5 мая, 2009

Проблемы ближней навигации (1)

Статистика свидетельствует, что большая часть предпосылок к авиационным происшествиям авариям и катастрофам с воздушными судами происходит в аэродромных зонах, где воздушные суда осуществляют маневры после осуществления взлета и при заходе на посадку. Навигационные ошибки при этом просто не допустимы. В этой связи инструментальные возможности систем ближней навигации в значительной степени определяют уровень безопасности полетов воздушных судов в аэродромных зонах и на маршрутах подхода. В предлагаемой статье речь пойдет о роли и месте перспективной отечественной системы ближней навигации в общей системе управления воздушным движением.

Развитие радионавигационных средств (РНС) на протяжении всей истории их существования неизменно стимулировалось расширением области применения и усложнением задач, возлагавшихся на них, и, прежде всего ростом требований к их дальности действия и точности. Если в первые десятилетия радионавигационные системы обслуживали морские корабли и самолеты, то затем состав их потребителей значительно расширился и в настоящее время охватывает все категории подвижных объектов, принадлежащих различным ведомствам. Если для первых амплитудных радиомаяков и радиопеленгаторов была достаточна дальность действия в несколько сотен километров, то затем постепенно требования к дальности возросли до 1-2,5 тыс. км (для внутриконтинентальной навигации) и до 8-10 тыс. км (для межконтинентальной навигации) и, наконец, превратились в требования глобального навигационного обеспечения.

Что касается точности, то поначалу устраивала точность в несколько километров, затем оказалось возможным реализовать точности в сотни метров и, наконец, с появлением технических возможностей для создания сетевых РНС удалось удовлетворить требованиям на уровне десятка метров. Но требования продолжают ужесточаться, возникает необходимость в дециметровых и сантиметровых точностях, которые можно обеспечить, совершенствуя сетевые РНС и применяя в них дифференциальный режим работы.

Известно, что основными средствами радионавигационного обеспечения полетов в бывшем СССР до начала 1990-х гг. служили приводные радиостанции и отечественная радиотехническая система ближней радионавигации (РСБН). Приводные радиостанции устанавливаются в основном в точках излома воздушных трасс на маршрутах регулярного полета гражданской авиации, в районах аэродромов и служат для вывода воздушных судов на эти точки.

Ошибки пеленгования при использовании приводных радиостанций и автоматических радиокомпасов (ПРС/АРК) могут составлять от 5 и более градусов, что ограничивает возможности выдерживания требуемой точности полетов по заданному маршруту, особенно на значительных удалениях от (ПРС/АРК).

Этот тип радиомаяков разрабатывался в основном для военной авиации и работал не в разрешенном для гражданской авиации диапазоне частот. Естественно, они не удовлетворяли стандартам ИКАО на радиотехнические средства ближней навигации, содержащиеся в Приложении 10 ИКАО.

В связи с этим в начале 1990-х гг. было принято решение о снятии с эксплуатации в гражданской авиации этих радиомаяков и о постепенном переходе на международные средства ближней навигации:

VOR-VHF (Very High Frequency) Omni-Direction Rang - всенаправленный радиомаяк измерения азимута;

DVOR - Doppler VHF (Very High Frequency) Omni-Direction Rang - доплеровский всенаправленный радиомаяк измерения азимута;

DME - Distance Measuring Equipment - радиомаяк измерения наклонной дальности.

Радиомаяки VOR (DVOR)/DME использовались в бывшем СССР только на отдельных международных аэродромах и закупались у зарубежных производителей.

Радиомаяки VOR предназначены для установки в условиях "ровного" рельефа местности, не искажающего выходных характеристик радиомаяка. В условиях сложного рельефа местности (горный рельеф, значительные неровности и др.) должны устанавливаться доплеровские радиомаяки (DVOR), имеющие специальную антенную систему, позволяющую получать требуемые выходные характеристики в таких районах.

Радиомаяки азимутальный и дальномерный рекомендованы IСАО как основные средства обеспечения полетов самолетов гражданской авиации. Технические параметры соответствуют нормам IСАО. Погрешность информации об азимуте + 1 градус. Погрешность информации по дальности + 75 м. Основные форматы сигналов радиомаяков представлены в таблице 1.

Детали антенного устройства радиомаяка DVOR 2000

Следует отметить, что после принятия решения об обязательном использовании радиомаяков VOR (DVOR) и DME на трассах и аэродромах гражданской авиации отечественная промышленность разработала радиомаяки VOR и DME , которые успешно функционируют в Российской Федерации и в некоторых государствах СНГ. Однако до прошлого года отечественных доплеровских радиомаяков DVOR не производилось.

Летом 2006 г. в аэропорту г. Махачкала были закончены сертификационные испытания первого отечественного азимутального доплеровского радиомаяка DVOR 2000 и дальномерного радиомаяка нового поколения DME 2000, разработанных ОАО "ПО "Азимут".

Вид аппаратного шкафа радиомаяка DME 2000

Радиомаяки успешно прошли испытания, получили сертификаты типа оборудования и рекомендованы для использования в Аэронавигационной системе Российской Федерации.

В состав радиомаяка DVOR 2000 входят: аппаратная (контейнер с аппаратурой); антенная система; две контрольные антенны и устройство дистанционного управления RCE 2000. Аппаратура формирования сигналов, управления и контроля радиомаяка размещается в контейнере, снабженном системой терморегулирования. Антенная система состоит из одного центрального и 48 кольцевых излучателей, расположенных по окружности диаметром 13,5 м. Излучатели антенной системы установлены на отражателе диаметром 30 м.

Основные технические характеристики доплеровского радиомаяка DVOR 2000 представлены в таблице 2.

В состав радиомаяка DME 2000 входят стойка (шкаф) приемоответчика, приемопередающая антенна, комплект соединительных кабелей, а также аппаратура дистанционного управления. Конструкция шкафа и модулей выполнена по стандарту МЭК 297 (Евромеханика). В аппаратуре радиомаяка применяются унифицированные модули, платы и устройства, а также современная элементная база и технология поверхностного монтажа. В канале приема и обработки применены два цифровых сигнальных процессора с тактовой частотой 300 МГц. Цифровая обработка входных сигналов ведется непосредственно на промежуточной частоте.

Большая часть предпосылок к авиационным происшествиям авариям и катастрофам с воздушными судами происходит в аэродромных зонах.

Основные технические характеристики доплеровского радиомаяка DME 2000 представлены в таблице 3 .

Размещение и использование радиомаяков VOR (DVOR) и DME зависит, в основном, от структуры воздушных трасс, используемых норм эшелонирования воздушных судов, организации воздушного пространства и методов управления воздушным движением в аэродромном и во внеаэродромном воздушном пространстве.

Основная идея размещения наземных радиомаяков на воздушных трассах и на аэродромах сводится к необходимости удержания воздушного судна в пределах заданной ширины установленного воздушного коридора. На ранних стадиях оснащения воздушных судов отдельными датчиками навигационной информации (1950-1970 гг.), включая приемники VOR/DME, не объединенными в автоматизированные бортовые системы, размещение наземных радиомаяков VOR (DVOR)/DME производилось таким образом, чтобы обеспечить так называемое защищенное воздушное пространство, предусматривающее 95% удержание воздушного судна в пределах заданного коридора полета.

В Российской Федерации выбор позиций размещения наземных радиомаяков должен быть обусловлен в настоящее время необходимостью обеспечения выдерживания заданной ширины воздушных коридоров для 95% уровня вероятности и для обеспечения выполнения требований радионавигационного параметра RNP (Required Navigation Performance).

Термин RNP согласно "Руководству по требуемым навигационным характеристикам ИКАО" (Doc. 9613) определяется как показатель точности навигационных характеристик в пределах определенного воздушного пространства, основанной на сочетании среднекватратических ошибок навигационного датчика, бортового приемника, устройств отображения данных измерения и ошибок, обусловленных техникой пилотирования.

Тип RNP основывается на значении точности выдерживания навигационных характеристик, которое должно обеспечиваться в течение, по крайней мере, 95% времени всеми типами воздушных судов, выполняющими полеты в пределах этого воздушного пространства.

Азимутальный радиомаяк DVOR 2000

В настоящее время ИКАО установлены пять стандартных типов RNP, предназначенных для общего применения при полетах по маршрутам. Такими типами являются: RNP1; 4; 10; 12,6; 20. Эти типы RNP соответственно предусматривают следующие значения точности: +1м.миля (+1,85 км); +4 м.мили (+7,4 км); +10 м.миль (+18,5 км); +12,6 м.мили (+23,3 км); +20 м.миль (+37 км).

При соответствующем размещении наземные радиомаяки VOR и DVOR нового поколения совместно с радиомаяками DME могут обеспечить весь перечень требуемых навигационных параметров обеспечения полетов. Поскольку требуемые уровни навигационных характеристик меняются по районам воздушного пространства в зависимости от интенсивности воздушного движения и сложности маршрутов, полномочные органы организации воздушного движения должны устанавливать конкретный тип RNP в определенном районе воздушного пространства в зависимости от зон действия навигационных средств, их точности, готовности, надежности, частоты обновления информации и пропускной способности. Все это требует наличия у этих полномочных органов полной номенклатуры навигационных средств, пригодных для эксплуатации в конкретных районах.

Своевременность разработки и сертификация отечественного азимутального доплеровского радиомаяка DVOR 2000 и дальномерного радиомаяка DME 2000 дает возможность существенно расширить навигационные возможности в различных регионах России, в том числе в районах со сложным рельефом и в районах с плотной городской застройкой.

Это в значительной степени повышает уровень безопасности самолетовождения при выполнении процедур входа в зону аэродрома и осуществлении маневрирования в аэродромной зоне при все возрастающих уровнях самолетопотоков.

Радионавигационное поле ближней навигации, создаваемое и совершенствуемое в Российской Федерации на основе перспективных наземных радиомаяков VOR (DVOR)/DME, будет основным радионавигационным полем по крайней мере в ближайшие 10-15 лет.

Внедрение новых спутниковых технологий навигации и самолетовождения будет поэтапно усиливать возможности систем ближней навигации (интегрировано дополняя друг друга), повышая целостность систем ближней и зональной навигации.

В самой ближайшей перспективе с внедрением в Российской Федерации новых технологий организации воздушного движения на основе автоматического зависимого наблюдения и других перспективных технологий роль наземного навигационного оборудования с повышенными техническими и надежностными характеристиками будет объективно возрастать.

В этой связи отечественные радиомаяки нового поколения имеют большой запас технологической и функциональной модернизации, который, безусловно, позволит поэтапно решать все проблемы ближней навигации и будет всегда соответствовать самым жестким международным требованиям.