CC BY
158
Автоматические изменения возможны в той ее части, которая соответствует так называемому периоду pre-departure (до наступления событий, контролируемых органом ОВД).
Для тактического периода (или периода departure), соответствующего событиям, контролируемым уже непосредственно органом ОВД, формируется неизменяемая (автоматически процедурой DMAN) оптимизированная последовательность. Она контролируется по фактическим значениям времени событий АТЕ°Щ (me М, M — множество событий, контролируемых органом ОВД и учитываемых в событийной модели DMAN), и изменения в ней могут происходить в результате ручных вводов Мп (n^N, N — множество авторизированных рабочих мест) со стороны диспетчера ОВД: S , = ГSZ",М„,АТЕ°т~\. □
opt opt ' п' m J
Литература
1. Common trajectory prediction capability for decision support tools, Sip Swierstra, Eurocontrol HO, Brussels, Belgium; Steven M. Green, National Aeronautics and Space Administration Ames Research Center, Moffett Field, CA. URL: http://www.atmseminar.org/ seminarContent /seminar5/papers/p_059_DS.pdf.
2. EUROCONTROL - AMAN Guidelines 2010. Edition Number 0.1: 17th Dec 2010. Proposed Issue.
3. EUROCONTROL - The EUROCONTROL DMAN Prototype. Description of DMAN in the A-CDM context. Edition Number 0.4: 14.12.2010. Working Draft.
4. Airport CDM Operational Concept Document, Edition 3.0, September 2006, EUROCONTROL - DAP/AOE/CDM/05/04/05-1.
5. Крыжановский Г. А., Купин В. В., Солодухин В. А. Учет активности эргатических элементов при организации и управлении потоками воздушного движения // Состояние и перспективы развития автоматизированных систем планирования использования воздушного пространства в РФ (ПИВП-2011): Сб. тр. Российск. науч.-техн. семинара 22-24 ноября 2011 г. М.: ФГУП «ГосНИИАС», 2011. С. 19-27.
6. Пытьев Ю. П. Возможность, как альтернатива вероятности. М.: Физматлит, 1999. 212 с.
7. Смольяков Э. Р. Теория конфликтных равновесий. М.: Едиториал УРСС, 2005. 304 с.
8. Новиков Д. А. Теория управления в организационных системах. М.: МПСИ, 2005. 584 с.
9. Федеральные правила использования воздушного пространства Российской Федерации. Утверждены Постановлением Правительства Российской Федерации от 11 марта 2010 г. № 138.
10. Поспелов Д. А. Ситуационное управление: теория и практика. М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1986. 288 с.
Особенности эксплуатации и повышение эффективности радиотехнического оборудования для обеспечения полетов
вертолетов в горной местности
В условиях горной местности распространение радиоволн имеет свои особенности, что оказывает влияние на работу радиотехнического оборудования: увеличивается погрешность измерительных приборов, ухудшается качество связи и т. п. Это существенно влияет на безопасность полетов. Для организации хорошей связи и эффективной работы радиотехнических средств в горах необходимо грамотное размещения оборудования и планирование маршрутов полета, выбор оптимального способа ретрансляции сигналов, комплексное использование систем навигации, а также наличие опыта эксплуатации оборудования с учетом особенностей горной местности.
В. М. Дегтярев,
доктор техн. наук, профессор,
главный специалист
ОАО «Холдинговая компания «Ленинец»
Я. М. Далингер,
канд. техн. наук, заведующий кафедрой прикладной математики, проректор по информатизации и региональному образованию СПбГУГА
В. А. Дмитриев,
канд. техн. наук, доцент кафедры летной эксплуатации и профессионального обучения авиационного персонала СПбГУ ГА
В. Е. Каленов,
аспирант кафедры летной эксплуатации
и профессионального обучения авиационного персонала СПбГУ ГА
Современные вертолеты имеют навигационно-пилотаж-ное оборудование, которое позволяет выполнять полеты днем и ночью в простых и сложных метеорологических условиях, на предельно малых высотах, в горных районах и над водным пространством, в районах вечной мерзлоты и в условиях высоких температур.
Исключение возможности ведения визуальной ориентировки при полетах в облаках и за облаками, а также над безориентированной местностью приводит к необходимости использования наземных и бортовых радиотехнических средств для обеспечения связи, анализа воздушной и метеорологической обстановки, контроля параметров полета и определения местоположения вертолета. Однако условия эксплуатации радиотехнического оборудования в горной местности имеют свои особенности, заключающиеся в распространении радиоволн. Данное обстоятельство приводит к увеличению погрешности измерительных приборов, ухудшению качества связи и низкой эффективности радиоаппаратуры, что существенно влияет на безопасность выполнения полетов.
В настоящее время разработкой и созданием авиационного радиотехнического оборудования заняты ФГУП «ЦНИИ „Электроприбор"» (Санкт-Петербург), ОАО «Навигатор» (Санкт-Петербург), ОАО «МКБ „Компас"», ОАО «Раменский приборостроительный завод», ОАО «Смоленский авиационный завод», ХК «Ленинец» (Санкт-Петербург), ОАО «Авангард» (Санкт-Петербург) и другие организации.
Влияние рельефа горной местности на функционирование радиотехники
Практика эксплуатации авиационного радиоэлектронного оборудования в условиях, приближенных к однородной среде («воздух — воздух»), подтверждает теорию прямолинейного распространения радиоволн (с постоянной скоростью, подобно световым лучам). Но чаще всего работа радиотехнических средств осуществляется в условиях, ограниченных земной или иной поверхностью, обладающей специфическими свойствами. Так, например, поверхность Земли сильно влияет на распространение радиоволн, причем сказываются как физические свойства поверхности, так и ее геометрическая форма.
Влияние физических свойств земной поверхности на распространение радиоволн связано с тем, что под воздействием этих волн в земной коре возникают электрические токи высокой частоты, которые наиболее сильны вблизи антенны передатчика. Следствием влияния физических свойств земной поверхности на распространение радиоволн является их поглощение или отражение. Данные явления зависят от структуры земной поверхности, ее состава, мно-гослойности, влажности, температуры, а также от рабочей частоты. Поэтому почву принято условно разделять на твердую (грунт) и жидкую (водный раствор солей) компоненты. При этом величина диэлектрической проницаемости (е) жидкого компонента существенно больше, чем твердого компонента. Так, влажная почва для метровых и более коротких волн может рассматриваться как диэлектрик. Для волн сантиметрового диапазона все виды земной поверхности проявляют свойства, близкие к свойствам идеального диэлектрика.
Рельеф горной местности оказывает существенное влияние на распространение радиоволн. Это влияние зависит от высоты гор И, горизонтальной протяженности горной системы 1 и угла падения волны на поверхность 0пад (рис. 1).
При увеличении 0пад условия распространения радиоволн нарушаются: энергия волны рассеивается, напряженность поля в направлении отраженного луча уменьшается.
Если рельеф горной местности оказывает влияние на распространение радиоволн, то волну следует рассматривать как луч,
Рис. 1. Рассеяние радиоволн в горной местности
отраженный земной поверхностью по законам геометрической оптики. В данном случае имеют место интерференции прямого и отраженного лучей (рис. 2).
При распространении средних и коротких радиоволн интерференция возникает за счет прихода в данную точку волн, прошедших различные пути в тропосфере, либо за счет их отражения от рельефа и местных предметов. Сложение в пространстве двух или нескольких радиоволн приводит к усилению или ослаблению амплитуды результирующей волны и является одной из причин изменения качества ведения радиосвязи, при котором происходит смена хорошей слышимости на замирание приема и уменьшение слышимости до нуля.
В случае интерференции радиоволн на дисплеях радиолокационных станций наблюдается раздвоение изображения отметок воздушных судов или облачных систем. Отраженные волны проходят более длинный путь, чем расстояние между передающей и приемной антеннами, и поэтому запаздывают, давая картину, сдвинутую в направлении развертки электронного пучка в кинескопе.
Результатом влияния горной местности на распространение радиоволн также являются разнообразные проявления дифракции идущих от излучателя волн. Холмы, горы, ущелья и другие неровности рельефа являются препятствием на пути следования радиоволн. Препятствия имеют произвольную форму и могут быть как непрозрачными, так и полупрозрачными для радиоволн.
Дифракция имеет зависимость от соотношения между длиной волны и размерами тела, находящегося на пути ее распространения. Дифракция волн заметно проявляется тогда, когда размеры препятствия соизмеримы с длиной волны или меньше ее. Например, горная цепь отбрасывает «радиотень» в случае коротких волн, в то время как достаточно длинные волны хорошо огибают это препятствие и на горном склоне, противоположном радиостанции, ослабляются незначительно.
Высокие холмы, горы и другие неровности рельефа уменьшают дальность ведения радиосвязи и образуют затененные области. Например, расстояние коротковолновой (КВ) связи уменьшается до 10-12 км, если горная вершина имеет относительное превышение над радиостанциями более 100 м; если же между радиостанциями находятся несколько вершин с относительным превышением 200400 м, дальность связи уменьшается до 9-10 км. Крупные, куполо-
Земля
Рис. 2. Интерференция прямого и отраженного лучей
образные горы снижают дальность КВ-связи до 5-6 км, а неровные зубчатые горы ограничивают ее до 4-5 км.
Дифракция радиоволн может играть полезную роль: перераспределение энергии волны приводит к усилению радиосигнала за препятствием вследствие интерференции прямых и отраженных от поверхности Земли волн.
Рельеф горной местности создает отраженный сигнал не только в направлении угла отражения, равного углу падения, но и в других направлениях, включая обратное. Поэтому наличие неровностей приводит к уменьшению эффективного коэффициента отражения в направлении зеркального луча (рис. 1). Наибольшее влияние оказывают складки рельефа при отражении ультракоротких и особенно сантиметровых и миллиметровых радиоволн. Поэтому очень короткие волны распространяются в пределах прямой видимости. И наоборот, чем больше длина волн, тем лучше они огибают неровности земной поверхности.
Фактор погодных условий
При создании новых образцов авиационного радиоэлектронного оборудования и систем обслуживания воздушного движения не исключается зависимость распространения радиоволн от погодных условий. В свою очередь, развитие синоптических процессов и формирование условий погоды в горных районах имеют особую специфику, что усложняет анализ и прогноз метеоусловий по горным воздушным трассам, горным аэродромам и площадкам.
Синоптические процессы горных районов так же разнообразны, как и их рельеф. Облачные системы, закрывающие вершины гор и перевалов, туманы и высотные дымки, песчаные и пыльные бури, снегопад, грозовая деятельность и другие метеорологические условия и явления погоды, формирующиеся в горах, оказывают влияние на распространение радиоволн. Например, более короткие волны испытывают заметное ослабление в капельных образованиях и осадках (дождь, град, снег, туман). Ослабление обусловлено процессами поглощения и рассеяния.
Каждая капля воды обладает значительной проводимостью. Капельные образования получают от приходящей волны энергию, которая превращается в теплоту и только частично передается вторичным волнам (рис. 3). Являясь источником вторичного рассеянного излучения, капельные образования ослабляют прямой сигнал. Например, дальность распространения сантиметровых и миллиметровых волн при пасмурной погоде уменьшается. Поглощение сантиметровых волн во влажном воздухе составляет 0,01 дБ/км, на частоте 24 ГГц наблюдается резонансное поглощение в водяном паре (0,2 дБ/км). Во время дождя происходит поглощение и рассеяние от 0,1 до 10 дБ/км (в зависимости от интенсивности дождя).
Дальность распространения метровых и дециметровых волн практически не зависит от метеоусловий. Однако в отдельных случаях облачные системы увеличивали дальность распространения радиоволн. Так, на метровых волнах наблюдался факт дальнего приема вследствие рассеяния радиоволн в неоднородностях атмосферы и отражения от областей ионосферы с повышенной ионизацией.
А
^^777Г7777777ТУ777777777777;
Рис. 3. Рассеивание радиоволн в капельных образованиях
В связи с распространением радиоволн в горной местности особо следует сказать о дифракции в средах, отличающихся электрическими свойствами. К ним относятся грозовые облака, электризованный горный воздух, заряженные частицы ионосферы и другие неоднородности. В результате распространения радиоволн в грозовых облаках из-за атмосферных разрядов и электризации корпуса вертолета возникают помехи радиоприему. Они бывают настолько интенсивными, что в телефонах появляется характерный треск, а радиокомпас начинает работать неустойчиво с колебаниями стрелки в пределах 10-20 градусов. Данные особенности становятся причиной ошибок в снятии радиопеленгов и мешают прослушиванию информации. В итоге слышимость, точность контроля пути и определение навигационных элементов в полете уменьшаются.
Наличие ионосферы не только создает возможность для передачи информации по КВ-и УКВ-связи на большие расстояния, но и позволяет радиоволнам обогнуть земной шар. В данном случае ионосфера является поверхностью (зеркалом), обладающей отражающей способностью для радиоволн и образующей с поверхностью Земли волновод (рис. 4).
Дальность распространения радиоволн зависит от времени суток и солнечной активности. Так, при восходе или заходе солнца радиосигналы длинноволнового и средневолнового диапазонов можно принимать на более дальних расстояниях, чем днем.
Под влиянием различных метеорологических условий в тропосфере может возникнуть изменение показателя преломления с высотой, определяющего нормальную рефракцию. Это явление приводит к искривлению, а в некоторых случаях — к отражению радиоволн в нижних слоях тропосферы (рис. 5).
Сложности организации связи
Профиль полета оказывает ключевое влияние на качество связи и работу радиотехнических средств. Особую сложность представляют полеты в горах с крутыми склонами и обрывами, острыми гребнями и резкими выступами скал.
Дальность действия приводных радиостанций (ПРС), расположенных в горных районах, примерно в 2 раза меньше, чем
Рис. 4. Траектории ультракоротких волн в тропосферном волноводе
Рис. 5. Рефракции радиоволн в тропосфере
находящихся в равнинной местности. Экранирующее действие гор значительно уменьшает дальность действия угломерно-даль-номерных радионавигационных систем и наземных радиолокационных станций.
Связь по УКВ-радиостанции вне прямой видимости часто неэффективна ввиду поглощения волн складками местности и местными предметами.
Из-за особенностей распространения радиоволн и резкого изменения рельефа местности неустойчиво работают радиовысотомер, доплеровские измерители ДИВ-1 и ДИСС-15. Погрешности в измерении основных параметров полета приборами анероидно-мембранной группы в горной местности так же возрастают.
На работу радиокомпаса оказывают влияние ошибки «горного эффекта», проявляющиеся при полете вблизи гор и на предельно малых высотах. При этом колебания стрелки радиокомпаса могут достигать 20-30 градусов, а с некоторых направлений стрелка радиокомпаса иногда показывает ложный проход ПРС за 25-30 км до нее. В процессе подготовки и выполнения полетов в горной местности следует учитывать, что точность определения места вертолета с применением радионавигационной системы (РНС) составляет 7-14 % средней дальности до пеленгуемых ПРС при углах пересечения линий положения в пределах 30-150 градусов.
При организации связи и радиолокационного обзора в горах возникают другие проблемы. В их числе — сложность установки антенн. Твердая каменистая земля увеличивает время установки заземляющих проводов и растяжек. Ветровая обстановка и наклон поверхности затрудняют ориентирование и настройку антенн. Кроме того, ветер часто срывает мачты антенн, а снежные бури и обледенение приводят к отложению льда и снижению мощности передачи. Следует также добавить, что установленная в горах антенна более подвержена ударам молний.
Еще одна проблема организации связи состоит в том, что в условиях ограниченности энергоресурсов трудно добиться бесперебойного обеспечения потребителей электропитанием. Стандартные аккумуляторные батареи, используемые в комплектах аварийных радиостанций, не приспособлены к холодам, и поэтому высоко в горах необходимы более дорогие элементы питания (например, литиевые) или альтернативные источники.
Методы повышения эффективности использования радиоэлектронного оборудования
Таким образом, из-за вышеперечисленных особенностей распространения радиоволн в горной местности радиосвязные и радионавигационные средства работают неустойчиво, дальность их действия уменьшается, а величина погрешностей измерительных приборов увеличивается. Это в значительной степени снижает точность вертолетовождения и безопасность полетов. Данные обстоятельства требуют глубокого понимания физической сущности распространения радиоволн при эксплуатации радиотехнических средств и разработки альтернативного оборудования, основанного на других принципах передачи информации.
Выходом из сложившейся ситуации является повышение эффективности использования радиоэлектронного оборудования. Так, для обеспечения устойчивой круглосуточной связи необходимо в разное время суток работать на волнах различной длины, а в случае ухудшения радиосвязи — осуществлять маневр каналами, изменять высоту, профиль и маршрут полета.
Одним из направлений повышения точности измерения расстояний и определения места вертолета является комплексное использование угломерных, угломерно-дальномерных, разностно-дальномерных радионавигационных систем, оптических, инерци-
альных систем и систем спутниковой системы навигации в сочетании с навигационным комплексом вертолета.
При выборе радионавигационных средств вертолетовождения необходимо учитывать их расположение для уменьшения влияния ошибок горного эффекта. Следует наметить такие РНС, которые меньше всего подвержены влиянию экранизации гор и расположены по ту сторону хребта, где полет будет выполняться в условиях прямой видимости. Ошибки горного эффекта уменьшаются, если используются РНС с более короткой длиной волны, а также расположенные в наиболее высоких точках рельефа.
Кроме того, повысить эффективность использования РНС и связного оборудования можно путем организации ретрансляции сигнала. С экономической точки зрения размещение нескольких наземных ретрансляционных станций невыгодно, так как для поддержания их работоспособности необходимо увеличивать количество обслуживающего персонала, организовывать доставку специалистов, продовольствия, комплектующих частей.
В качестве воздушных ретрансляторов во время боевых действий в горах Афганистана и Северо-Кавказского региона использовались вертолетный пункт управления Ми-9ВЗПУ, самолеты Ил-18, Ан-26РТ и другие воздушные суда.
Для организации устойчивой КВ-связи необходимо учитывать, что:
• при размещении РТС на преобладающих высотах эффективность их работы увеличивается;
• при выполнении полетов с обратной стороны подножия хребта от РТС слышимость в радиоэфире ухудшается;
• маршрут полета нужно прокладывать таким образом, чтобы связь осуществлялась через одиночную возвышенность, а не через серию вершин и ущелий;
• при отсутствии радиосвязи следует увеличить высоту полета для обеспечения прямой видимости, выполнить маневр каналами (частотами).
Также перспективным направлением является использование оборудования, основанного на принципах радиоакустического способа измерения расстояний [1].
В целях повышения безопасности полета на конечных его этапах возможно использование радиоакустических локаторов (РАЛ), выполняющих точные измерения на небольших расстояниях (от 0,1 до 100 м) в условиях, когда другие средства измерений не обеспечивают необходимой точности. Особенность радиоакустического метода заключается в совместном использовании акустических волн и радиосигналов, что позволяет значительно увеличить точность измерений. Так, импульсные акустические волны, скорость распространения которых значительно меньше скорости распространения радиоволн, применяются в качестве измерительного сигнала, а радиоволны — в качестве переносчика информации о времени излучения и приема акустических сигналов.
Система посадки РАЛ включает в себя наземное и бортовое оборудование, позволяющее определить основные параметры полета вертолета, такие как: азимут и удаление относительно места приземления, высота, скорость и курс полета; также возможно определение величины крена и тангажа в момент измерения на этапе висения. Дальность действия системы РАЛ, в зависимости от мощности передатчиков, может достигать 1200 м. □
Литература
1. Крылов А. А. Радиоакустический дальномер для бортовых систем сверхближней навигации // Труды учебных заведений связи. 2004. № 169. СПб.: СПбГУТ. С. 55-59.
