3.4 Критический анализ системы посадки сп-200 и обоснование необходимости гибридного подхода

Система посадки СП‑200 является классической радиомаячной системой инструментального захода на посадку. В течении многих лет она являлась основным средством наведения ВС на заключительном этапе полета. Накопленный опыт эксплуатации этой системы посадки и анализ инцидентов при заходе в сложных метеоусловиях утверждают, что надежность СП-200 имеет системные ограничения, которые при определенных стечениях обстоятельств переходят в разряд критических недостатков.

Принцип функционирования СП-200 базируется на формировании в пространстве двух радиомаячных полей: курсового и глиссадного. Каждый из этих маяков излучает сигнал с глубиной модуляции несущей частотами 90 и 150 Гц. В идеальных условиях на линии курса разность глубин модуляции равна нулю, а отклонение в ту или иную сторону приводит к преобладанию одной из частот. Однако на практике идеальные условия встречаются редко.

Основным недостатком СП-200 является подверженность сигнала многолучевому распространению. Из-за предметов застройки аэропорта, ангарных сооружений, рельефа местности, и снежных отвалов в зимнее время создаются дополнительные пути прохождения радиоволн. Отраженный сигнал, накладываясь на прямой, искажает форму равносигнальной зоны. Особенно на высотах от 30 до 60 метров эти искажения становятся максимальными. Экипаж, ожидая плавного уменьшения разности глубин модуляции при приближении к оси ВПП, может наблюдать нехарактерный скачок прибора. Ошибка в определении положения может достигать величин, превышающих допуски категории CATI.

Вторым недостатком можно назвать пространственной неравномерностью поля ГРМ. ГРМ настроен на определенный угол, от 2°40′ до 3°20′, но как только ВС отклониться выше нужного уровня глиссады структура поля поменяется. Глубина модуляции частотами 90 и 150 Гц перестает быть функцией угла места. То есть разница глубины модуляции может уменьшаться, а фактическое отклонение вверх продолжать расти.

Третий недостаток СП-200 связан с работой системы в приземной зоне, а именно на участке от дальнего привода, который находится на расстоянии 4 км от торца ВПП, до точки приземления. Недостаток заключается в том, что радиоволны отражаются от влажного бетона, луж, неровностей грунта. Из-за этого возникает интерференционная картина с чередующимися максимумами и минимумами поля, а бортовой приемник ILS, не имея информации о степени этих искажений, продолжает вычислять разность глубин модуляции. В итоге возможна ситуация, когда реальное отклонение воздушного судна от оси ВПП составляет 5-7 метров, а система показывает идеальное попадание на линию курса или же наоборот присутствует ложное отклонение при фактическом нахождении на оси.

Четвертым недостатком является отсутствие автономного контроля целостности в режиме реального времени В классической конфигурации СП‑200 аппаратура просто формирует радиомаячное поле. Наземный персонал периодически проверяет параметры излучения контрольно-измерительной аппаратурой, но у такого метода есть недостаток, а именно разрыв во времени. Бортовой приемник ILS, получив искаженный сигнал из-за отражений от ангара или излома равносигнальной зоны из-за рельефа никак не может отличить «правильное» поле от «неправильного». Он демодулирует сигнал, вычисляет разницу глубин модуляции и выдает отклонение. Но то, что это отклонение вызвано не реальным уходом с курса, а внешним искажением поля, система не сможет обнаружить. Пилот и бортовое оборудование вынуждены доверять тому, что пришло с маяков, без какой-либо независимой проверки. В большинстве авиационных инцидентов, связанных с ILS, проблема заключалась именно в этом недостатке Отсутствие автономного контроля в реальном времени делает СП‑200 уязвимой для целого класса отказов, которые не являются отказами, а представляют собой внешние физические искажения радиополя. И это один из самых серьезных системных недостатков, потому что он неустраним в рамках чисто радиомаячной архитектуры.

Пятым недостатком является жесткая привязка к геометрии установки антенн. ГРМ и КРМ требуют строго определенного места размещения и гладкого рельефа перед антеннами на значительном удалении. В современной авиации, когда аэропорты обрастают терминалами, грузовыми комплексами и перронами, обеспечить эти требования становится все сложнее. А перенос маяка является дорогой процедурой с длительным сертификационным циклом.

При систематизации перечисленных недостатков, можно выделить три ключевые группы недостатков СП‑200:

- физические ограничения, такие как многолучевость, интерференция, зависимость от подстилающей поверхности;

- методические ограничения, к примеру монотонность разности глубин модуляции нарушается вне расчетных углов места и присутствует отсутствие контроля внешних искажений;

- эксплуатационные ограничения, такие как жесткие требования к месту установки, невозможность быстрого изменения траектории захода и уязвимость к метеоосадкам.

Из этого следует, что система посадки СП‑200 является в целом работоспособной системой, но имеющая разного рода недостатки к целому классу искажений. Чем выше требования к точности захода, тем эти ограничения становятся более болезненными.

Из приведенного анализа СП-200 можно исключить данные недостатки, если применить гибридный подход. Идея гибридного подхода заключается в добавлении к штатному радиомаячному каналу КРМ и ГРМ спутниковой составляющей, а именно приемника ГНСС.

Спутниковые системы предоставляют абсолютные геодезические координаты воздушного судна в реальном времени. Точность определения местоположения в дифференциальном режиме или с использованием систем функциональных дополнений составляет от 1 до 3 метров в плане и 2-4 метра по высоте. Эта точность не зависит от рельефа местности, отражений от зданий, состояния бетонного покрытия или угла установки антенн. Спутниковый сигнал проходит через атмосферу, но не переотражается хаотично в приземном слое.

Используя гибридный подход можно решить перечисленные недостатки.

Спутниковый приемник, особенно современный, оснащен алгоритмами подавления многолучевости. В отличие от ILS, ГНСС не использует амплитудную модуляцию двумя частотами, благодаря этому интерференционные провалы глубины модуляции отсутствуют. Гибридная система в ситуации, когда радиомаячный канал начинает показывать неверные значения, автоматически повышает вес спутниковых данных в БСК.

На высотах ниже 60 метров, где поле ГРМ максимально искажено, ГНСС продолжает работать штатно. Точность определения вертикальной координаты в этом диапазоне у современных приемников достигает 1-2 метров при использовании коррекций. БКУ объединяет данные от бортового приемника ILS и бортового приемника ГНСС, а на ПИ выводится уже единая, интегрированная картина. Пилот видит курс и глиссаду, рассчитанные по наилучшему из доступных источников. Таким образом решается проблема подверженности сигнала многолучевому распространению.

Гибридный подход дает возможность осуществлять контроль в реальном времени, в отличии от СП‑200. В гибридной системе посадки спутниковый канал выступает как независимый референтный источник. Если БКУ обнаруживает расхождение между показаниями радиомаячной системы и ГНСС, превышающее заранее установленный порог, то система может сформировать предупреждение экипажу. Более того, возможно автоматическое переключение приоритета: при хорошем уровне сигнала ГНСС и подозрительных флуктуациях РГМ ведущим становится спутниковый канал. БСК выполняет эту функцию без участия пилота, что критически важно в напряженный момент посадки.

Не менее важным аргументом в пользу гибридного подхода является экономический. Нет необходимости демонтировать работающую СП‑200. Не нужно переучивать пилотов на совершенно новую систему. Достаточно дополнить существующий комплекс спутниковым модулем. Стоимость такой модернизации гораздо ниже, чем полная замена системы посадки, а положительными сторонами этой модернизации являются повышение точности и надежности именно в тех режимах, где классическая ILS показывает свои слабые стороны.

Таким образом критический анализ СП‑200 показывает, что система имеет объективные, физически обусловленные ограничения, которые не могут быть устранены в рамках чисто радиомаячной архитектуры. Гибридный подход, объединяющий проверенную временем курсо-глиссадную систему с современными спутниковыми технологиями, позволяет компенсировать эти недостатки. Причем компенсировать без потери преемственности, без избыточного усложнения и без необходимости списывать действующее оборудование. Экипаж получает более точный и устойчивый канал наведения, а наземные службы инструмент контроля целостности, которого раньше не было. Система в целом становится готовой к работе в условиях, которые еще десять лет назад считались критическими для ILS.