Комплекс управления и контроля за самолетовождением на местных воздушных линиях на основе современных технологий

Авторы патента:

Полезная модель относится к авиационной технике и может найти применение при создании пилотажно-навигационного оборудования самолетов местных воздушных линий, вертолетов и служб управления воздушным движением для выполнения высокоточных полетов на режимах маршрута, предпосадочного маневрирования и захода на посадку на малооборудованные аэродромы и спецплощадки в условиях метеоминимума I и II категорий с использованием технологий спутниковых навигационных систем, режимов и функций перспективной глобальной аэронавигационной системы обеспечения связи, навигации, наблюдения и организации воздушного движения. Комплекс управления и контроля за самолетовождением состоит из аппаратуры отечественной разработки и содержит бортовую многофункциональную систему самолетовождения, спутниковый приемник, систему приема и преобразования дифференциальных и посадочных данных, систему датчиков самолетных параметров, органы управления рулями, наземную дифференциальную локальную контрольно-корректирующую станцию с линией передачи данных, бортовой и наземный радиомодемы и самолетный ответчик управления воздушным движением с автоматизированным рабочим местом диспетчера режима автоматического зависимого наблюдения в мобильном центре управления, наземные станцию расширенного сообщения и вторичный обзорный радиолокатор, систему речевой связи тракта «борт-земля-борт».

Полезная модель относится к авиационной технике и может быть использована при создании на базе отечественных разработок пилотажно-навигационного оборудования самолетов местных воздушных линий и вертолетов для выполнения точного автоматизированного самолетовождения (пилотирования) на режимах маршрутного полета, предпосадочного маневрирования и захода на посадку в условиях метеоминимума I и II категорий на малооборудованные аэродромы и спецплощадки и решения задач управления и контроля за воздушным движением (УВД) летательных аппаратов (ЛА) на основе технологий спутниковых навигационных систем, режимов и функций перспективной глобальной аэронавигационной системы обеспечения связи, навигации, наблюдения и организации воздушного движения - СНН/ОВД (CNS/ATM).

Уровень техники

Известен патент РФ 2257663 от 09.10.2003 г. Бекишева А.В., Жукова А.В. и др. «Интегрированный пилотажно-навигационный комплекс летательного аппарата», содержащий инерциальную навигационную систему, приемник спутниковой навигационной системы (СНС) автоматического зависимого наблюдения радиовещательного вещательного типа (АЗН-В), датчики системы воздушных параметров, вычислительную систему, систему ввода данных и команд управления, соединенную с вычислительной системой, многофункциональную систему индикации и сигнализации, концентратор, компьютер, шину обмена данными, адаптеры, интерфейсные модули, приводы и датчики системы управления полетом, приводы и датчики системы управления вектором тяги силовой установки и датчики бортовых систем. Пилотажно-навигационный комплекс выполнен на основе единых аппаратных и программно-вычислительных средств, обеспечивающих навигацию, управление, контроль и оценку состояния бортовых систем и агрегатов летательного аппарата (ЛА) в процессе эксплуатации.

Однако данная система не обеспечивает в полном объеме решения задач УВД.

Известна работа фирмы «Thales» (Франция) «Процедуры для наведения самолета на этапе захода на посадку и соответствующего наземного радиомаяка». Патент US 7,218,278 В1 от 15.05.2007 г.

Изобретение имеет отношение к процедуре наведения ЛА на взлетно-посадочную полосу (ВПП) в фазе неточного захода на посадку. При этом на борту ЛА обеспечивается:

- прием информации о заданной траектории захода на посадку, содержащейся в сообщении исходящем от наземного радиомаяка в формате наземной системы функционального дополнения (GBAS);

- прием от наземной системы функционального дополнения (SBAS) через геостационарные спутники корректирующей информации для сигналов СНС;

- вычисление скорректированного положения, основанного на сигналах СНС и корректирующей информации;

- вычисления вертикального и горизонтального отклонений летательного аппарата от заданной траектории захода, основанных на скорректированном положении и информации о заданной траектории захода.

Таким образом, для наведения ЛА используется комбинированная информация - дифференциальные коррекции SBAS и информация о конечном участке захода на посадку от наземного радиомаяка в формате GBAS, не передающего дифференциальные поправки. При этом на наземном радиомаяке принимаются сигналы от глобальной спутниковой навигационной системы (GNSS), SBAS и организован контроль траектории.

В данном способе не рассматриваются решения задач УВД.

Известен патент РФ на полезную модель 49297 G05D 1/00 от 06.07.2005 г. авторов Евгенова А.В., Константинова В.И. и др. «Информационно-управляющий комплекс летательных аппаратов». Данный информационно-управляющий комплекс позволяет осуществлять эффективное управление в экстремальных условиях полета, создавая информационно-управляющее поле, дающее возможность летчику одновременно видеть главные пилотажные параметры, внекабинную обстановку и опасные состояния, формируя адекватные обстановке управляющие воздействия при полетах на режимах высокоточного маневрирования в маловысотном полете над сложным рельефом местности, захода на посадку и посадки на малооборудованный аэродром в сложных метеоусловиях.

Однако данный информационно-управляющий комплекс не обеспечивает функции по автоматизированному самолетовождению с выполнением задач контроля за полетом службой УВД с использованием перспективных современных методов на базе глобальной системы CNS/ATM.

Известен патент РФ на изобретение 2239846 G01S 13/91 от 15.07.2002 г. авторов Сафьян Д.А., Сафьян А.Д., Константинова А.И. «Система авиадиспетчерского контроля за воздушным движением в ближней зоне аэропорта».

Изобретение относится к системам диспетчерского контроля и управления воздушным движением в ближней зоне аэропорта. Система включает в себя группировку навигационных спутников, бортовое оборудование, определения текущих координат ЛА, наземное оборудование системы авиадиспетчерского контроля и радиолокационную станцию аэропорта. Диспетчер по совмещенному изображению, содержащему графическое начертание ВПП и линии расчетной траектории снижения ЛА, борта, силуэт и текущую траекторию движения ЛА, а также графическую и сервисную информацию, содержащую коридоры допустимых отклонений по курсу и высоте полета. Система авиадиспетчерского контроля предельно наглядна, оперативна, уменьшает психофизиологическую нагрузку авиадиспетчера. Однако, текущие координаты полета определяются без дифференциальной коррекции, что снижает точность.

В данной работе рассмотрена только одна линия передачи параметров движения и положения ЛА без использования автоматического зависимого наблюдения.

Известен патент на изобретение 2343530С1 от 17.07.2007 г. авторов Урличич Ю.М., Моисеенко В.П., Захарова Н.Ю. «Система контроля и предотвращение несанкционированных полетов летательных аппаратов малой авиации в воздушном пространстве крупных городов и критически важных объектов», который был принят авторами в качестве прототипа.

Изобретение относится к авиационному приборостроению для малой авиации и расширяет функциональные возможности бортовой автоматической системы управления (САУ) в случае выхода при несанкционированном вмешательстве контролируемых параметров за границу предельного значения и включение беспилотного САУ по выводу из критического положения или принудительной посадки при использовании высокоточного управления на основе сигналов локальной дифференциальной подсистемы. При этом используется радиолиния оперативного диспетчерского контроля и управления.

В данной работе используется дополнительный контур автоматизированного высокоточного управления только для предотвращения террористических актов или при отказных состояниях борта при оперативном диспетчерском контроле по радиосвязи.

Технический результат

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в обеспечении автоматизированного самолетовождения на основе малозатратного интегрального комплекса управления и контроля службой УВД - центра управления воздушным движением путем использования СНС, локальной контрольно-корректирующей станции дифференциального режима спутниковой навигационной системы, элементов и режимов единой системы связи, навигации, наблюдения и организации воздушного движения на местных воздушных линиях.

Существенные признаки

Для достижения технического результата в комплекс управления и контроля за самолетовождением на местных воздушных авиалиниях, включающий в наземную часть локальную контрольно-корректирующую станцию дифференциального режима спутниковой навигационной системы (ЛККС), линию передачи данных на борт летательного аппарата, вход которой связан с выходом ЛККС, систему радиообмена, автоматизированное рабочее место диспетчера АРМД, а в бортовую часть летательного аппарата систему бортового навигационно-информационного оборудования, содержащую вычислитель формирования сигналов управления (ВСУ), представляющий собой многоканальный вычислитель, индикатор и пульт управления, систему автоматического управления рулевыми агрегатами САУ, соединенную с первым выходом вычислителя ВСУ, приемник спутниковых навигационных систем СНС, подключенным к входу вычислителя ВСУ и к выходу бортовой ЛПД приема и преобразования дифференциальных поправок и посадочных данных с антенной связанным по радиолинии передаваемым от передатчика ЛККС, самолетные датчики параметров полета ЛА, связанными с их выходами штатная индикация ЛА, которая соединена со вторым выходом вычислителя ВСУ, третий выход вычислителя ВСУ связан с самолетным ответчиком управления воздушным движением (УВД) и входом радиомодема второй бортовой ЛПД - АЗН-В. Наземная часть выполнена в виде мобильного автоматизированного центра управления воздушным движением, в который введен вычислитель автоматического зависимого наблюдения (АЗН), вторичный обзорный радиолокатор (ВОРЛ), наземная радиолокационная станция расширенного сообщения. При этом бортовой радиомодем второй ЛПД связан по радиолинии с наземным радиомодемом ЛПД режима АЗН-В радиовещательного типа, подключенным к входам вычислителя АЗН, соединенного с входами системы индикации АРМД, а самолетный ответчик УВД связан по радиолиниям с радиолокатором ВОРЛ и с наземной радиолокационной станцией расширенного сообщения, выходы которых подключены к вычислителю АЗН, что повышает точность, безопасность, эффективность полетов и достоверность сообщений при управлении воздушным движением.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется:

На фиг.1 приведена общая схема функционирования предлагаемого комплекса управления и контроля за самолетовождением на местных воздушных авиалиниях.

На фиг.2 представлен информационный кадр.

Перечень позиций показанных на фиг.1 и 2.

1 - Группировка навигационных космических аппаратов (НКА) СНС ГЛОНАСС/GPS

2 - Вычислитель формирования сигналов управления (ВСУ)

3 - Штатные датчики параметров полета самолета

4 - Бортовая радиостанция связи с антенной

5 - Приемник СНС со спутниковой антенной

6 - Штатная индикация

7 - Бортовая ЛПД приема и преобразования дифференциальных поправок и посадочных данных с антенной

8 - Рулевые агрегаты автоматизированной системы управления

9 - Бортовой радиомодем ЛПД режима АЗН-В с антенной

10 - Самолетный ответчик УВД с антенной

11 - ЛПД передачи дифференциальных поправок и посадочных данных с антенной

12 - Наземный радиомодем ЛПД режима АЗН-В с антенной

13 - Вторичный обзорный радиолокатор с антенной (ВОРЛ)

14 - Наземная станция расширенного сообщения с антенной

15 - Вычислитель автоматического зависимого наблюдения

16 - Локальная контрольно-корректирующая станция со спутниковой антенной (ЛККС)

17 - Наземная радиостанция связи с антенной

18 - Автоматизированное рабочее место диспетчера (АРМД)

19 - Борт воздушного судна

20 - Автоматизированный центр управления воздушным движением

21 - Метка самолета

22 - Параметры полета

23 - Зона ответственности диспетчера

24 - Окружности дальности

Комплекс управления и контроля за самолетовождением на местных воздушных авиалиниях содержит, как показано на фигуре 1, бортовую многофункциональную систему, установленную на борту ЛА 19, навигационные космические аппараты СНС ГЛОНАСС/GPS 1, вычислитель формирования сигналов управления 2, штатные датчики параметров полета ЛА 3, бортовая радиостанция связи (КВ/УКВ/ДМВ) с антенной 4, приемник СНС со спутниковой антенной 5, штатная индикация 6, бортовая ЛПД приема и преобразования дифференциальных поправок и посадочных данных с антенной 7, рулевые агрегаты автоматизированной системы управления 8, бортовой радиомодем ЛПД режима АЗН-В с антенной 9, самолетный ответчик УВД с антенной 10. При этом вычислитель формирования сигналов управления (ВСУ) 2, представляет собой многоканальный вычислитель с индикатором и пультом управления, первый выход которого соединен с системой автоматического управления рулевых агрегатов 8, со вторым выходом вычислителя ВСУ соединена штатная индикация ЛА 6, третий выход вычислителя ВСУ связан с самолетным ответчиком управления воздушным движением (УВД) 10 и входом радиомодема второй бортовой ЛПД - АЗН-В 9.

Приемник спутниковых навигационных систем СНС 5 подключен к входу вычислителя ВСУ 2 и связан по бортовой радиолинии ЛПД 7 приема и преобразования дифференциальных поправок и посадочных данных с антенной. Самолетные датчики параметров полета ЛА 3 связаны выходами со штатной индикацией ЛА и вторыми входами вычислителя ВСУ. Третий выход вычислителя ВСУ 2 связан с самолетным ответчиком управления воздушным движением (УВД) 10 и входом радиомодема второй бортовой ЛПД - АЗН-В 9.

Наземная часть содержит локальную контрольно-корректирующую станцию дифференциального режима спутниковой навигационной системы (ЛККС) 16, линию передачи дифференциальных поправок и посадочных данных с антенной на борт летательного аппарата 11, вход которой связан с выходом ЛККС 16, радиостанция связи (КВ/УКВ/ДМВ) с антенной 17, автоматизированное рабочее место диспетчера АРМД 18. В наземную часть, выполненную в виде мобильного автоматизированного центра управления воздушным движением 20, введен вычислитель автоматического зависимого наблюдения (АЗН) 15, вторичный обзорный радиолокатор (ВОРЛ) 13, наземная радиолокационная станция расширенного сообщения 14. При этом бортовой радиомодем второй ЛПД 9 связан по радиолинии с наземным радиомодемом ЛПД 12 режима АЗН-В радиовещательного типа, подключенного к входам вычислителя АЗН 15, выход которого соединен с входом системы индикации АРМД 18, а самолетный ответчик 10 УВД связан по радиолиниям с радиолокатором ВОРЛ 13 и с наземной радиолокационной станцией расширенного сообщения 14, выходы которых подключены к вычислителю АЗН 15.

Дополнительно организованный контроль за воздушным движением на основе автоматизированного рабочего места диспетчера (АРМД) УВД с информацией о параметрах полета самолета и его местоположении от режима автоматического зависимого наблюдения радиовещательного типа (АЗН-В) с использованием бортовой и наземной линий передачи данных (радиомодемов), от самолетного ответчика через наземную станцию расширенного сообщения на основе длительных самогенерируемых сигналов и вторичный радиолокатор (ВОРЛ) повышает точность и достоверность сообщений при управлении воздушным движением и эффективность контроля за полетом.

В соответствии с техническим решением в наземную и бортовую части комплекса введены радиостанции широкого диапазона диспетчерской речевой связи и сообщений тракта «земля-борт-земля».

Таким образом, отличительным признаком предлагаемого комплекса самолетовождения на основе бортовой многофункциональной системы с использованием спутниковой технологии (СНС, ЛККС) от указанных выше известных комплексов, в т.ч. прототипа, является то, что он выполняет все режимы автоматизированного самолетовождения с одновременным решением задач УВД, основываясь на режимах перспективной глобальной системы по выполнению связи, навигации, наблюдения и организации воздушного движения СНН/ОВД (CNS/ATM) и построен на использовании исключительно систем отечественной разработки и производства.

Реализация в АЦ-УВД режима наблюдения с индикацией информации на экране АРМД от трех независимых источников по выбору диспетчера и решает следующие задачи:

- контроль и управление выдерживанием воздушными судами заданных маршрутов (траекторий) и эшелонов полета;

- предотвращение опасных сближений и столкновений воздушных судов в полете и на земле с препятствиями путем контроля их эшелонирования и развода на безопасные интервалы в соответствии с правилами УВД.

Комплекс автоматизированного самолетовождения на основе СНС, ЛККС и контроля за полетом работает следующим образом.

Полет самолета проходит по пространственным траекториям в т.ч. по криволинейным траекториям при заходе на посадку, алгоритмы которых формируются в бортовом вычислителе сигналов управления 2 на индикаторе которого отображается пилотажно-навигационная информация для пилотирования в ручном (штурвальном) и полуавтоматическом (директорном) режимах.

Информация на ВСУ 2 поступает от системы штатных самолетных датчиков 3 - параметры полета, дифференциальные поправки и посадочные данные от ЛККС 16, через ЛПД 7, 11 - радиомодемы и спутниковый приемник СНС 5. При наличии бортовой системы автоматического управления, сформированные сигналы поканально поступают на блок рулевых агрегатов 8. Пульт ВСУ осуществляет управление системами комплекса, режимами, базой данных и является сигнализатором работы комплекса. Имеется штатная система индикации 6.

Для режима автоматического зависимого наблюдения (АЗН) в автоматизированном центре УВД 19 организовано автоматизированное рабочее место диспетчера АРМД 18 на базе вычислителя 15, где осуществляется интеграция информации АЗН и радиолокационных данных. На экран АРМД поступает функционально-резервированная информация о координатах и параметрах полета с борта по радиомодемам - ЛПД 9, 12 - режима АЗН-В, а также с самолетного ответчика 10 через наземные станцию расширенного сообщения 14 и ВОРЛ 13.

Система речевой связи по линии «земля-борт-земля» организована с использованием радиостанции КВ/УКВ/ДМВ диапазонов 4, 17.

На фигуре 2 показан пример информационного кадра вида экрана АРМД с регистрацией меток, параметров и идентификаторов самолетов на фоне карты местности с концентрическими окружностями дальности 24 от аэропорта, находящихся в зоне ответственности авиадиспетчера 23. Информационный кадр приведенный на фигуре 2 содержит: метку ЛА 21 (), параметры ЛА 22 (идентификатор, например TU 154M), высота, азимут - А, дальность - Д) и дает возможность диспетчеру наглядно, удобно считывать, давать оценку, принимать решение и осуществлять мониторинг воздушного пространства.

С помощью материалов данного предложения проведена сборка комплекса и выполнена стендовая и летная оценка его работоспособности в целом и частично по отдельным функциям, которая показала удовлетворительные результаты, подтверждающие практическую целесообразность полезной модели.

Реализация задач и функций системы СНН/ОВД-CNS/ATM в Российской Федерации при создании Единой системы организации воздушного движения является весьма актуальной и важной.

Комплекс управления и контроля за самолетовождением на местных воздушных авиалиниях, включающий в наземную часть локальную контрольно-корректирующую станцию дифференциального режима спутниковой навигационной системы (ЛККС), линию передачи данных (ЛПД) на борт летательного аппарата (ЛА), вход которой связан с выходом ЛККС, автоматизированное рабочее место диспетчера АРМД, а в бортовую часть ЛА - систему бортового навигационно-информационного оборудования, содержащую вычислитель формирования сигналов управления (ВСУ), систему автоматического управления рулевыми агрегатами САУ, соединенную с первым выходом вычислителя ВСУ, приемник спутниковых навигационных систем СНС, подключенный к входу вычислителя ВСУ и связанный по радиолинии с ЛККС, самолетные датчики параметров полета ЛА, связанные своими выходами со вторыми входами ВСУ, связанную с выходами датчиков штатную индикацию ЛА, второй вход которой соединен со вторым выходом вычислителя ВСУ, отличающийся тем, что третий выход вычислителя ВСУ связан с самолетным ответчиком управления воздушным движением (УВД) и входом радиомодема второй бортовой ЛПД режима автоматического зависимого наблюдения радиовещательного типа (АЗН-В), в наземную часть, выполненную в виде мобильного автоматизированного центра управления воздушным движением, введены вычислитель для осуществления автоматической интеграции поступающей информации, вторичный обзорный радиолокатор (ВОРЛ), наземная радиолокационная станция управления воздушным движением, при этом бортовой радиомодем второй ЛПД связан по радиолинии с наземным радиомодемом ЛПД режима АЗН-В, подключенным к входам вычислителя для осуществления автоматической интеграции поступающей информации, соединенного с входами системы индикации АРМД, а самолетный ответчик УВД связан по радиолиниям с радиолокатором ВОРЛ и с наземной радиолокационной станцией УВД, выходы которых подключены к вычислителю для осуществления автоматической интеграции поступающей информации.