Описание имитационной модели по оценке точности и безопасности полетов при комплексном применении средств навигации и увд в Северо– западном регионе (Альфа - 7)

Пакет прикладных программ «Альфа - 7»предназначен для анализа точности самолетовождения, безопасности полетов и формирования оптимального плана применения в полете средств навигации.

Пакет прикладных программ (ППП) «Альфа - 7» позволяет:

- оценить максимально возможную точность самолетовождения и безопасность полетов для заданного типа ВС по любому маршруту;

- провести анализ реальной 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 и в случае отказа каких – либо навигационных систем;

- повысить квалификацию летного состава и качество предварительной

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.

Основная программа ППП «Альфа - 7» разработана на основе математической модели оценки точности самолетовождения по заданному маршруту. Математическая модель, в свою очередь, 6азируется на методе вероятностного анализа, позволяющего оценить среднюю квадратическую погрешность (СКП) линейного бокового уклонения (ЛБУ) ВС при использовании той или иной навигационной системы.

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.

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 изменения требований к точности самолетовождения и изменения в технологии навигации и УВД, возникающие при полетах вне территории СНГ 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 и 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, определяется 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, следует учесть, что АРК, БРЛС и в ряде 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 «опасные» 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 существующие требования 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. НАИЛУЧШИЕ результаты достигаются при неоднократном повторном «прогоне» программы с разными интервалами коррекции.

Блок расчета результирующих показателей точности самолетовождения

и безопасности полетов позволяет определить:

- координаты начала, конца и протяженность отрезков маршрута, на которых не выполняются требования к точности самолетовождения;

- среднее превышение текущих значений СКП ЛБУ над допустимым уровнем по каждому отрезку превышения;

- общую протяженность этих участков;

- среднее превышение СКП ЛБУ над допустимым уровнем (степень «опасности») по всем участкам превышения;

- среднее значение СКП ЛБУ и его отклонение от среднего уровня по всей длине маршрута.

Протяженность и среднее превышение СКП ЛБУ над допустимым уровнем по каждому участку характеризуют ''опасность'' (степень несоблюдения требований к точности самолетовождения) полета по этим участкам в отдельности. Общая протяженность участков превышения

допустимого уровня СКП ЛБУ, сумма и среднее значение СКП ЛБУ по всем

участкам превышения характеризуют ''опасность'' полета по всем участкам в

совокупности. И, наконец, последние показатели дают представление о

средней точности самолетовождения по всему маршруту.

Блок отображения результатов моделирования основан на использовании компьютерной суперграфики. На экране дисплея изображается трасса, ее границы, пункты маршрута, радионавигационные точки и радиолокационные ориентиры, границы зон РЦ УВД. В качестве условных используются обозначения, приближенные к символике карт «YEPPESEN». Для удобства восприятия результатов расчета на экране вместо графика зависимости СКП ЛБУ от пройденного пути отображается симметрично оси трассы график удвоенного значения средней квадратической погрешности линейного бокового уклонения вс от оси трассы. Таким образом, выделяется область, в пределах которой воздушное судно находится с вероятностью 0,95. Требования к точности самолетовождения нарушаются там, где указанная зависимость проходит выше границы трассы.

Работа с ППП «Альфа - 7» состоит из нескольких этапов:

Первый этап – ввод исходных данных и выбор режима работы программы.

Необходимо загрузить файлы данных о выбранном вами маршруте и о характеристиках воздушного судна. Для этого следует, отвечая на запрос с экрана дисплея, правильно указывать названия этих файлов. 3атем в диалоговом режиме работы с дисплеем вводятся остальные данные, характеризующие маршрут полета, выбирается режим работы программы и указывается вариант расчета. Для удобства пользователя и расширения возможностей программы предусмотрено три варианта расчета.

Первый вариант может быть назван ''оптимистическим''. В случае его

выбора в качестве исходных данных, характеризующих средства навигации

и УВД, используются минимально возможные по величине средние

квадратические погрешности (СКП) измерения навигационных параметров

и максимально возможные радиусы действия радиотехнических средств

(РТС).

При выборе второго варианта в качестве исходных данных используются средние по величине СКП измерения навигационных

параметров и радиусы действия радиотехнических средств.

При выборе третьего варианта используются максимально возможные по величине СКП измерения навигационных параметров и минимально

возможные радиусы действия РТС.

Первый вариант может быть использован для оценки точности самолетовождения, протекающего в идеальных условиях, при идеальной работе бортовых и наземных средств навигации и УВД. Этот вариант расчета ни в коем случае нельзя использовать для оценки в целом безопасности полетов по маршруту. В то же время ''оптимистический'' вариант можно применять для приближенной к реальной оценке точности самолетовождения на отдельных участках маршрута.

Третий вариант расчета предусматривает использование максимально возможных СКП средств навигации и УВД. Однако следует иметь в виду, что эти погрешности вполне реальны и получены опытным путем, например, в результате облета маяков РСБН. Поэтому все вопросы, связанные с обеспечением безопасности полетов, целесообразно решать на основе третьего варианта расчета.

Кроме варианта расчета необходимо задать режим работы программы.

Предусмотрено два следующих режима:

- 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.

После ввода исходных данных начинается второй этап работы ППП «Альфа - 7» - счет и затем вывод на дисплей результатов расчета в виде графической и текстовой информации. В центре экрана формируется координатное поле. Центральная горизонтальная линия соответствует оси трассы, 6лижайшие к ней две параллельные прямые (выше и ниже оси) - границам трассы. Следующими двумя прямыми ограничивается по вертикали координатное поле. По оси абсцисс соответствующей оси трассы, откладывается пройденный путь в километрах. По оси ординат вверх и вниз от нулевого значения откладывается величина максимальной (двойной средней квадратической) погрешности. Таким образом, в координатном поле вычерчиваются два графика:

2СКП = F (S)

-2 СКП = F (S)

S - величина пройденного пути.

В соответствии с теорией вероятности воздушное судно находится в пределах области, ограниченной значениями двойной СКП, с вероятностью

0,95. Следовательно, в результате расчета на экране дисплея отображается

область пространства, в пределах которой воздушное судно находится в 95 случаях из 100. В соответствии с существующими требованиями к точности самолетовождения воздушное судно должно находиться в пределах трассы шириной 10 км именно с вероятностью 0,95. Таким образом, существующие требования к точности самолетовождения не соблюдаются на тех участках маршрута, где расчетные кривые выходят за пределы линии, обозначающих границы трассы. Такой подход к отображению данных о точности самолетовождения облегчает восприятие и анализ полученной информации.

Кроме рассчитываемых зависимостей, на координатном поле отображаются названия и точки расположения пунктов маршрута, радиотехнических средств, границ РЦ УВД и позывные РЦ. Для отображения радиотехнических средств и радиолокационных ориентиров, удаленных от оси трассы на величину больше размеров координатного поля, используются два дополнительных поля выше и ниже координатного. Кроме этих полей на экране дисплея имеется четыре информационных табло.

Основное информационное табло расположено в верхней части экрана.

На каждом шаге расчета (через 20 км) в этом табло указывается

используемое навигационное средство. Если в течение одного шага расчета

было проведено две технологических операции с навигационными системами (например, кроме коррекции курсо-доплеровской системы счисления пути проводилась коррекция инерциальной навигационной системы), то дополнительная информация отображается в информационном табло №2, расположенном в левой нижней части экрана. В остальных двух табло указываются маршрут полета, тип воздушного судна, длина пройденного пути, время полета, текущее значение СКП ЛБУ и вероятность нахождения воздушного судна в пределах трассы.

На третьем этапе работы программы на экране дисплея отображаются результирующие показатели точности самолетовождения и безопасности полетов.

Результаты моделирования можно вывести на печать. В этом случае раздельно печатаются рекомендуемый план применения в полете средств навигации, график зависимости СКП ЛБУ от пройденного пути и результирующие показатели точности самолетовождения и безопасности полетов.