Пути совершенствования эффективности использования воздушного движения. Часть 2.

Страницы:   1   2   3

---

2.2. Концепция PBN, как инструмент реализации концепции воздушного пространства

 

Как уже было отмечено ранее, концепция PBN является составной частью концепции CNS/ATM. Вместе с тем, данная концепция также выступает одним из инструментов реализации концепции воздушного пространства. В чем же ее суть?

Концепция воздушного пространства, по сути, представляет собой всеобщий план конкретного воздушного пространства. Как и любая другая программа, данная концепция направлена на достижение определенных целей. Стратегические цели, которые зачастую являются движущими факторами любой концепции (концепция воздушного пространства не является исключением в данном случае), в данном случае сводятся к безопасности полетов, пропускной способности, эффективности, доступе и окружающей среде (рис.5).

 

Исходя из этого, следует, что стратегические цели имеют непосредственное влияние на концепцию воздушного пространства, которое зачастую приводит к ее изменениям. Так, примером, может послужить планирование строительства дополнительной взлетно-посадочной полосы в аэропорту для увеличения пропускной способности, которое приведет, непосредственно, к изменению концепции воздушного пространства, ввиду того, что потребуются новые подходы к маршрутам SIDи STAR.

Достижение той или иной цели концепции воздушного пространства автоматически налагает требования на различные инструменты реализации, среди которых связь, навигация, наблюдение ОВД, организация воздушного движения и производство полетов.

Как видно из вышесказанного, навигация является составным элементом концепции воздушного пространства, наряду со всеми остальными инструментами, и более того ни один инструмент не может быть разработан изолировано, т.е. в своей совокупности они должны образовывать единое целое (рис. 2).

 

Как видно из рис.2, применение навигации, основанной на характеристиках, в контексте концепции воздушного пространства представлено конкретным навигационный прикладным процессом, который, в свою очередь, базируется на двух главных компонентах концепции PBN:

-навигационной спецификации, содержащей навигационные функциональные требования;

— инфраструктуре навигационных средств.

Навигационная спецификация является основой для разработки материала необходимого для утверждения летной годности и эксплуатации. Данный документ содержит следующую информацию:

1.Характеристики, требуемые от RNAV (повторимся, отметив, что в основе навигации, основанной на характеристиках, лежит система зональной навигации). Среди них:

— точность, которая представлена общей погрешностью системы (TSE — TotalSystemError), допускаемой в боковом и продольном измерениях, из чего следует, что данная погрешность рассматривается в отдельности по двум координатам – по боковой и по продольной.

По боковой координате (т.е. в направлении, перпендикулярном линии заданного пути) TSE представляет собой расстояние между фактическим местоположением воздушного судна и линией заданного пути в навигационной системе, и состоит из следующих погрешностей:

• погрешности определения траектории (PDE), которая может произойти в том случае, если определенная системой зональной навигации траектория не совпадает с желаемой траекторией, т.е. с той траекторией, по которой должен осуществляться полет над землей;
• погрешности техники пилотирования (FTE), согласно минимальным эксплуатационным требованиям, разработанным авиационной радиотехнической комиссии (RTCA/DO-208), измеряется путем сопоставления индикаторного местоположения воздушного судна с индикаторным заданным или намеченным местоположением. Иными словами, погрешность техники пилотирования состоит непосредственно в способности летного экипажа или же автопилота следования по определенной траектории или линии пути. Также следует отметить, что данная погрешность не включает грубые ошибки, согласно RTCA/DO-208;
• погрешности навигационной системы(NSE), которая представляет собой разницу между расчетным и фактическим местоположением воздушного судна.

Наглядно суммарная погрешность системы по боковой координате выглядит следующим образом (рис. 3):

 

Из рис. 7, можно предположить, что распределение этих погрешностей является гауссовым, следовательно, распределение суммарной погрешности системы (TSE) является также гауссовым.

По продольной же координате (т.е. в направлении, заданном вдоль линии заданного пути) общая погрешность системы представляет собой разность между отображенным на индикаторе расстоянием воздушного судна до точки пути и фактическим расстоянием до этой точки.

TSE в продольном измерении представлена теми же погрешностями, что и в боковом, за исключением погрешности техники пилотирования. Кроме того, в данном измерении погрешностью определения траектории также можно пренебречь;

— целостность, в соответствии с вышеуказанным документом, сводится к способности системы своевременно выдавать пользователям предупреждения непосредственно в тех случаях, когда система не должна использоваться для навигации;

— эксплуатационная готовность, также согласноRTCA/DO-208 выражается показателем способности системы обеспечивать надлежащее обслуживание в пределах установленной зоны действия и определяется в виде интервала времени, в течение которого система должна использоваться для навигации;

— непрерывность, согласно временным наставлениям по P-RNAV (JAA TGL10), способность всей системы функционировать без непредсказуемых прерываний во время выполнения намеченного полета.Под непредсказуемыми прерываниями системы зональной навигации принято понимать одну из следующих ситуаций:

— полная потеря навигационной способности системы зональной навигации или ее отказ;

— частичная потеря навигационной способностиRNAV, выявленная системой, и информирующая летный экипаж о невозможности обеспечения выполнения требований навигационной спецификации.

— ложное информирование летного экипажа о потери системой способности обеспечения выполнения требований навигационной спецификации.

Требования к функционалу системы RNAV, среди которых:

• постоянное отображение местоположения воздушного судна относительно линии пути, котораяв обязательном порядке должна отображаться пилоту на навигационном индикаторе, в свою очередь, который должен быть расположен в его основном поле зрения;
• отображение расстояния и пеленга до активной точки пути;
• индикация путевой скорости и времени до активной точки пути;
• функция хранения навигационных данных;
• соответствующее отображение отказа системы зональной навигации, в том числе и датчиков.

Более усложненные навигационные спецификации, в отличие от вышеуказанной базовой, включают также требования, как в отношении самих навигационных баз данных, так и в отношении возможности выполнения процедур базы данных.

Требования к датчикам, интегрированным в систему RNAV.

Требования, предъявляемые к летному экипажу.

Согласно Руководству по навигации, основанной на характеристиках, ИКАО навигационная спецификация может быть представлена либо спецификацией RNP, либо спецификацией RNAV.

Вместе с тем, следует отметить, что спецификация RNP включает также требование к автономному контролю на борту за выдерживанием характеристик и выдаче предупреждений, в то время как в спецификации RNAV такое требование отсутствует.

Данное требование спецификации RNP является основным элементом, определяющим соответствие уровня безопасности навигационной системы необходимого дляданного применения RNP. Кроме того, данное требование позволяет летному экипажу своевременно обнаружить неспособность навигационной системы обеспечения с целостностью навигационных характеристик, которые требуются для выполнения полета (Приложение 2).

Для применения на практике той или иной навигационной спецификации необходимо ознакомиться с ее обозначением. Так, для выполнения полетов в океаническом воздушном пространстве, в удаленных районах континентального воздушного пространства, а также по маршруту и в районе аэродрома спецификацияRNP обозначается, как RNP Х, (например, RNP 4), соответственно, спецификацияRNAV обозначается, как RNAV Х, (например, RNAV 1). Цифровые значения «Х» в данных спецификациях указывают на точность боковой навигации в морских милях, которую необходимо выдерживать всем воздушным судам на протяжении 95% всего времени полета, осуществляющегося по маршруту в пределах данного воздушного пространства.

Но вместе с тем следует также отметить, что указание точности в навигационных спецификациях не является единственным требованием к характеристикам, включаемым в спецификацию. Так, обозначение RNAV 1 указывает непосредственно на спецификацию RNAV, включающуюкак требования по навигационной точности, равной 1 м. миле, так и множество других требований к характеристикам. Иными словами, суждение о том, что обозначение RNAV 1 означает, только боковую навигационную точность, равной 1 м. миле, и составляет единственно требуемый критерий характеристик, является ошибочным. Данная спецификация RNAV 1, как и любая другая спецификация, помимо точности, также включает требования к летному экипажу и бортовой навигационной системе.

Исходя из этого, можно заключить, что обозначения навигационных спецификаций являются сокращенными названиями всех требований к характеристикам и функционалу.

В соответствии с Руководством по навигации, основанной на характеристиках, навигационные спецификации можно разделить на две группы:

Спецификации RNAV, которые согласно Инструкции по построению схем полетов на маршруте и в районе аэродрома при использовании методов зональной навигации представлены следующими спецификациями:

— RNAV 5 – согласно используется на этапе полета по маршруту на основе RNAV в континентальном воздушном пространстве;

— RNAV 1 и 2 – используются на этапе полета по маршруту, при SID, STAR и за- ходах на посадку на основе RNAV вплоть до FAF/FAP;

Спецификации RNP, которые также в соответствии с вышеуказанным документом, также представлены следующими спецификациями:

— RNP 4 – используется на этапе полета по маршруту на основе RNAV для обеспечения минимумов бокового и продольного эшелонирования, основанного на расстоянии, в океаническом воздушном пространстве или отдаленных районах;

— Basic RNP-1 – используется для полетов на основе RNAV при SID, STAR и заходах на посадку вплоть до FAF/FAP без или под ограниченным наблюдением органов ОВД и при движении низкой – средней плотности;

— RNP APCH – используется для обеспечения схем захода на посадку на основе RNAV вплоть до RNP 0,3, построенных с прямолинейными участками. Этот тип может включать требование о наличии оборудования баро-VNAV.

Прикладной процесс RNP обеспечивается спецификацией RNP, а прикладной процесс RNAV, соответственно, спецификацией RNAV.

Другим компонентом концепции PBN, как уже было отмечено ранее, является инфраструктура навигационных средств. Инфраструктура навигационных средств представлена наземными(DME и VOR) и спутниковыми навигационными средствами (GNSS). Кратко охарактеризуем каждую из них.

Импульсная дальномерная система (DME)является международной системой для обеспечения полетов воздушных судов гражданской авиации, рекомендованной ИКАО. Местоположение воздушного судна посредством данной системы определяется в один момент времени в зонах действия двух маяков

Основные критерии концепции PBN, относящиеся к DME/DME при полетах с использованием RNAV 1 и 2сводятся к следующим:

— обновление местоположения в пределах 30 с с момента настройки на данные навигационные средства;

— автоматическая настройка на несколько данных навигационных средств;

— обеспечение постоянного обновления местоположения по DME/DME, которое заключается в работоспособности третьего маяка DME или же пары маяков, хотя бы в минимальном количестве времени (т.е. в течение предыдущих 30 с), в связи с недопустимостью перебоев в определении местоположения по данной системе.

Необходимо отметить, что системы зональной навигации DME/DMEдолжны использовать только те средства DME, которые указаны в AIPгосударств, с публикацией координат DME.

При необходимости генерации определения местоположения по DME/DME, системой зональной навигации должны использоваться те средства DME, у которых относительный угол пересечения направлений колеблется от (рис. 4).

 

Система зональной навигации может использовать любое действительное принимаемое средство DME, наделенное:

— передачей правильного сигнала идентификатора средства;

— удовлетворением минимальных требований к напряженности поля;

— защитой от других создающих помехи сигналов DME в соответствии с требованиями к общим и смежным каналам.

Инерциальная навигационная система (ИНС)является автономной системой определения местоположения воздушного судна на основе счисления координат, которое заключается в интеграции цифровым вычислителем ускорений воздушного судна по трем осям координат.

Возрастание погрешностей определения координат с увеличением продолжительности полета является общей чертой любой системы счисления пути. Анализ исследователей показал, что после перехода на IRU увеличение погрешности местоположения составляет менее 2 м. миль за каждые 15 мин.

В настоящее время при выполнении полетов в районе аэродрома с применением зональной навигации, ИНС выступает как вспомогательное средство, функция которой сводится, с одной стороны, к контролю спутниковой информации, а, с другой, к определению местоположения воздушного судна в тот период времени, когда не обеспечивается целостность системы функциональных дополнений или в случае разрывов зоны действия импульсной дальномерной системы.

Основные критерии концепции PBN, относящиеся к DME/DME/IRU при полетах с использованием RNAV 1 и 2сводятся к следующим:

— наличие возможности автоматического обновления местоположения при применении решения с DME/DME;

— исключение системой зональной навигации средств VOR, находящихся в удаленном расстоянии более чем на 40 м. миль от воздушного судна.

Глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС, GNSS) является ключевым элементом систем связи, навигации и наблюдения организации воздушного движения, посредством которой обеспечивается внедрение зональной навигации и улучшается аэронавигационное обслуживание в общем.

ГНСС представляет собой глобальную систему определения места и времени, включающую одно или несколько созвездий спутников, а также бортовые приемники и систему контроля целостности.

Как было отмечено, ГНСС используется для обеспечения полетов методом зональной навигации на маршруте, при выполнении схем стандартного вылета по приборам (SID), схем стандартного подхода по приборам (STAR), неточного захода на посадку (NPA) и точного захода на посадку.

В настоящее время существует несколько ГНСС:

— GPS – американская спутниковая система;

— ГЛОНАСС – спутниковая система Российской Федерации;

— Galileo – европейская спутниковая система;

— Compass– китайская спутниковая система.

GNSS призвано обеспечить навигационное обслуживание во всех регионах земного шара, включая океанические районы, маршруты и районы аэродромов, и на всех этапах полета, включая заход на посадку вплоть до III категории.По мнению ИКАО внедрение GNSS позволит государствам полностью или частично ликвидировать существующую систему наземных навигационных средств (радиомаяков, систем посадки), но, вместе с тем, ИКАО также призывает к осторожности при полном отказе от традиционных средств.

Системой функциональных дополнений является комплекс технических и программных средств, предназначенный для обеспечения потребителя глобальной навигационной спутниковой системы дополнительной информацией, позволяющей повысить точность и достоверность определения его пространственных координат, составляющих скорости движения и поправки часов и гарантирующей целостность этой системы. Необходимость использования таких систем обусловлена повышенными требованиями к точности в условиях концепции PBN (например, при осуществлении захода на посадку требуемая точность определения высоты измеряется в дециметрах).

В настоящее время существует три вида данных систем:

— бортовые функциональные дополнения (ABAS) представляют собой совокупность алгоритмов работы приемника, обеспечивающих мониторинг целостности, в свою очередь, который можно условно подразделить на два вида — RAIM и AAIM, основанные на использовании избыточной информации.

Основное отличие одного вида мониторинга от другого заключается в источнике поставляемой информации – RAIM основан на использовании информации, поступающей от спутника, а AAIM на информации, поступающей от бортовых систем;

— спутниковые системы функционального дополнения SВАS представляют собой, как правило, несколько наземных станций с известностью высокой степени точности координат их расположения (рис. 5).

 

Направлены данные системы на поддержание увеличения точности сигнала за счет использования спутниковой трансляции сообщений. Одним из достоинств данной системы является обеспечение осуществления захода на посадку с горизонтальным и вертикальным наведением, по критериям APVI /II;

— наземные системы функционального дополнения GBAS представляет собой такую систему, в которой пользователь принимает дополнительную информацию непосредственно от наземного источника, т.е.поправки и другая информация передаются на воздушное судно от наземных станций непосредственно в УКВ диапазоне по линиям цифровой передачи данных, для чего международными организациями выделен отдельный диапазон частот 109117,975 МГц.

Таким образом, можно заключить, что навигационный прикладной процесс представляет собой применение навигационной спецификации и соответствующей инфраструктуры навигационных средств на маршрутах организации воздушного движения, в схемах захода на посадку по приборам и/или в определенном объеме воздушного пространства в соответствии с концепцией воздушного пространства.

Наряду с ними, к факторам, дополняющим проблему обеспечения безопасности полетов, относятся также отсутствие точных посадочных систем, которые сводятся к несовершенным схемам прибытия и вылета, а также к установлению высоких «минимумов» захода на посадку. Данная ситуация принимает более высокую степень сложности на аэродромах, расположенных в горной местности, на которых, в силу их местоположения, не представляется возможным разработать схемы с традиционными зонами учета препятствий, и более того, требуется применение повышенных градиентов на этапе взлета.

Кроме того, урбанизация в настоящее время порождает возникновение ряда проблем другой направленности. Так, рост городов вокруг аэропортов требует уменьшения шумов и сокращения вредоносных выбросов в атмосферу, возникающих в процессе данной деятельности. В тоже время не представляется возможным разработать гибкие короткие схемы, предполагающие также обхождение участков с повышенной чувствительностью к шуму, применяя настоящие схемы посадки по системе ILS. Помимо этого, учитывая, что при снижении происходит увеличение расхода топлива, что, соответственно, приводит к высокому загрязнению окружающей среды, необходимо сокращение самой длины конечного участка захода на посадку.

Решение всех вышеперечисленных проблем также представляется возможным посредством внедрения концепцииPBN, общие положения строятся на следующих постулатах в районе аэродрома:

Как уже было отмечено, схемы с использованием RNAV формируются точками пути (waypoints, WPT, WP), которые задаются географическими координатами – широтой и долготой, и, в свою очередь, которые обязаны быть опубликованы во всемирной системе геодезических параметров Земли (WGS-84), с присвоением уникального идентификатора и наименования каждой из них. Согласно Инструкции по построению схем полетов на маршруте и в районе аэродрома при использовании методов зональной навигации контрольными точками схем с применением RNAV являются следующие точки пути:

— начальная контрольная точка захода на посадку – IAF;

— промежуточная контрольная точка – IF;

— конечная контрольная точка захода на посадку (для неточных заходов на посадку) – FAF;

— точка ухода на второй круг (для неточных заходов на посадку) – MAPt;

— точка разворота при взлете – ТР;

— контрольная точка разворота при уходе на второй круг – MATF;

— контрольная точка ожидания при уходе на второй круг – MAНF.

Точки пути соединяются прямыми, на которых также указывается направление курса и расстояние, заключенное между ними. Разработка схем с использованием RNAV предполагает задействование наименьшего количества точек пути.

Таким образом, схемы захода на посадку, основанные на зональной навигации, разработаны так, что от точки начала захода на посадку до точки пути, которая обозначает завершение участка ухода на второй круг, число, задействованных WP, не превышает 9.

Правила прохождения точек пути подразделяют их на два типа:

— fly-by – это такие контрольные точки, которые предполагают и разрешают упреждение поворота, т.е. назначение такой WP на трассе предполагает ее прохождение воздушным судномна некоторомрасстоянии от нее по внутренней траектории (т.е. не перелетая WP), в свою очередь, которая определяется путевой скоростью и углом между участками;

— fly-over – это такие контрольные точки, которые, напротив, не разрешают и не предполагают упреждение поворота, т.е. назначение такой точки трассе может, как обозначать, так и не обозначать изменение траектории пути воздушного судна при переходе от одного участка к другому. Вместе с тем, данная контрольная точка предполагает непосредственный перелет через нее, что, соответственно, приводит к необходимости возвращения к линии пути следующего участка. Исходя из этого, можно заключить, что назначение данных контрольных точек на трассе особенно не одобряется.

Наглядно траектории пути прохождения данных контрольных точек воздушным судном представлены на рис. 6.

 

Схемы зональной навигации предполагают построение зоны допуска на контрольную точку в виде прямоугольника, размеры которого зависят от точностных характеристик зональной навигации. Схематично это выглядит так (рис. 7):

где ХТТ – значение поперечного допуска 2σ (TSE);

BV – значение буфера.

Присутствие значения буфера в формуле необходимо для учета отклонения погрешностей, превышающих значение трех стандартных отклонений (3σ).

Значение буфера зависят, как от характеристик того или иного воздушного судна (например, скорости), так и непосредственно от этапа полета, и сведены в табл. 1.

Таблица 1 Значения буфера для RNAV на основе GNSS

 

При использовании RNP зоны допуска на контрольную точку определяются кругами с радиусом, равным величине RNP. Это связано с тем, что 95% погрешности RNP также распределены в пределах круга с радиусом, равным величине RNP.

Соответственно, допуски – поперечный (ХТТ) и продольный (АТТ), также равны величине RNP.

Половина ширины зоны для RNP определяется по формуле (3), также как и для RNAV. Значения же буфера для RNP несколько отличны от RNAVи представлены в табл. 3:

Таблица 3 Значения буфера для RNP

 

При использовании RNAV на основе станций DME/DMEточность использования системы (DTT) бортового приемного оборудования определяется следующей формулой:

 

 

 

 

 

 

Значения поперечного и продольного допусков, а также половины ширины зоны учета препятствий рассчитываются для , при условии, что в схеме используются более двух станций DME (т.е. показания, хотя бы двух станций имеются в любой WPT). При других условиях значение .

Допуск на технику пилотирования определяется посредством следующих значений (табл. 5):

Таблица 5 Значения для допуска на технику в разрезе навигационных спецификаций

 

2. Допуск на вычисления в системе (ST) составляет ±463 м.
3. Поперечный (ХТТ) и продольный (АТТ)допуски от линии пути в любой контрольной точке определяются следующими формулами:

ХТТ=±√(DTT^2+FTE^2+ST^2 )

и

АТТ=±√(DTT^2+ST^2 )

Формула для определения значения половины ширины зоны учета препятствий (1⁄2 W) в точке пути идентична формуле (3), которая применяется и для GNSS.

Таковы общие положения навигации, основанной на характеристиках, в районе аэродрома.

---

Страницы:   1   2   3