Северо-Востока» в период с 2001 по 2011 года можно сделать следующие выводы:

Интенсивность иностранных пользователей в период с 2001 по 2008 росла. В 2009 году произошел небольшой спад интенсивности иностранных пользователей. В 2010 произошел резкий спад интенсивности иностранных пользователей. Могу предположить, что это связано с последствиями мирового финансового кризиса, который к сожалению коснулся и авиации. А в 2011 году интенсивность снова выросла и почти достигла показателя интенсивности 2009 года.

Что касается Российских пользователей, то можно сказать,что сильное увеличение интенсивности было отмечено в 2006 году, а сильный спад интенсивности в 2010 году. Несколько слов об интенсивности в «Океаническом» секторе. В период с 2001 по 2009 года наблюдался рост количества обслуженных воздушных судов «Океаническим» сектором.

В зонах и районах ответственности службы движения ЦУП филиала «Аэронавигация Северо-Востока» в 2010 году в сравнении с 2009 годом, общее количество обслуженных пользователей снизилось. Как известно количество полетов в мире резко сократилось, так как мировая экономика переживала времена нестабильности и упадка. Но когда мировая экономика преодолела последствия финансового кризиса количество пользователей снова возрасло. По итогам 2011 года количество обслуженных ВС сектором «Океанический» Магаданского ЦУП приблизилось к значению 2009 года, что означает значительный рост интенсивности по отношению к 2010 году.

2.2 Этапы внедрения АЗН

Вопрос внедрения АЗН на Северо-Востоке России следует начинать с общей ситуацией по данному вопросу в стране, так, введение в эксплуатацию оборудования АЗН имеет некоторую историю, связанную с комплексными проблемами авиации, тормозящими техническое обновление средств управления воздушным движением.

Внедрение АЗН предполагается выполнять поэтапно, что позволяет минимизировать технические и экономические риски. «С целью придания процессу внедрения АЗН в Российской Федерации эволюционного и при этом динамичного характера реализация необходимых мероприятий планируется в три этапа, охватывающих период с 2009 по 2020 годы».[27]

На первом этапе (2009-2011 годы) планировалась реализация так называемых пилотных проектов. Задачами пилотных проектов являются: