WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Алгоритм оценки вероятности столкновения при использовании нормального закона распределения аналитически прост и хорошо согласуется с особенностями траекторной и мультирадарной обработки, основанной на использовании многоканального фильтра Калмана. Для двухстороннего экспоненциального закона распределения при оценке уровня безопасности полетов требуется использование значительно больших вычислительных ресурсов, и поэтому применение данной модели оправдано только в ситуациях, когда полеты ВС выполняются в зонах использования глобальных навигационных систем.

В главе также решена задача определения вероятности столкновения ВС в трехмерном пространстве при полетах на трассах. Вычисления проводились при условии нормальности распределения ошибок определения координат и скоростей ВС. В виду того, что определение координат ВС в горизонтальной и вертикальной плоскостях отличаются, в трехмерном алгоритме оценки уровня безопасности полетов на трассах ошибки определения координат были разделены в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Итоговая вероятность столкновения была получена путем разложения и усреднения квадратичной формы:

по малым параметрам и. Здесь, и представленные в трехмерном пространстве минимально возможное расстояние и расстояние, которое требуется пройти до точки максимального сближения бортов (, и, где - математическое ожидание); и - углы между текущим расстоянием между ВС и скоростью сближения бортов в трехмерном пространстве. Было получено следующее выражение для вероятности столкновения ВС:

(6) где. Результирующее выражение для трехмерного случая является громоздким и в автореферате не приведено.

В главе был разработан алгоритм оценки вероятности успешного приземления ВС в трехмерном пространстве. Алгоритм аналитически прост и может использоваться в реальном масштабе времени на современном вычислительном оборудовании. Под правильной посадкой понимается событие, заключающееся в том, что начальное касание самолетом посадочной поверхности (ВПП) происходит на заданном участке, а в момент касания оказываются выполненными заданные ограничения на значение вертикальной скорости и на отклонение от курса.

Для вероятности правильной посадки было получено следующее выражение:

(7) Вычисления проводились при условии нормальности закона распределения ошибок определения координат и скоростей.

Третья глава диссертационной работы посвящена сравнению предлагаемых алгоритмов расчета вероятности столкновения ВС и вероятности успешного приземления ВС с известными алгоритмами, анализ которых был дан в главе 1. Сравнение результатов оценки вероятности столкновения и уровня безопасности для различных алгоритмов в работе было проведено на основе: моделирования простейших сценариев возникновения конфликтных ситуаций в воздухе; использования специально созданного имитатора, который позволяет с максимальной достоверностью моделировать воздушную обстановку в контролируемой зоне УВД; воспроизведения реальных записей воздушного движения в зонах УВД РФ и стран ближнего зарубежья. В качестве простейших модельных ситуаций для определения качества оценивания вероятности столкновения двух ВС на пересекающихся трассах используются два тестовых сценария. В первом тестовом сценарии имитировалось столкновение ВС: самолеты сближались на расстояние меньше удвоенного максимального размера ВС. Во втором - ВС также сближались, двигаясь по пересекающимся трассам, но минимальное расстояние между ними в момент кульминации конфликта было равно 2.5 км, т.е. столкновения не было. Результаты моделирования приведены на графиках (рисунок 1).

Рисунок 1 - Изменение вероятности столкновения во времени (первый и второй тестовые сценарии) Из рисунка 1 видно, что предложенный в работе алгоритм показал высокую чувствительность к динамике изменения взаимного положения ВС. В отличие от рассмотренных в главе 1 методов график изменения оценки вероятности столкновения во времени для разработанного алгоритма является несимметричным: для первого сценария оценка вероятности столкновения монотонно растет и достигает максимума в момент столкновения, а для второго по мере развития конфликта оценка вероятности монотонно уменьшается. Таким образом, предлагаемый алгоритм позволяет различить ситуации, которые для проанализированных в главе 1 алгоритмов фактически представляются одинаковыми. Кроме того, синтезированный алгоритм позволяет не только оценить вероятность столкновения, но и заблаговременно предсказать возможность возникновение столкновения между ВС.

В главе дан анализ влияния величины ошибок определения координат на качество оценивания вероятности столкновения ВС. Определены чувствительность алгоритмов к величине этих ошибок, а также допустимые значения ошибок определения координат для РЛС, при которых ошибка вычисления вероятности столкновения является допустимой. Для этого на основе моделирования двух вышерассмотренных сценариев оценивались риск и вероятность столкновения в момент кульминации конфликта при различном уровне ошибок определения координат ВС. Результаты расчетов приведены на рисунках 2-3.

Рисунок 2 - Риск и вероятность столкновения как функции СКО по дальности и по азимуту (первый тестовый сценарий) Рисунок 3 - Риск и вероятность столкновения как функции СКО по дальности и по азимуту (второй тестовый сценарий) Из рисунков следует, что алгоритмы NLR и ГосНИИ "Аэронавигации" более критичны к величине ошибок, чем алгоритм NASA и предлагаемый алгоритм.

В главе определена точность, с которой необходимо оценивать местоположение ВС в воздушном пространстве для вычисления риска и вероятности столкновения. Оказалось, что для качественной оценки уровня безопасности полетов необходимо, чтобы СКО измерения дальности и азимута ВС не превышали 50 м и 2' соответственно. Данные значения больше, чем соответствующие характеристики радиолокаторов, используемых в системах УВД. Поэтому для успешной оценки уровня безопасности необходимо использовать информацию, полученную объединением данных с нескольких радиолокационных позиций, либо перейти на автоматическое зависимое наблюдение (АЗН), которое предполагает определение местоположение ВС по сигналам глобальных спутниковых навигационных систем.

С целью имитации различных потенциально опасных ситуаций в воздухе в ходе выполнения работы был создан специальный имитатор воздушной обстановки в зоне УВД. Имитатор позволяет разыгрывать любые сценарии взаимного перемещения ВС в произвольно выбранной зоне системы УВД РФ и моделировать поток отметок, поступающих от обслуживающих зону РЛС в АС УВД. Столкновение ВС в воздухе имитировались путем моделирования процесса самонаведения нескольких ВС на самолет, совершающий полет по заранее выбранной трассе. В качестве методов самонаведения были использованы метод погони (траектория наведения имеет максимальную кривизну) и метод параллельного сближения (кривизна траектории минимальна).

Рисунок 4 - Сегменты воздушного пространства в горизонтальной плоскости. Метод погони и метод параллельного сближения Поток сгенерированных имитатором отметок РЛС предъявлялся специально созданному программно-аппаратному комплексу, предназначенному для оценки уровня безопасности полетов в зонах УВД (см. далее гл. 4). На рисунке 4 показан экран дисплея комплекса. Все контролируемое воздушное пространство в горизонтальной плоскости разбито на сегменты. Сегменты, через которые пролетают ВС, окрашиваются в цвет, который определяется величиной вероятности столкновения согласно легенде, помещенной в правом верхнем углу экрана. Зеленый цвет соответствует величине вероятности столкновения меньшем порога, значение которого соответствую заданному уровню безопасности. Изменение цвета сегмента свидетельствует о том, что величина вероятности столкновения начинает превышать данное значение.

Моделирование показало, что при имитации столкновения с использованием самонаведения методом параллельного сближения конфликтная ситуация обнаруживается раньше, чем при методе погони (рисунок 4), это вызвано тем, что вблизи точки столкновения траектория движения наводимого ВС при методе погони имеет большую кривизну.

При методе параллельного сближения величина вероятности столкновения начинает превышать уже при расстоянии между ВС равном 40-50 км. Для метода погони это расстояние равно 10-20 км. Проведенное математическое моделирование подтвердило работоспособность метода оценки уровня безопасности полетов на трассах при движении ВС по траекториям с большой кривизной вблизи точки столкновения.

В главе дан анализ результатов тестирования синтезированного алгоритма по реальным записям воздушной обстановки. Практически во всех использованных часовых файлах уровень безопасности полетов не превышал уровня TLS (рисунок 5). Однако среди "проигранных" файлов была найдена одна часовая запись, в которой было зафиксировано превышение вероятностью столкновения ВС заданного порогового уровня (рисунок 5). В закрашенном синим цветом сегменте воздушного пространства среднее значение вероятности столкновения принадлежит интервалу.

Анализ обнаруженного конфликта показал, что имел место факт нарушения норм эшелонирования при пересечении ВС попутного эшелона.

Самым интересным результатом при анализе данной часовой записи явилось то, что спустя тридцать минут в том же сегменте пространства происходит еще одно аналогичное нарушение. Таким образом, полученные результаты позволяют сделать некоторые предположения о причинах наблюдавшихся нарушений. Так как на других временных интервалах в данном сегменте пространства никаких происшествий не наблюдалось, то можно предположить, что вероятными причинами возникновения конфликта были либо "человеческий фактор" (ошибка диспетчера), либо наличие "узкого места" в системе организации воздушного пространства.

Рисунок 5 - Диаграмма распределения вероятности столкновения в зоне ответственности центра УВД (без превышения и с превышением уровня безопасности полетов) Рисунок 6 - Зависимость вероятности правильной посадки ВС (первый, второй, третий и четвертый тестовые сценарии) от времени В заключение главы дан сравнительный анализ алгоритмов оценки вероятности правильной посадки ВС. Для этого было проведено математическое моделирование с использованием четырех сценариев: ВС совершает посадку без нарушений, первое касание ВС посадочной полосы происходит за допустимыми пределами, скорость снижения ВС превышает допустимое значение, ВС отклоняется от заданного курса (рисунок 6).

Из результатов проведенных тестов следует, что синтезированный алгоритм оценки вероятности правильного приземления показал высокую чувствительность к моменту первого касания посадочной поверхности, к ограничению на вертикальную скорость, а также к отклонению от заданного курса снижения. Разработанный алгоритм является трехмерным. Он учитывает большее количество информации о ходе выполнения посадки (ошибки определения координат и скоростей), чем метод С.Л. Семакова. Кроме того, в данном алгоритме рассчитывается непосредственно вероятность правильной посадки ВС, а не интервал, в который заключена вероятность правильной посадки, как в случае метода С.Л. Семакова.

Четвертая глава посвящена вопросам реализации разработанных алгоритмов оценки уровня безопасности полетов. Полученные и проанализированные алгоритмы оценки вероятности возникновения потенциально опасных конфликтов при полетах ВС положены в основу созданного в ЗАО "Пеленг" (г. Санкт-Петербург) программноаппаратного комплекса контроля уровня безопасности в зонах УВД. Данный комплекс является составным элементом автоматизированного рабочего места (АРМ) менеджера по безопасности полетов. Структурная схема программно-аппаратного комплекса представлена на рисунке 7. Он включает две связанные системы: приема и обработки радиолокационной информации и оценки соблюдаемого уровня безопасности полетов (рисунок 7).

Рисунок 7 - Структурная схема программно-аппаратного комплекса Система приема и обработки радиолокационной информации по каналам связи (коммутируемые линии, Ethernet) получает радиолокационную или иную информацию о местоположении ВС в контролируемой зоне (отметки или треки ВС). Эта информация поступает в блок траекторной (мультирадарной) обработки. Блок построен на основе многоканального фильтра Калмана, где происходит формирование объединенных треков ВС в контролируемой зоне, и блока идентификации отметок, в котором происходит отождествление отметок ВС, приходящих от разных источников.

Система оценки соблюдаемого уровня безопасности полетов на основании данных (экстраполированных оценок местоположения и корреляционных матриц ошибок объединенных треков), получаемых из многомерного фильтра Калмана, вычисляет соблюдаемый уровень безопасности, максимальную вероятность конфликта, максимальный риск столкновения и число конфликтных ситуаций на интервале наблюдения. Оценка соблюдаемого уровня безопасности сравнивается с целевым уровнем безопасности (TLS). На основании сравнения выносится решение о выполнении системой УВД своих функций по обеспечению безопасности полетов.

Информация по безопасности полетов представлена в виде графиков (рисунок 8), диаграмм (рисунок 9) и протокола нарушений.

Рисунок 8 - График зависимости вероятности столкновения от времени Рисунок 9 - Пример отображения диаграммы уровня безопасности полетов в сегментах воздушного пространства В результате тестирования программно-аппаратного комплекса в реальных условиях эксплуатации были сформулированы основные направления использования:

1. диагностика системы УВД и ее отдельных элементов в интересах оценки возможности обеспечения заданного уровня безопасности полетов;

2. определение "узких мест" системы УВД, снижающий обеспечиваемый данной системой уровень безопасности полетов;

3. планирование и оценка эффективности мероприятий по повышению уровня безопасности системы УВД.

В настоящее время программно-аппаратные комплексы тестируются в Минском и Ереванском центрах УВД.

В Заключении сформулированы основные результаты проведенных исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ В диссертационной работе достигнута заявленная цель, поставленные задачи решены.

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Проведен анализ используемых в настоящее время алгоритмов оценки уровня безопасности полетов на трассах и при посадке. Показано преимущество вероятностных методов перед геометрическими методами. Определен перечень свойств алгоритма оценки соблюдаемого уровня безопасности полетов, который был бы конкурентно способным по сравнению с существующими в настоящее время.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»